木本植物木质部的冻融栓塞应对研究进展

冻融栓塞在中高纬度地区木本植物中普遍存在。抗冻融栓塞能力对在寒冷环境中木本植物的生长和安全越冬十分关键, 这直接决定植物分布范围。冻融栓塞是由于冰中气体溶解度低, 木质部水分在低温下冷冻, 使之前水中溶解的气体逸出到导管中, 随后木质部中的冰融化又使气泡扩张而引发的栓塞现象。木质部解剖结构的差异会影响植物的抗冻融栓塞能力, 植物还可以通过调节木质部正压、代谢耗能等方式主动修复冻融栓塞, 也可通过增加树液溶质含量等逃避冷冻, 以减少低温损伤。然而, 与干旱栓塞相比, 目前对木质部冻融栓塞的形成以及植物响应和调节机制的理解不足。为此, 该文首先综述了木质部冻融栓塞的形成机制和植物的逃避、忍耐、修复等3种冻融栓塞的应对策略, 然后总结了木质部抗低温胁迫能力的生理表现、影响因子和评价指标, 并在此基础上讨论了低温抗性、干旱抗性和水力效率之间的多元权衡关系, 最后提出今后该领域中的5个优先研究问题: (1)不同植物冰冻的最低温度阈值; (2)是否存在应对低温胁迫的水力脆弱性分割机制; (3)冻融栓塞修复与代谢消耗的关系; (4)低温抗性、干旱抗性和水力效率之间的权衡关系; (5)抗冻融栓塞性状是否能够纳入经济性状谱系。     

桂西南喀斯特季雨林木本植物的水力安全

桂西南喀斯特地区生物多样性丰富、特有种多, 同时也是石漠化问题较为严重的区域。由于该喀斯特地区土层浅薄、岩石裸露、表层储水能力差, 植物在干旱季节经常会受到水分胁迫。植物水力学特征不仅是探讨喀斯特地区植物的生理生态适应性的关键, 还能够为石漠化地区的植被恢复提供重要参考。该研究测定了桂西南喀斯特季雨林17种代表性木本植物(包括不同生活型、叶片习性和生境)的木质部脆弱性曲线、最低水势、叶片膨压丧失点和边材密度等水力性状, 结果发现: (1)喀斯特植物木质部导水率丧失50%时的水势值(P₅₀)的种间差异较大(-0.51- -2.51 MPa), 其中常绿种的抗栓塞能力比落叶种强; (2)喀斯特植物的木质部水力安全边界值(最低水势与P₅₀之间的差值)的均值为0.36 MPa, 说明喀斯特森林植物在自然最低水势状况下木质部发生栓塞的程度较高; 但是不同植物种间存在显著差异, 这可能与喀斯特峰丛洼地生境的复杂性以及物种不同的抗旱策略有关; (3)由于喀斯特植物水分适应机制的多样化, 导致木质部水力安全边界与叶片膨压丧失点、边材密度的相关性并不显著。在区域气候干热化的背景下, 结合喀斯特植物的栓塞脆弱性和长期水势监测(尤其极端干旱事件)分析它们的水力安全, 对预测未来喀斯特森林物种分布和群落动态具有重要的指示作用。     

叶脉结构与功能及其对叶片经济谱的影响

叶脉由贯穿于叶肉内部的维管组织及其外围机械组织构成, 多样化的脉序及网络结构使叶脉系统发生变异和功能分化。该文综述了叶脉系统结构与功能的最新研究进展。通过聚焦叶脉分级系统的结构与功能及其在叶片经济谱(LES)中的重要性, 解释叶脉性状与其它叶片功能性状之间的关系及机制。不同等级叶脉在机械支撑与水分运输方面存在功能分化, 其中1-3级粗脉在维持叶片形状和叶表面积以及物理支撑方面发挥重要作用, 有利于维持叶片最大受光面积; 4级及以上细脉具有水分调节功能, 它们与气孔相互协调, 影响叶片水分运输、蒸腾散热和光合作用速率。叶片生长过程与叶脉发育的动态变化模式决定叶脉密度, 并影响叶脉密度与叶片大小之间的关系: 叶面积与粗脉密度呈显著负相关, 与粗脉直径呈显著正相关, 而与细脉密度无关。与叶脉性状相关的叶片经济谱框架模型预测, 叶脉密度较高的叶片寿命短、比叶重较小, 叶片最大碳同化速率、代谢速率以及资源获取策略潜力较高。     

东北温带森林20种乔木树种叶片干旱容忍性特征

全球范围内干旱频率和强度的增加严重影响树木生长,甚至导致森林大面积死亡。压力-容积(PV)曲线能够反映树木对干旱的容忍能力,但在局域尺度上尚未确定哪个PV曲线参数具有最优指示性。通过测定东北温带森林20种主要树种(包括16种被子植物和4种裸子植物)的PV曲线性状,包括质壁分离时的相对含水量(RWC_tlp)、失膨点叶水势(TLP)、饱和含水时的叶渗透势(π₀)、细胞弹性模量(ε)、叶水容(C_leaf)及叶结构性状(比叶面积和叶密度),研究局域尺度上叶片耐旱性的最佳指示性状,并分析叶片PV性状与结构性状间的相关性。结果表明: 被子植物的RWC_tlp 显著大于裸子植物,但其C_leaf 显著小于裸子植物,这表明用RWC_tlp和C_leaf可以指示东北温带森林不同功能型树种间耐旱性的大小。在被子植物中,TLP和π₀与叶密度呈显著负相关,且均与比叶面积呈显著正相关;而ε与比叶面积呈显著负相关。然而,裸子植物PV曲线性状与叶结构性状之间呈现与被子植物完全相反的趋势。裸子植物与被子植物树种之间PV曲线性状与叶结构性状关系的差异,可能归因于二者采取不同的干旱响应和适应策略。     

