栓皮栎叶片解剖结构种群变异及其对环境因子的适应

【目的】厘清天然广布树种栓皮栎叶片解剖结构的种群变异及其与环境因子的关系。【方法】以中国28个天然分布栓皮栎种群叶片为研究对象,用常规石蜡切片结合光学显微技术对栓皮栎叶片解剖性状进行研究,用巢式方差分析、Pearson相关性分析等方法对栓皮栎叶片解剖结构的种群变异与环境因子关系进行分析。【结果】(1)栓皮栎叶片解剖性状在28个种群间存在显著差异,平均变异系数为7.84%～15.16%,且同一叶片解剖性状在不同种群间的变异范围不同;(2)9个解剖性状在种群内及种群间均存在极显著差异,平均表型分化系数为37.44%,解剖性状变异主要来自种群内;(3)叶片厚度、上表皮厚度、栅栏组织厚度、海绵组织厚度与纬度呈显著正相关关系,年均气温及年降水量对上表皮厚度和栅栏组织厚度有显著影响。【结论】栓皮栎具有丰富的遗传多样性,为适应低温与干旱,栓皮栎叶片整体呈增厚趋势。研究结果为了解栓皮栎环境适应策略提供理论依据。     

青藏高原东缘常见阔叶木本植物叶片性状对环境因子的响应

叶片性状-环境关系对于预测气候变化对植物的影响至关重要。该研究以青藏高原东缘常见阔叶木本植物为研究对象, 从47个样点采集了332个物种共666个种群的叶片, 测量了15个叶片性状, 调查了该区域木本植物叶片性状的变异程度, 并从种内和种间水平探讨了叶片性状对环境的响应及适应策略。结果表明, 反眏叶片大小的性状均具有较高的变异, 其中, 叶片面积是变异程度最大的性状。除气孔密度外, 大多数叶片性状与海拔显著相关。气候是叶片性状变异的重要驱动因素, 3.3%-29.5%的叶片性状变异由气候因子组合解释。其中, 气温对叶片性状变异解释度最高, 日照时间能解释大部分叶片性状的变异, 而降水量对叶片性状变异的解释度相对较小。与环境(海拔和气候因子)显著相关的叶片性状在种内明显少于种间水平, 可能是植物性状之间的协同变化与权衡使种内性状变异比较小, 从而减弱了种内叶片性状与环境因子的相关性。研究结果总体表明,叶片性状与木本植物对环境的适应策略密切相关, 植物通过选择小而厚的叶片和较短的叶柄以适应高海拔的 环境。     

青藏高原东缘常见阔叶木本植物叶片性状对环境因子的响应

叶片性状-环境关系对于预测气候变化对植物的影响至关重要。该研究以青藏高原东缘常见阔叶木本植物为研究对象,从47个样点采集了332个物种共666个种群的叶片,测量了15个叶片性状,调查了该区域木本植物叶片性状的变异程度,并从种内和种间水平探讨了叶片性状对环境的响应及适应策略。结果表明,反眏叶片大小的性状均具有较高的变异,其中,叶片面积是变异程度最大的性状。除气孔密度外,大多数叶片性状与海拔显著相关。气候是叶片性状变异的重要驱动因素,3.3%–29.5%的叶片性状变异由气候因子组合解释。其中,气温对叶片性状变异解释度最高,日照时间能解释大部分叶片性状的变异,而降水量对叶片性状变异的解释度相对较小。与环境(海拔和气候因子)显著相关的叶片性状在种内明显少于种间水平,可能是植物性状之间的协同变化与权衡使种内性状变异比较小,从而减弱了种内叶片性状与环境因子的相关性。研究结果总体表明,叶片性状与木本植物对环境的适应策略密切相关,植物通过选择小而厚的叶片和较短的叶柄以适应高海拔的环境。     

新疆准噶尔荒漠植物叶片功能性状的进化和环境驱动机制初探

植物功能性状是由遗传因素和环境条件共同决定的。剖析各因素对植物性状变异的相对影响,对揭示植物对环境变化的响应和适应规律至关重要。作者以干旱区植物为研究对象,定量化分析了植物叶片功能性状变异及其与环境梯度的关系。研究区域位于中国新疆准噶尔盆地及其周边区域。在30个样地中,观测了110种植物的叶比重、叶片单位质量氮含量和单位面积氮含量以及叶片干物质含量,通过插值法获得每个样地的生物气候数据。结果表明:物种水平上叶片性状(性状值为每个物种的实际观测值)的变异在很大程度上由植物进化背景所决定,气候因子和功能群的作用次之;在群落尺度上(性状值为每个样地的权重和),叶比重与气候干旱程度呈正相关,单位质量氮含量在水热组合最优的区域出现最大值,而叶片干物质含量和单位面积氮含量与气候因子的相关性较小。叶比重是群落尺度上探讨叶片功能性状与环境梯度关系的一个合适的指标。此外,在研究植物性状-环境关系过程中,尽可能观测多个植物功能性状是必要的。但是,只有排除植物系统背景的影响,关于植物性状-环境关系的研究结论才可能接近真实情况。将来应该加强同一种内不同种群间的叶片性状的采样和分析工作。     

