What do we know about parasitic plants and the leaf economic spectrum?

对于寄生植物和叶经济谱,我们了解多少？ 叶经济谱(leaf economic spectrum, LES)对维管植物中的关键性叶片性状间的相关性进行了量化,并且将这些性状的大量变异信息提炼为一根单轴。叶经济谱的显著优势是其近乎完美的普适性,且已在诸多领域得到了广泛的研究。然而,对于寄生植物与叶经济谱框架间关系的研究仍相对缺乏。由于叶经济谱的部分驱动力是碳获取中的生理性权衡,因此从理论上而言,寄生植物中的异养性(其取代了叶片的一些基本功能)可能导致对叶经济谱的偏离。利用从TRY数据库中获得的全局叶片性状数据,本研究评价了TRY数据库对寄生植物的整体代表性情况,然后将寄生植物叶片性状的叶经济谱组与非寄生的对应植物进行了比较。尽管寄生植物有着独特的生理特征,但它们并未显著偏离叶经济谱,不过还是有一些例子可以表明存在着叶经济谱上位置和性状间的差异。尤为重要的是,TRY数据库未能很好地代表寄生植物,因而就此得出的任何结论都还是不成熟的。     

漓江水陆交错带植物叶性状对水淹胁迫的响应及经济谱分析

以漓江水陆交错带为研究区,分两个条带分别量测了适生植物的5个叶性状指标:最大净光合速率(A_(max))、比叶重(LMA)、单位质量叶片全氮含量(N_(mass))、单位质量叶片全磷含量(P_(mass))、单位质量叶片全钾含量(K_(mass))。研究重度淹没带与微度淹没带不同功能型植物叶性状间的差异,分析并讨论重度淹没带叶性状间的关系与全球尺度是否存在差异,探究重度淹没带植物对水淹生境的生理响应机制。结果如下:(1)重度淹没带植物叶片的A_(mass)、N_(mass)、P_(mass)显著高于微度淹没带。(2)乔木、灌木叶片的LMA均显著高于草本植物,而A_(mass)、PPUE均显著低于草本植物。(3)重度淹没带草本叶性状指标的N_(mass)、P_(mass)、PNUE均显著高于微度微度淹没带,而乔木、灌木的叶性状在两个条带的差异则不显著。(4)重度淹没带植物叶性状关系与全球尺度基本一致,其植物叶片具有低LMA,高A_(mass)、Nmas s、P_(mass)。分析可知,重度淹没带植物在出露期提高叶片光合效率及相关营养水平可能是其适应水淹胁迫特殊生境的关键策略之一;不同功能型植物对同一环境的适应能力存在一定的差异,草本对于水淹环境的响应更为积极,适应能力更好;重度淹没带也存在叶经济谱,其植物在经济谱中属于"快速投资-收益"型物种。     

不同火烈度火烧迹地内油松叶功能性状的变化

叶功能性状对林火的响应是林火生态领域的研究热点之一,研究火后油松叶功能性状变化能够揭示油松为适应火环境形成的生长策略,为促进油松火后恢复提供参考。以山西省沁源县火烧迹地内油松为研究对象,选择当年生叶片分析叶功能性状在不同火烈度(未过火、轻度火烧、中度火烧)火烧迹地间的变化规律,并研究不同火烧迹地内叶经济谱的变化特征。结果表明: 除氮磷比外,叶功能性状在不同火烈度的火烧迹地间存在显著差异,其中,叶面积的差异最为明显,是最敏感的性状。随火烧迹地内火烈度的增加,叶面积、叶厚度、叶干物质含量、叶氮含量和叶磷含量升高,比叶面积、叶有机碳含量降低。部分叶功能性状间存在显著的相关关系,但其相关性在不同火烈度的火烧迹地间存在差异。叶经济谱沿着“未过火-轻度火烧-中度火烧”的火烧迹地环境总体向“快速投资-收益型”的资源权衡策略移动,低烈度火烧迹地内油松的生长恢复会加快。     