南亚热带10种造林树种的水力结构和水力安全

南亚热带地区人工纯林面积大, 但是结构简单, 对气候变化响应敏感。在区域气候干旱化的背景下, 造林树种的生理生态策略及其对季节性干旱的响应亟待研究。该研究选择南亚热带地区10种造林树种(包括6种乡土种和4种外来种), 测定这些树种的平均生长速率、水力学性状以及经济学性状, 分析性状与生长速率之间的相关关系, 并比较水力安全边际和气孔安全边际的种间差异。结果发现: (1)造林树种的生长速率与木质部导水率显著正相关, 但与木材密度、比叶面积以及水力安全性指标无显著相关性。(2)造林树种的水分传导效率性和安全性之间没有权衡关系, 外来树种Acacia crassicarpa和Eucalyptus grandis × urophylla同时具有较高的木质部导水率和较强的抗栓塞能力。(3)造林树种的水力安全边际和气孔安全边际的种间差异显著, 大叶相思(Acacia auriculiformis)、红锥(Castanopsis hystrix)、壳菜果(Mytilaria laosensis)和阴香(Cinnamomum burmannii)在干季发生水力失败的风险较高。建议南亚热带人工林的生态监测指标体系中应包括树木水力学性状, 进而为人工林的可持续经营管理提供重要参考。     

土壤湿度对香樟幼苗根系生长和构型的影响

以1年生香樟(Cinnamomum camphora)幼苗为试材,设置对照组(CK)、中度干旱处理(M)、重度干旱处理(S)三个处理,比较不同土壤湿度下香樟幼苗不同时期地上部分生长和根系构型,探究香樟幼苗根系对不同土壤湿度的适应性及其耐旱机制。结果表明,中度和重度干旱处理组的香樟根系及地上部分干物质积累、根系长度、根系表面积、根系直径和根尖数均显著小于对照组(P<0.05)。同时干旱显著增加香樟幼苗的根系拓扑指数,降低香樟根的分形维数和平均分枝角度(P<0.05)。可见土壤湿度程度及处理时间显著影响香樟根系的生长及在土壤中的布局。较低土壤湿度可显著抑制根长的延长、根表面积扩大和根的增殖,且随着土壤湿度的继续降低以及处理时间延长,香樟幼苗根系的生长受到水分亏缺的抑制作用加重,根系建成成本增高的同时,根系分枝的复杂性降低,根系必须通过朝着更陡、更深的方向生长伸长来提高水分吸收效率。建议在园林绿化工程养护过程中制定科学的水分管理策略,以满足香樟生长过程中对土壤水分的需要。     

Expression and functional analysis of flotillins in Dugesia japonica

FLOTILLIN-1 and FLOTILLIN-2 are membrane rafts associated proteins that have been implicated in insulin and growth factor signaling, endocytosis, cell migration, proliferation, differentiation, cytoskeleton remodeling and membrane trafficking. Furthermore, FLOTILLINs also play important roles in the progression of cancer and neurodegenerative diseases. In this study, the roles of flotillins are investigated in planarian Dugesia japonica. The results show that Djflotillin-1 and Djflotillin-2 play a key role in homeostasis maintenance and regeneration process by regulating the proliferation of the neoblast cells, they are not involved in the maintenance and regeneration of the central nervous system in planarians.     

The depth of Sooty Shearwater Ardenna grisea burrows varies with habitat and increases with competition for space

The Sooty Shearwater Ardenna grisea, an abundant but declining petrel, is one of many seabird species that construct breeding burrows, presumably because these confer protection from predators and the elements. Little is known about the causes of variation in Sooty Shearwater burrow architecture, which can differ markedly both within and between breeding sites. We hypothesize that burrow architecture varies in response to habitat type and competition for space. To address these hypotheses, we recorded Sooty Shearwater burrow dimensions on Kidney Island, the largest Sooty Shearwater colony in the Falkland Islands, South Atlantic, and modelled these as functions of burrow density (a proxy for competition) and habitat indices. Our models suggest that Sooty Shearwaters burrow further underground in response to competition for breeding space, and that soil underlying dense tussac grass Poa flabellata is more easily excavated than other substrates, indicating how vegetation restoration could aid the conservation of this species.     

Effect of architectural angularity on refugia selection by the brown spider,Loxosceles gaucho

Some brown spider species infest man‐made environments and pose a threat to human health. Because habitat architecture affects spider populations, I evaluated the preferences of individuals of Loxosceles gaucho (Gertsch) (Araneae: Sicariidae) for refugia with different angular structures. Four differently angled refugia models (acute‐, right‐, obtuse‐angled and cylindrical) were placed on the litter of a forest fragment and observed each month for 1 year. Females of this species were found to prefer refugia with acute angles. This finding brings new information to our understanding of brown spider infestations in man‐made environments: refugia with acute angles are likely to offer more protection for females and their offspring.