濒危植物永瓣藤叶片功能性状对环境因子的响应

植物叶片功能性状能够响应环境条件的变化,反应了植物对环境的适应策略。当前,针对藤本植物叶片功能性状地理格局及其环境驱动力的研究较少。以国家重点保护植物永瓣藤（Monimopetalum chinense）为研究对象,对其分布区内11个种群的15个叶片功能性状进行测量,并结合气候、土壤因子来解释叶性状变异。比较叶片性状在局域和区域尺度上的种内变异程度,利用多元逐步回归分析环境因子对叶性状的影响。结果表明,在局域尺度上,永瓣藤叶功能性状变异系数介于3.0%-22.5%,其中,叶面积变异程度最大,叶片碳含量变异最小。永瓣藤叶片形状随纬度上升而变得宽且圆。叶片磷含量相对较低,永瓣藤的生长可能受到了磷限制。土壤与气候因子是叶片性状的重要驱动因素,解释了25%-97%的叶片性状变异。在温度和水分充足的情况下,永瓣藤叶片趋向于的慢速生长的保守策略。总体来说,永瓣藤叶片功能性状通过一定的种内变异和性状组合,并与气候、土壤因子相互作用,适应当前的环境条件。     

国家重点保护植物珙桐叶片功能性状地理格局及其驱动因素

以国家重点保护植物珙桐（Davidia involucrata Baillon）为研究对象,对其分布区内18个种群的17项叶片功能性状进行测量,探究叶功能性状的地理格局与对异质环境的适应机制。结果显示,在局域尺度上,珙桐叶片功能性状变异系数介于1.48%～24.81%,其中,叶碳磷比变异程度最大,叶有机质含量变异最小。随着经度或纬度的增加,珙桐叶片叶锯齿数、叶面积、叶厚度显著降低。随着海拔的增加,珙桐叶片叶磷含量、叶面积、叶厚度、叶干物质含量显著增加,珙桐叶片形状变得更宽且更近于圆形。叶片边缘锯齿增强了珙桐叶片对于寒冷的适应性。环境因子解释了79.90%的珙桐叶片性状变异,该变异主要由地理变量与气候因子驱动,同时受到土壤因子的影响。年降水和土壤氮元素是叶片性状变异的最强解释因子,随着降水增加或者土壤氮元素减少,叶片变得小且薄。研究结果说明,珙桐叶片功能性状在物种分布区尺度上呈现出明显的地理格局,其中降水、土壤氮元素含量在地理格局的形成中发挥了重要的作用。     

温带-亚热带栓皮栎种子形态的变异及其与环境因子的关系

在区域尺度上(25.14°-40.25° N, 99.87°-122.07° E), 采集20个栓皮栎(Quercus variabilis)种群的种子样品, 测定种宽、种长, 并计算宽长比形态指标, 探讨了区域尺度上种子形态变异特点及其与环境因子的关系。结果表明, 栓皮栎种子的宽度和长度变化幅度分别为1.21-2.18 cm和1.20-2.96 cm; 宽长比的变化幅度为0.57-1.10。栓皮栎的种宽与种长呈显著的正相关关系。单因素方差分析表明, 种宽、种长和宽长比在种群间差异显著(p < 0.001)。种长与等效纬度呈负线性(R² = 0.18; p = 0.05), 与经度呈凸型的变异关系(R² = 0.43; p = 0.009)。种宽和种长与最热月平均气温呈极显著正相关(R² = 0.35; p = 0.006; R² = 0.30; p = 0.012), 而与最湿季降水量呈显著负相关(R² = 0.28, p = 0.019; R² = 0.24, p = 0.017)。种子宽长比没有明显的变化趋势, 大致趋于恒定(0.88 ± 0.08)。     