武夷山49种木本植物叶片与细根经济谱

植物经济谱能够阐述维管植物在资源获取和储存之间的权衡策略, 为理解生态位分化和物种共存机制等提供科学依据。该研究通过对武夷山49种木本植物的单叶面积(ILA)、比叶面积(SLA)、叶碳含量(LCC)、叶氮含量(LNC)和叶磷含量(LPC)等5个叶片性状以及根组织密度(RTD)、比根长(SRL)、比根面积(SRA)、根碳含量(RCC)、根氮含量(RNC)和根磷含量(RPC)等6个细根性状进行测定, 探讨木本植物叶片与细根经济谱是否存在以及常绿和落叶物种间的植物经济谱差异。结果表明: 沿着性状贡献率相对较大的PC1轴, 能够定义出叶经济谱(LES)、根经济谱(RES)和整株植物经济谱(WPES)。大部分常绿物种分布在经济谱保守的一侧, 而大部分落叶物种聚集在获取的一侧。此外, 叶片PC1、细根PC1和整株植物PC1的两两得分之间均存在显著正相关关系, 常绿和落叶物种具有共同的异速指数, 但不存在共同的异速常数。这些结果揭示了亚热带物种叶片与细根的策略遵循着WPES的协调整合, 表明叶片、细根以及整株植物之间是采取协同变化的资源策略, 而分布于经济谱两端的常绿和落叶物种则是通过不同的方式来构建WPES。     

喀斯特常绿落叶阔叶林木本植物功能性状变异及其适应策略

叶片功能性状能反映植物对环境的高度适应能力和复杂生境下的自我调控能力,同时也能反映植物的基本特征和对资源的有效利用率。以木论国家级自然保护区喀斯特常绿落叶阔叶林144种优势木本植物为研究对象,测定其叶厚(LT)、叶面积(LA)、比叶面积(SLA)、叶长宽比(L/W)、叶组织密度(LTD)叶片形态性状和12种叶元素性状特征及变异程度,并探讨植物对喀斯特生境的适应策略。结果表明：17个性状变异程度不同,其中叶面积变异系数最大,达到133.31%,叶片碳变异系数最小,为7.73%,叶元素变异程度普遍高于叶形态性状变异程度。不同叶习性物种间叶厚、比叶面积、叶长宽比、叶氮含量性状差异达到显著水平。部分叶性状呈显著相关,得到一系列最佳功能性状组合,体现植物对喀斯特地区特殊生境的适应性。沿着性状贡献率较高的PC1轴,能够定义出叶经济谱,大部分常绿植物采取经济保守策略,而大部分落叶植物则聚集在资源获取的一侧。相较于邻近非喀斯特地区,喀斯特地区植物有较小的LA、SLA。这些结果体现了喀斯特地区植物叶片形成的不同叶性状特征,以及分布于经济谱两端的常绿和落叶植物的不同资源获取策略,揭示了植物对生境的适应策略...     

连翘叶抗氧化谱效相关质量评价研究

建立连翘叶抗氧化谱效相关质量评价指标,探索连翘叶抗氧化主要活性成分。用高效液相色谱(HPLC)法研究18个不同产地连翘叶提取物的指纹图谱;分别采用1,1-二苯基-2-苦肼基(DPPH·)清除法和Folin-Ciocalteu法测定了连翘叶的抗氧化活性和总酚含量。通过抗氧化活性和总酚含量的双变量相关分析,结果显示连翘叶抗氧化活性与其总酚含量具有较高的相关性;通过主成分、双变量相关、多元线性回归进一步分析了连翘叶抗氧化的谱效关系,结果显示连翘叶中主要有3个化学成分与其抗氧化活性之间存在着明显的关联性。本研究结果为连翘叶抗氧化活性的评价提供了依据。     

