虫害叶损失造成的树木非结构性碳减少与树木生长、死亡的关系研究进展

大规模虫害爆发可造成区域森林死亡, 近年的气候变化进一步增加了虫害的频度和危害程度。森林和林地植物死亡会导致植被生产力降低, 改变生态系统结构和功能, 使森林由一个净的碳汇转变为一个碳源。因此, 加深虫害对树木危害机制的认识有重要意义。虫害造成的叶损失(虫害叶损失)降低树木光合作用能力, 增加非结构性碳(NSC)消耗, 使得树木体内碳储备降低, NSC降低到一定程度会导致树木因碳饥饿而死亡。外部环境和树木自身的补偿性机制也会对这个过程产生正或负的影响。在近年气候变化背景下, 树木死亡在全球尺度上增多, 重新激起了人们对碳饥饿的重视, 碳饥饿被视为解释树木死亡的主要生理机制之一。该文介绍了碳饥饿的定义, 综述了虫害叶损失减少树木NSC储备与树木生长、死亡的关系, 以及树木虫害和叶损失与气候变化之间的关系, 并对今后的研究进行了展望。     

植物干旱胁迫下水分代谢、碳饥饿与死亡机理

植物在生长发育过程中受众多环境因子共同作用。随着全球气候变化,气温升高、降水量下降等问题频繁出现。目前气象学家一致预测未来环境变暖会使干旱更加频繁剧烈,这一环境改变使植物死亡更加严重。植物在水分胁迫、特别是干旱胁迫条件下,体内水分代谢与碳代谢会发生失衡现象:光合速率降低、蒸腾速率降低,带来生长降低;为维持植物新陈代谢,植物呼吸作用必然下调。在长期干旱胁迫条件下植物体内碳水化合物储存发生失衡现象,这种失衡使植物陷入碳饥饿现象。另外,由于水分失衡而出现的木质部栓塞和空穴会进一步加剧水分运输障碍,而修复空穴则需要大量非结构性碳水化合物(NSC),这使植物陷入两难选择。总结了植物干旱胁迫下,碳饥饿与水分代谢、植物死亡关系的相关研究,对未来的研究方向和重点提出建议,以期对未来的植物死亡研究提供帮助。     

树木高生长限制的几个假说

树木生长到一定年龄后高生长停滞, 对这一现象的解释存在很多争议。成熟假说认为树木顶端分生组织分裂活性下降导致树木高生长减慢。营养限制假说认为土壤中营养元素(特别是氮素)在植物活体或枯落物中积累使土壤中可利用的养分含量降低, 细根生物量增加和叶片光合能力下降导致了地上部分生长的减缓。呼吸假说认为边材呼吸消耗随个体发育的增加使投入到高生长的碳减少。水力限制假说认为水分运输阻力随高度增加而增加导致了叶片总光合碳同化下降, 分配到高生长的生物量减少。树木发展假说认为植物用多种调节机制克服随个体发育增加的水力阻力, 包括叶片结构和生理特征的变化, 叶/边材面积比降低, 边材渗透性和树干储水能力的增加等。水力限制假说得到了较多的关注, 对不同高度树木的叶比导率、光合特征和树干生长量等测定结果支持这一假说。但对这一假说 也存在很多的争议, 主要表现在: 水力阻力是否确实随高度的增加而增加, 水力阻力的分布, 补偿机制的作用和生物量分配转变等。本文综述了树木高生长限制的4个假说以及争论的焦点, 并总结了目前研究的热点问题和今后的研究方向。     

树木高生长限制的几个假说

树木生长到一定年龄后高生长停滞,对这一现象的解释存在很多争议.成熟假说认为树木顶端分生组织分裂活性下降导致树木高生长减慢.营养限制假说认为土壤中营养元素(特别是氮素)在植物活体或枯落物中积累使土壤中可利用的养分含量降低,细根生物量增加和叶片光合能力下降导致了地上部分生长的减缓.呼吸假说认为边材呼吸消耗随个体发育的增加使投入到高生长的碳减少.水力限制假说认为水分运输阻力随高度增加而增加导致了叶片总光合碳同化下降,分配到高生长的生物量减少.树木发展假说认为植物用多种调节机制克服随个体发育增加的水力阻力,包括叶片结构和生理特征的变化,叶/边材面积比降低,边材渗透性和树干储水能力的增加等.水力限制假说得到了较多的关注,对不同高度树木的叶比导率、光合特征和树干生长量等测定结果支持这一假说.但对这一假说也存在很多的争议,主要表现在:水力阻力是否确实随高度的增加而增加,水力阻力的分布,补偿机制的作用和生物量分配转变等.本文综述了树木高生长限制的4个假说以及争论的焦点,并总结了目前研究的热点问题和今后的研究方向.     