太行山南麓不同径级栓皮栎生长对气候要素及干旱事件的响应

为评估径级对树木的气候-生长关系的影响,建立太行山南麓低海拔地区栓皮栎全轮、早材、晚材宽度年表,对比两个径级栓皮栎人工林径向生长对气候响应的敏感性差异,使用叠加时代分析揭示干旱事件对不同径级栓皮栎的影响,为气候变化背景下研究区栓皮栎人工林可持续经营提供参考数据。结果表明: 大径级栓皮栎全轮、晚材年表的平均敏感度高于小径级栓皮栎年表,但小径级栓皮栎早材年表的平均敏感度高于大径级栓皮栎早材年表。晚材是树轮气候响应最敏感的组分。两径级栓皮栎标准年表指数对当年气候因子的响应模式相似。小径级栓皮栎全轮、晚材生长对当年6—8月的气候因子更敏感,其早材对生长季之前(1—2月)气候因子更敏感;而大径级栓皮栎早材对去年的气候因子更敏感,有更强的滞后效应。研究区栓皮栎对干旱非常敏感,干旱年份两径级栓皮栎全轮、晚材的径向生长量显著低于上一年,且大径级栓皮栎的减少幅度更高,但干旱后大径级栓皮栎生长恢复程度更高。     

退化草地物种种内和种间功能性状变异对放牧的响应

研究草地植物功能性状变异对放牧干扰的响应机制,有助于解析草地生态系统群落构建和功能多样性维持机制及植物对环境的适应及权衡策略。以科尔沁沙地退化草地为对象,研究围封和放牧草地物种多种功能性状(植株高度、根系长度、叶面积、根面积、叶片干物质含量、地上干物质含量、根系干物质含量、比叶面积、比根长和根冠比)变异特征及其对放牧干扰的响应机制。结果表明: 退化草地物种种间性状变异明显高于种内变异,种间性状变异对总体变异的贡献率占比高达70.2%～95.1%,而种内变异仅为4.9%～29.8%,但群落构建中物种的种内变异仍不可忽视。放牧草地物种种间性状变异低于围封草地,且放牧草地种内变异增加而种间变异减小。放牧导致不耐牧的优良禾本科牧草叶面积和叶片干物质含量下降而比根长增加,但耐牧的杂类草则通过增加叶面积和叶片干物质含量并降低比根长来提高在群落中的优势地位。退化草地对放牧响应较为敏感的功能性状有叶面积、叶片干物质含量、比根长和比叶面积。植物叶片性状和根系性状自身及彼此间均呈显著正相关,但放牧会增强根系性状的协同效应而减弱叶片性状的协同效应。说明放牧会驱动植物个体和种群功能性状权衡策略发生改变,进而起到调控植物群落结构和功能的作用。     

云南松、思茅松和卡西亚松天然种群间的针叶表型变异

研究近缘种复合体的针叶表型变异及其地理分布格局,有助于从生理生态机制上理解针叶树种的地理变异、种群动态以及对区域气候的响应。云南松(Pinus yunnanensis)、思茅松(P. kesiya var. langbianensis)和卡西亚松(P. kesiya)是一个跨越了东南亚热带和亚热带地区的近缘种复合体,具有典型的地理替代分布特征,拥有丰富的表型变异和遗传变异。该研究在3种松树分布区采集了31个代表种群,每个种群选择10个样木,测量了针叶长度、气孔密度、气孔保卫细胞长度和宽度、木质增厚层长度和宽度、气孔腔长度和宽度等共8个性状。采用巢式方差分析计算性状在树种间和种群间的差异,通过主成分分析和聚类分析揭示针叶性状的种群变异结构;分析针叶性状随纬度的变化规律,运用多元线性回归模型来确定影响针叶性状变异的主要环境因子。结果表明:(1)针叶性状在种群间的变异系数为12.01%–34.08%,气孔保卫细胞长度、木质增厚层长度和宽度、针叶长度和气孔密度的表型分化系数较高;(2)云南松和卡西亚松在大多数性状上存在显著差异,思茅松介于二者之间,聚类分析结果表明3种松树针叶性状的种群变异结构...     