荒漠植物叶片化学性状及其经济谱对水盐变化的响应

掌握植物叶功能性状及其经济谱对环境变化的响应规律,有助于从功能生态学角度理解植物对环境的适应机制。本研究分析了高、低土壤水盐环境下荒漠植物群落及物种水平的叶片化学性状差异及叶经济谱响应规律。结果表明,随着土壤水盐下降,(1)群落水平叶片碳(C)和钙(Ca)含量显著下降,氮(N)、磷(P)含量无显著变化,硫(S)、钾(K)、钠(Na)和镁(Mg)含量显著增加(P0.05);(2)植物性状与群落内共生种间的差异(αi)总体呈高水盐环境下高于共存种,而低水盐环境下低于共存种的趋势,αi的变幅总体增加,即性状的种间分化随着土壤水盐降低而加剧;(3)低水盐环境下植物叶片N、S、K、Na和Mg含量的生态位(βi)总体高于高水盐环境,C和Ca反之,土壤水盐显著影响物种化学性状的生态位;βi变幅总体减小,即物种的生态位宽度随着土壤水盐降低而减小;(4)随着土壤水盐下降,荒漠植物叶经济谱呈光捕捉元素C、N和P,与渗透-代谢调节元素S、K、Ca、Na和Mg间权衡加剧的变化趋势。本研究为探索荒漠植物在胁迫环境下的资源利用策略和适应机制提供理论参考。     

喀斯特弃耕地草本植物根茎叶经济型谱间协调及其对极端降雨的响应

植物功能性状之间的关系是反映植物在资源获取和资源保守策略之间权衡的有力指标。喀斯特是全球最脆弱的陆地生态系统之一,其中的植被长期遭受干旱的胁迫,对极端天气和极端降水高度敏感。在降雨极端化的背景下,喀斯特地区植物生态策略的变化还不得而知。以西南喀斯特弃耕地演替初期群落中12种草本植物为对象,通过保持年降水量不变,人为控制单次降水量以及降水频率,以自然降雨为对照组(CK),设置中雨频率增强处理组(T10),大雨频率增强处理组(T25)和暴雨频率增强处理组(T50)3个处理组。模拟在全球变化导致的降雨极端化情境下,研究植物根茎叶功能性状的响应特征及经济型谱之间的关系。主要结果如下:(1)根茎叶的功能性状对降雨极端化的响应不同,其中根的理论导水率随着降雨极端化增强而增加,而茎和叶的理论导水率仅在T25增加,根茎叶三种器官中对降雨极端化最敏感的是茎;(2)根茎叶各器官均有自身稳定的"快-慢"经济型谱。降雨极端化仅T50的植物会选择介于资源获取和资源保守策略之间稳定的经济型谱;(3)不同植物器官之间的经济型谱的协调并不一致,其中茎根经济型谱之间的相关系数在三个处理组中均变大,而叶根经济型谱之间的相关系数仅在T25变大,叶茎经济型谱之间的相关系数仅在T10变大。总之,喀斯特弃耕地演替初期群落中草本植物的根茎叶有自身稳定的经济型谱,降雨极端化导致了以根茎叶经济型谱所反映的植物地上和地下资源保存和获取策略的解耦;本研究中的植物最容易发生功能性状变异的器官是茎。本研究提高了对植物不同器官各功能性状之间关系和植物地上与地下部分关联性的理解,揭示了植物不同器官的"快-慢"植物经济型谱以及由此反映的植物适应能力的差异和功能策略的多样性,促进了对植物资源获取与环境响应策略的深入认识,为预测未来气候变化背景下喀斯特弃耕地草本植物的适应趋势和响应策略提供了新见解。     

