热带喀斯特季节性雨林12个树种木质部栓塞抗性 与其解剖结构及相关性状间的关系

    2022年联合国气候变化委员会(IPCC)发布的报告指出, 未来全球气候迅速变暖将显著改变热带、亚热带地区的降水强度及其季节间分配, 导致极端干旱事件频发, 从而威胁植物的生存发展。干旱是引起植物木质部导管输水功能发生障碍的主要因素。

   木质部气穴化栓塞程度通常用干旱栓塞引起导水率损失的百分比(PLC), 即木质部最大导水率与干旱下导水率之差与最大导水率之比表示, 其随水分胁迫不断加重的变化过程常用木质部水势与其PLC间的关系即脆弱性曲线来描述。

   木质部栓塞抗性常用导水率损失50%所对应的木质部水势(P50, MPa)来量化, 数值越负则代表木质部栓塞抗性越强。

   中国西南喀斯特是全球三大喀斯特集中分布区中面积最大、岩溶发育最强烈的地区, 面积约45.2 万km2 (白晓永等, 2023)。由于喀斯特地区土壤浅薄以及碳酸盐岩的强渗透性和低保水率等特点, 相比非喀斯特地区, 严重的季节性岩溶干旱是喀斯特地区植物面临的最大胁迫环境。

实验方法：

   最大导管长度(MVL)测定：使用注气法测量最大导管长度。

  枝条脆弱性曲线测定：采用自然干燥法测定枝条脆弱性曲线。通过压力室水势仪PMS监测叶片水势，用单面刀片在两端切掉0.1 mm的薄片后 , 连接流量计 (Liqui-Flow L13-AAD-11-K-10S; Bronkhorst, Ruurlo, the Netherlands)测定枝条初始导水率(ki), 之后用0.02 mol·L–1的KCl溶液在0.1 MPa的压力下冲洗20 min后, 枝条重新连接流量计测定最大导水率(kmax)。木质部导水率损失百分率(PLC)计算公式为。

   本研究结果显示导管特征如平均水力直径和导管密度与干旱诱导的栓塞抗性之间均没有显著相关关系。

   研究结果显示导管组指数与干旱诱导的栓塞抗性之间的关联性不明显。这与部分实验证据相反,这些证据指出高导管组数与低脆弱性存在联系, 因为高导管成组程度为已栓塞的导管提供了其他替代路径, 进而降低了栓塞脆弱性。

   植物对于干旱胁迫的反应是一个复杂的过程, 而喀斯特生态系统生境的高度异质性迫使植物进化出多样化的内在结构以增强其耐旱性, 保证其生存和发展。然而, 复杂多样化的耐旱性策略是植物根-茎-叶协同进化的结果, 仅依据单一器官如枝条来评估其耐旱性策略是不全面的, 这正是本研究存在的不足之处。因此, 未来期望将根和叶等重要器官的栓塞抗性及其解剖结构基础与枝条结合起来, 从根-茎-叶整株水平上全面探讨植物的耐旱性, 以期深入理解喀斯特植物的水力适应策略和耐旱性机制, 为喀斯特植被恢复提供理论依据。

文中涉及的仪器部分，点将可以可以给科学家提供更加先进的仪器，让科学家的实验更精准。DJ-3500 便携式植物水势压力室是用于测定植物水势，用它研究植物的水分关系和植物与环境的关系。

XYL’EM-Plus木质部导水率与栓塞测量系统就是可以测量植物导水率和栓塞速率的一款设备。既可以用于实验室，也可以用于野外。

来源：马琳, 巢林, 何雨莎, 李忠国, 王爱华, 刘晟源, 胡宝清, 刘艳艳 (2024). 热带喀斯特季节性雨林12个树种木质部栓塞抗性与其解剖结构及相关性状间的关系. 植物生态学报, 48, 00-00. DOI: 10.17521/cjpe.2024.0016