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Tolerant mechanisms to O2 deficiency under submergence conditions in plants.
Journal of Plant Research ( IF 2.8 ) Pub Date : 2020-03-18 , DOI: 10.1007/s10265-020-01176-1
Motoka Nakamura 1 , Ko Noguchi 2
Affiliation  

Wetland plants can tolerate long-term strict hypoxia and anoxic conditions and the subsequent re-oxidative stress compared to terrestrial plants. During O2 deficiency, both wetland and terrestrial plants use NAD(P)+ and ATP that are produced during ethanol fermentation, sucrose degradation, and major amino acid metabolisms. The oxidation of NADH by non-phosphorylating pathways in the mitochondrial respiratory chain is common in both terrestrial and wetland plants. As the wetland plants enhance and combine these traits especially in their roots, they can survive under long-term hypoxic and anoxic stresses. Wetland plants show two contrasting strategies, low O2 escape and low O2 quiescence strategies (LOES and LOQS, respectively). Differences between two strategies are ascribed to the different signaling networks related to phytohormones. During O2 deficiency, LOES-type plants show several unique traits such as shoot elongation, aerenchyma formation and leaf acclimation, whereas the LOQS-type plants cease their growth and save carbohydrate reserves. Many wetland plants utilize NH4+ as the nitrogen (N) source without NH4+-dependent respiratory increase, leading to efficient respiratory O2 consumption in roots. In contrast, some wetland plants with high O2 supply system efficiently use NO3- from the soil where nitrification occurs. The differences in the N utilization strategies relate to the different systems of anaerobic ATP production, the NO2--driven ATP production and fermentation. The different N utilization strategies are functionally related to the hypoxia or anoxia tolerance in the wetland plants.

中文翻译:

植物在浸水条件下对O2缺乏的耐受机制。

与陆生植物相比,湿地植物可以忍受长期严格的缺氧和缺氧条件以及随后的再氧化胁迫。在缺氧期间,湿地植物和陆生植物都使用在乙醇发酵,蔗糖降解和主要氨基酸代谢过程中产生的NAD(P)+和ATP。线粒体呼吸链中非磷酸化途径对NADH的氧化作用在陆地和湿地植物中都很常见。随着湿地植物特别是在其根部增强和结合这些特性,它们可以在长期的低氧和缺氧胁迫下生存。湿地植物表现出两种截然不同的策略,即低O2逃逸和低O2静态策略(分别为LOES和LOQS)。两种策略之间的差异归因于与植物激素相关的不同信号网络。在缺氧期间,LOESS型植物表现出一些独特的性状,例如枝条伸长,通气组织形成和叶片适应,而LOQS型植物停止生长并节省了碳水化合物。许多湿地植物利用NH4 +作为氮(N)源,而没有依赖NH4 +的呼吸增加,从而导致根部有效消耗呼吸O2。相反,某些具有高O2供给系统的湿地植物有效利用了发生硝化作用的土壤中的NO3-。氮利用策略的差异涉及厌氧ATP生产,NO2驱动的ATP生产和发酵的不同系统。不同的氮利用策略在功能上与湿地植物的耐缺氧或缺氧能力有关。LOESS型植物表现出一些独特的性状,例如枝条伸长,气孔形成和叶片适应,而LOQS型植物停止生长并节省了碳水化合物。许多湿地植物利用NH4 +作为氮(N)源,而没有依赖NH4 +的呼吸增加,从而导致根部有效消耗呼吸O2。相反,某些具有高O2供给系统的湿地植物有效利用了发生硝化作用的土壤中的NO3-。氮利用策略的差异涉及厌氧ATP生产,NO2驱动的ATP生产和发酵的不同系统。不同的氮利用策略在功能上与湿地植物的耐缺氧或缺氧能力有关。LOESS型植物表现出一些独特的性状,例如枝条伸长,气孔形成和叶片适应,而LOQS型植物停止生长并节省了碳水化合物。许多湿地植物利用NH4 +作为氮(N)源,而没有依赖NH4 +的呼吸增加,从而导致根部有效消耗呼吸O2。相反,一些具有高O2供给系统的湿地植物有效地利用了发生硝化作用的土壤中的NO3-。氮利用策略的差异涉及厌氧ATP生产,NO2驱动的ATP生产和发酵的不同系统。不同的氮利用策略在功能上与湿地植物的耐缺氧或缺氧能力有关。LOQS型植物停止生长并节省碳水化合物储备。许多湿地植物利用NH4 +作为氮(N)源,而没有依赖NH4 +的呼吸增加,从而导致根部有效消耗呼吸O2。相反,一些具有高O2供给系统的湿地植物有效地利用了发生硝化作用的土壤中的NO3-。氮利用策略的差异涉及厌氧ATP生产,NO2驱动的ATP生产和发酵的不同系统。不同的氮利用策略在功能上与湿地植物的耐缺氧或缺氧能力有关。LOQS型植物停止生长并节省碳水化合物储备。许多湿地植物利用NH4 +作为氮(N)源,而没有依赖NH4 +的呼吸增加,从而导致根部有效消耗呼吸O2。相反,一些具有高O2供给系统的湿地植物有效地利用了发生硝化作用的土壤中的NO3-。氮利用策略的差异涉及厌氧ATP生产,NO2驱动的ATP生产和发酵的不同系统。不同的氮利用策略在功能上与湿地植物的耐缺氧或缺氧能力有关。一些具有高氧气供应系统的湿地植物有效地利用了发生硝化作用的土壤中的NO3-。氮利用策略的差异涉及厌氧ATP生产,NO2驱动的ATP生产和发酵的不同系统。不同的氮利用策略在功能上与湿地植物的耐缺氧或缺氧能力有关。一些具有高氧气供应系统的湿地植物有效地利用了发生硝化作用的土壤中的NO3-。氮利用策略的差异涉及厌氧ATP生产,NO2驱动的ATP生产和发酵的不同系统。不同的氮利用策略在功能上与湿地植物的耐缺氧或缺氧能力有关。
更新日期:2020-04-21
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