高盐低温胁迫下水稻叶细胞ROS清除系统的相关基因表达

采用Affymetrix水稻表达谱芯片,分析高盐和低温胁迫下水稻叶细胞内ROS清除系统的相关基因表达状况,探讨在响应非生物胁迫过程中水稻植株体内抗氧化防卫体系的积极作用。结果表明:(1)水稻叶细胞内ROS清除系统涉及187个基因和/或EST,由抗氧化的非酶类物质如抗坏血酸、谷胱甘肽、生育酚等和抗氧化酶如超氧化物歧化酶(SOD)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)、过氧化氢酶(CAT)等组成。(2)在低温逆境下,籼稻(i-93-11)叶细胞表达上调基因(2倍以上,下同)有5个,下调(0.5倍以下,下同)基因有2个;粳稻(j-NJ-1)叶细胞表达上调基因5个,下调基因6个。(3)在高盐胁迫下,籼稻(i-93-11)叶细胞表达上调基因有31个、下调基因13个;粳稻(j-NJ-1)叶细胞表达上调基因27个,下调基因25个。(4)高盐和低温胁迫下水稻叶细胞ROS清除系统相关基因的表达在籼粳稻间存在较大差异,并根据水稻基因表达谱芯片数据构建了水稻响应高盐和低温胁迫ROS清除网络图。     

自然突变株系——大叶龙茶核型及酯酶同工酶研究

对自然突变株系———大叶龙茶进行了核型研究 ,并对 7个茶叶品种进行了酯酶同工酶研究。大叶龙的核型公式为 2n =2x =3 0 =1 8m +1 0sm(2SAT) +2st(2SAT) ,酯酶同工酶酶谱能反映茶叶品种的区域性特征。大叶龙茶酯酶酶谱发生变异 ,即突变体 (大叶龙 )比母株 (宁洲群体种 )少一条C5酶带。     

Phylogenetic structural equation modelling reveals no need for an ‘origin’ of the leaf economics spectrum

The leaf economics spectrum (LES) is a prominent ecophysiological paradigm that describes global variation in leaf physiology across plant ecological strategies using a handful of key traits. Nearly a decade ago, Shipley et al. (2006) used structural equation modelling to explore the causal functional relationships among LES traits that give rise to their strong global covariation. They concluded that an unmeasured trait drives LES covariation, sparking efforts to identify the latent physiological trait underlying the ‘origin’ of the LES. Here, we use newly developed phylogenetic structural equation modelling approaches to reassess these conclusions using both global LES data as well as data collected across scales in the genus Helianthus. For global LES data, accounting for phylogenetic non‐independence indicates that no additional unmeasured traits are required to explain LES covariation. Across datasets in Helianthus, trait relationships are highly variable, indicating that global‐scale models may poorly describe LES covariation at non‐global scales.     

植物功能性状研究进展

植物功能性状是指植物体具有的与其定植、存活、生长和死亡紧密相关的一系列核心植物属性,且这些属性能够显著影响生态系统功能,并能够反映植被对环境变化的响应.越来越多的研究表明,相比大多数基于植物分类和数量的研究,植物功能性状在种群、群落和生态系统尺度上,都已成为解决重要生态学问题的可靠途径.本文回顾了植物功能性状研究的发展历程,总结了近10年来基于植物功能性状研究的前沿科学问题,包括功能性状的全球分布格局和内在关联,沿环境梯度的变化规律,功能多样性的定义及应用,与群落物种共存机制和群落动态变化的关系,与系统发育的关系,对生态系统功能的影响以及对各类干扰的影响和响应.尽管功能性状研究已经延伸到生态学领域的各个方面,有力推动了各个前沿科学问题的研究发展,仍然有很多值得关注和着重研究的方向.本文也对未来基于植物功能性状的研究,从性状测量和选取、研究方法以及研究方向上提出了展望,并指出,在当前全球气候变化背景下,功能性状也可应用于指导生物多样性保护和生态系统管理政策的制定.     