林火干扰下的树木生理及主要影响因素

随着全球逐渐暖干化,林火不仅驱动着森林生态系统结构和功能的变化,同时也影响树木的生理和生长。林火导致的热损伤引发树木一系列复杂生理响应。揭示火后树木生理的响应机制,对于进一步理解树木碳水关系和火后恢复生长限制,以及提高火后树木死亡预测准确性具有重要指导意义。该文从林火对树木的作用途径和方式着手,基于不同形式林火(树冠火、地表火、地下火)对树木各部分(树冠、树干、根系)造成的损伤,综述了林火对树木生理的直接影响和间接影响,以及火后树木生理与非生物和生物因素的互作关系。热损伤诱导的形成层、韧皮部坏死和木质部水力失衡是火后树木生理的主要响应机制,二者导致的两个生理功能限制——“碳饥饿”和水力失效——严重影响树木的碳水关系,也决定了火后树木是恢复生长还是延迟死亡。火后树木生理机制还与干旱、昆虫攻击和微生物入侵等其他因素密切相关。该文强调了对林火强度的定量分析和对植物组织死亡阈值的准确判断的迫切性,同时提出了探究火后树木生理与功能性状和其他因素的互作关系的必要性。精确评估树木生理机制间关系对于深入理解林火如何影响树木功能完整性极为关键,有助于完善林火风险评估和树木死亡模型预测。在未来气候暖干化驱...     

木本植物水力系统对干旱胁迫的响应机制

干旱导致树木死亡对生态系统功能和碳平衡有重大影响。植物水分运输系统失调是引发树木死亡的主要机制。然而, 树木对干旱胁迫响应的多维性和复杂性, 使人们对植物水分运输系统在极端干旱条件下的响应以及植物死亡机理的认识还不清楚。该文首先评述衡量植物抗旱性的指标, 着重介绍可以综合评价植物干旱抗性特征的新参数——气孔安全阈值(SSM)。SSM越高, 表明气孔和水力性状之间的协调性越强, 木质部栓塞的可能性越低, 水力策略越保守。然后, 阐述木本植物应对干旱胁迫的一般响应过程。之后, 分别综述植物不同器官(叶、茎和根)对干旱胁迫的响应机制。植物达到死亡临界阈值的概率和时间, 取决于相关生理和形态学特征的相互作用。最后, 介绍木本植物水力恢复机制, 并提出3个亟待开展的研究问题: (1)改进叶片水分运输(木质部和木质部外水力导度)的测量方法, 量化4种不同途径的叶肉水分运输的相对贡献; (2)量化叶片表皮通透性变化, 以便更好地理解植物水分利用策略; (3)深入研究树木水碳耦合机制, 将个体结构和生理特征与群落/景观格局和过程相关联, 以便更好地评估和监测干旱诱导树木死亡的风险。     

木本植物应对干旱胁迫的响应机制：基于水力学性状视角

干旱最显著的影响表现在区域尺度的森林死亡事件中,可以在短时间内杀死数百万棵树木。鉴于未来极端干旱事件的频率和强度可能随温度的升高而增加,迫切需要明确树木对干旱胁迫的响应对策以及衰退死亡机理,揭示木本植物在干旱环境中存活和死亡的生理机制,了解树木在未来气候下的适应机制,提高预测树木对干旱反应的准确性。在常用植物功能性状的基础上,重点纳入与植物水分运输能力及耐旱性相关的水力学性状,系统总结了:1)植物木质部水分运输的物理机制;2)植物应对干旱胁迫的水力响应过程:3)干旱胁迫下木本植物水分利用对策;以及4)干旱胁迫下木本植物衰退/死亡机理。最后,提出3个尚待解决的主要问题:1)加强纳入水力性状阐明植物对干旱胁迫的响应和调节机制;2)加强从全株植物的角度考虑植物不同组织性状间的关系;3)深入探究树木干旱致死机理。     

膜脂与植物的抗寒性

低温是限制植物分布及其生物产量的重要环境因素,也是危害农业生产的主要自然灾害之一。从１７７８年Ｂｉｅｒｋａｎｄｅｒ报导８种植物在１－２℃低温下死亡现象至今,已有许多科学工作者对植物的寒害机理进行了研究,并提出了“生理干旱”（Ｓａｃｈｓ,１８６４）、“饥饿”（Ｍｏｌｉｓｃｈ,１８９６）、“代谢失调”和“毒物积累”等假说。这些假说从不同角度反映了植物发生冷害原因,但都有一定的片面性。随后的一些研究者对植物的几种冷害生理反应出现的时间顺序进行了比较研究,指出有毒物质积累和代谢活动失调都不是冷害的原初反…     

植物中逆境反应相关的WRKY转录因子研究进展

WRKY转录因子是植物体内一类比较大的转录因子家族,它在植物的生长发育以及抗逆境反应中起着非常重要的作用。本文综述了WRKY转录因子在植物应对冻害、干旱、盐害等非生物胁迫与病原菌、虫害等生物胁迫反应中的重要调控功能,并概括了WRKY转录因子在调控这些逆境反应中的机制。     

植物保护伞

在高温炎热的夏季,植物为了降低自身温度,叶片会自动提高其蒸腾速率,但叶片旺盛的蒸腾作用常常会导致植物体内水分收支失衡,入不敷出,从而出现严重缺水萎蔫,导致植株部分或全部死亡等现象。与此同时,干旱的气候还使植物可吸收的水分有限,特别是对于新移栽的树木,其根系已受到不同程度的伤害,吸水能力尚未全部恢复,此时如不采取适当保护措施,则会影响植物的正常生长或造成移栽树木的死亡。针对上述的情况,人们通常只能对树木进行少量的修剪,以减缓植株地上部分的伤害。为了解决上述过度蒸腾给植物造成的危害,一种新型的夏季型植物抗蒸腾剂现…