植物功能性状权衡关系的研究进展

植物功能性状权衡关系反映了植物在资源获取与分配中采取的不同策略, 是近年来生态学研究的一个热点问题。该综述从研究范围、叶性状、器官和植物类群4个方面入手, 简要介绍植物功能性状关系研究在近10余年是如何在叶经济谱(LES)的基础上逐渐扩展和深入的。1)相关研究拓展到全球更多极端环境与特殊气候地区, 发现在不同的气候环境条件下, 植物叶片功能性状关系相对稳定, 植物种内的功能性状关系已被证实与LES相似; 2)功能性状网络从最初的6个经济性状扩展到叶片的分解、燃烧和水力等性状, 发现叶片的分解速率和可燃性均与叶片形态性状、养分含量等显著相关, 但叶片水力性状与经济性状的关系则取决于所研究的物种及生存环境的水分条件; 3)研究对象从植物叶片拓展到了根、茎、花、种子及植株整体, 叶片的比叶质量与茎的木质密度、种子大小相耦合, 但叶片形态性状与根和花的相关性状却无显著相关关系, 证明这些器官可能是独立进化的; 4) LES可以很好地解释特殊维管植物的生存适应策略: 入侵植物具有较高的资源利用效率和更快的相对生长速率, 在LES中处于“低投入-快速回报”的一端; 食虫植物的叶片特化为捕食器官, 光合作用及生长速率相对较低, 居于LES “高投入-缓慢回报”的另一端, 此外, 无论是最古老的种子植物苏铁属(Cycas)植物, 或是蕨类和变水植物(苔藓和地衣), 其功能性状关系都与LES大致相同。该文梳理了功能性状关系研究的进展脉络, 提出了一些建议, 期望为未来植物功能性状关系研究的选题和发展提供一些参考。     

Plant functional traits with particular reference to tropical deciduous forests: a review

Functional traits (FTs) integrate the ecological and evolutionary history of a species, and can potentially be used to predict its response as well as its influence on ecosystem functioning. Study of inter-specific variation in the FTs of plants aids in classifying species into plant functional types (PFTs) and provides insights into fundamental patterns and trade-offs in plant form and functioning and the effect of changing species composition on ecosystem functions. Specifically, this paper focuses on those FTs that make a species successful in the dry tropical environment. Following a brief overview, we discuss plant FTs that may be particularly relevant to tropical deciduous forests (TDFs). We consider the traits under the following categories: leaf traits, stem and root traits, reproductive traits, and traits particularly relevant to water availability. We compile quantitative information on functional traits of dry tropical forest species. We also discuss trait-based grouping of plants into PFTs. We recognize that there is incomplete knowledge about many FTs and their effects on TDFs and point out the need for further research on PFTs of TDF species, which can enable prediction of the dynamics of these forests in the face of disturbance and global climate change. Correlations between structural and ecophysiological traits and ecosystem functioning should also be established which could make it possible to generate predictions of changes in ecosystem services from changes in functional composition.     

Trait variation and integration across scales: is the leaf economic spectrum present at local scales?

Trait‐based approaches have taken an increasingly dominant role in community ecology. Although trait‐based strategy dimensions such as the leaf economic spectrum (LES) have been identified primarily at global‐scales, trait variation at the community scale is often interpreted in this context. Here we argue from several lines of evidence that a research priority should be to determine whether global‐scale trait relationships hold at more local scales. We review recent literature assessing trait variation at smaller scales, and then present a case study exploring the relationship between the correlation strength of leaf traits and their similarity in variation structure across ecological scales. We find that the correlation strength between pairs of leaf traits does not predict whether the traits respond similarly to different drivers of variation. Instead, correlation strength only sets an upper bound to the dissimilarity in trait variation structure. With moderate correlation strengths, LES traits largely retain the ability to respond independently to different drivers of phenotypic variation at different scales. Recent literature and our results suggest that LES relationships may not hold at local scales. Clarifying under what conditions and at which scales the LES is consistently expressed is necessary for us to make the most of the emerging trait toolbox.     

Evolution of the leaf economics spectrum in herbs: Evidence from environmental divergences in leaf physiology across Helianthus (Asteraceae)

The leaf economics spectrum (LES) describes a major axis of plant functional trait variation worldwide, defining suites of leaf traits aligned with resource‐acquisitive to resource‐conservative ecological strategies. The LES has been interpreted to arise from leaf‐level trade‐offs among ecophysiological traits common to all plants. However, it has been suggested that the defining leaf‐level trade‐offs of the LES may not hold within specific functional groups (e.g., herbs) nor within many groups of closely related species, which challenges the usefulness of the LES paradigm across evolutionary scales. Here, we examine the evolution of the LES across 28 species of the diverse herbaceous genus Helianthus (the sunflowers), which occupies a wide range of habitats and climate variation across North America. Using a phylogenetic comparative approach, we find repeated evolution of more resource‐acquisitive LES strategies in cooler, drier, and more fertile environments. We also find macroevolutionary correlations among LES traits that recapitulate aspects of the global LES, but with one major difference: leaf mass per area is uncorrelated with leaf lifespan. This indicates that whole‐plant processes likely drive variation in leaf lifespan across Helianthus, rather than leaf‐level trade‐offs. These results suggest that LES patterns do not reflect universal physiological trade‐offs at small evolutionary scales.     

Within‐species patterns challenge our understanding of the leaf economics spectrum

The utility of plant functional traits for predictive ecology relies on our ability to interpret trait variation across multiple taxonomic and ecological scales. Using extensive data sets of trait variation within species, across species and across communities, we analysed whether and at what scales leaf economics spectrum (LES) traits show predicted trait–trait covariation. We found that most variation in LES traits is often, but not universally, at high taxonomic levels (between families or genera in a family). However, we found that trait covariation shows distinct taxonomic scale dependence, with some trait correlations showing opposite signs within vs. across species. LES traits responded independently to environmental gradients within species, with few shared environmental responses across traits or across scales. We conclude that, at small taxonomic scales, plasticity may obscure or reverse the broad evolutionary linkages between leaf traits, meaning that variation in LES traits cannot always be interpreted as differences in resource use strategy.     

Relating Stomatal Conductance to Leaf Functional Traits

Leaf functional traits are important because they reflect physiological functions, such as transpiration and carbon assimilation. In particular, morphological leaf traits have the potential to summarize plants strategies in terms of water use efficiency, growth pattern and nutrient use. The leaf economics spectrum (LES) is a recognized framework in functional plant ecology and reflects a gradient of increasing specific leaf area (SLA), leaf nitrogen, phosphorus and cation content, and decreasing leaf dry matter content (LDMC) and carbon nitrogen ratio (CN). The LES describes different strategies ranging from that of short-lived leaves with high photosynthetic capacity per leaf mass to long-lived leaves with low mass-based carbon assimilation rates. However, traits that are not included in the LES might provide additional information on the species'' physiology, such as those related to stomatal control. Protocols are presented for a wide range of leaf functional traits, including traits of the LES, but also traits that are independent of the LES. In particular, a new method is introduced that relates the plants’ regulatory behavior in stomatal conductance to vapor pressure deficit. The resulting parameters of stomatal regulation can then be compared to the LES and other plant functional traits. The results show that functional leaf traits of the LES were also valid predictors for the parameters of stomatal regulation. For example, leaf carbon concentration was positively related to the vapor pressure deficit (vpd) at the point of inflection and the maximum of the conductance-vpd curve. However, traits that are not included in the LES added information in explaining parameters of stomatal control: the vpd at the point of inflection of the conductance-vpd curve was lower for species with higher stomatal density and higher stomatal index. Overall, stomata and vein traits were more powerful predictors for explaining stomatal regulation than traits used in the LES.     

植物功能性状、功能多样性与生态系统功能: 进展与展望

植物功能性状与生态系统功能是生态学研究的一个重要领域和热点问题。开展植物功能性状与生态系统功能的研究不仅有助于人类更好地应对全球变化情景下生物多样性丧失的生态学后果,而且能为生态恢复实践提供理论基础。近二十年来,该领域的研究迅速发展,并取得了一系列的重要研究成果,增强了人们对植物功能性状-生态系统功能关系的认识和理解。本文首先明确了植物功能性状的概念, 评述了近年来植物功能性状-生态系统功能关系领域的重要研究结果, 尤其是植物功能性状多样性-生态系统功能关系研究现状; 提出了未来植物功能性状与生态系统功能关系研究中应加强植物地上和地下性状之间关系及其与生态系统功能、植物功能性状与生态系统多功能性、不同时空尺度上植物功能性状与生态系统功能, 以及全球变化和消费者的影响等方面。