不同纬度栓皮栎幼苗生理生态特征的比较

在栓皮栎天然分布的南界（云南安宁,YN）、中心（湖北鹤峰,HB）和北界（辽宁庄河,LN）各选择1个群体作为研究对象,对各群体栓皮栎幼苗叶片的大小、叶绿素含量、氮含量、光响应参数和全株生物量分配等进行了测定,结果表明：处于相对高纬度的LN群体在叶片长与宽、长宽比及叶面积均大于中低纬度的HB和YN群体;叶片叶绿素含量和氮含量随纬度的增加而增加;高纬度群体（LN）具有较高的表观量子效率（α）和暗呼吸速率（Rd）,而低纬度群体(YN)则具有较高的最大光合速率（P_max）和较低的光补偿点（LCP）;高纬度群体（LN）对地上部分的投入高于中低纬度的HB和YN群体,而HB和YN群体将更多的光合生产物质输送至地下部分。     

Effect of open-field experimental warming on the leaf phenology of oriental oak (Quercus variabilis) seedlings

Aims An open-field warming experiment enables us to test the effects of projected temperature increase on change in plant phenology with fewer confounding factors and to study phenological response to temperature ranges beyond natural variability. This study aims to (i) examine the effect of temperature increase on leaf unfolding and senescence of oriental oak (Quercus variabilis Blume) under experimental warming and (ii) measure temperature-related parameters used in estimating phenological response to temperature elevation.Methods Using an open-field warming system with infrared heaters, we increased the air temperature by ~3°C in the warmed plots compared with that of the control plots consistently for 2 years. Leaf unfolding and senescence dates of Q. variabilis seedlings were recorded and temperature-related phenological parameters were analysed.Important findings The timing of leaf unfolding was advanced by 3–8 days (1.1–3.0 days/°C) and the date of leaf senescence was delayed by 14–19 days (5.0–7.3 days/°C) under elevated air temperatures. However, the cumulative degree days (CDD) of leaf unfolding were not significantly changed by experimental warming, which suggest the applicability of a constant CDD value to estimate the change in spring leaf phenology under 3°C warming. Consistent ranges of advancement and temperature sensitivity in spring phenology and delayed autumn phenology and proposed temperature parameters from this study might be applied to predict future phenological change.     

秦岭南坡林窗大小对栓皮栎实生苗构型的影响

以秦岭南坡栓皮栎天然次生林间伐后形成的不同大小林窗实生苗为材料,采用典型抽样法调查林窗大小对栓皮栎实生苗枝系构型、叶片特征及其垂直分布的影响.结果表明: 林窗大小显著影响了栓皮栎实生苗的地径、树冠面积,林窗大小与地径呈显著正相关,与树冠面积呈显著负相关;林窗大小对实生苗苗高、冠长、树冠率均无显著影响;实生苗总体分枝率、逐步分枝率、枝径比均表现为大林窗>中林窗>小林窗>林下,不同林窗大小实生苗一级枝在垂直方向上主要分布于干的中、上部,直径较大的一级枝主要分布在中下部,一级枝倾角均随苗高的增高呈先增加后降低的趋势;随着林窗面积的增大,实生苗的叶长、叶宽和单叶面积逐渐〖JP2〗下降,平均单株叶数、相对高度上的总叶数增加,叶长宽比在不同大小林窗下均保持稳定,相对叶数均在干的中上部分布较多,叶面积指数与相对叶总数的变化一致;中林窗实生苗地径与大林窗无显著差异,但苗高较高,利于栓皮栎种群更新及培育优质干材.在栓皮栎林经营管理过程中,需确定合适的间伐强度增加中林窗数量,促进栓皮栎实生苗更新以及培育优质干材.     

Distinct controls of leaf widening and elongation by light and evaporative demand in maize

Leaf expansion depends on both carbon and water availabilities. In cereals, most of experimental effort has focused on leaf elongation, with essentially hydraulic effects. We have tested if evaporative demand and light could have distinct effects on leaf elongation and widening, and if short‐term effects could translate into final leaf dimensions. For that, we have monitored leaf widening and elongation in a field experiment with temporary shading, and in a platform experiment with 15 min temporal resolution and contrasting evaporative demands. Leaf widening showed a strong (positive) sensitivity to whole‐plant intercepted light and no response to evaporative demand. Leaf elongation was (negatively) sensitive to evaporative demand, without effect of intercepted light per se. We have successfully tested resulting equations to predict leaf length and width in an external dataset of 15 field and six platform experiments. These effects also applied to a panel of 251 maize hybrids. Leaf length and width presented quantitative trait loci (QTLs) whose allelic effects largely differed between both dimensions but were consistent in the field and the platform, with high QTL × Environment interaction. It is therefore worthwhile to identify the genetic and environmental controls of leaf width and leaf length for prediction of plant leaf area.     

CO2浓度增加和施氮对栓皮栎幼苗生理生态特征的影响

通过人为控制CO₂浓度(700、400 μmol·mol^-1)和氮素水平(120 kg N·hm^-2),研究了CO₂浓度增加和氮沉降及其交互作用对北界(辽宁庄河)栓皮栎幼苗生理生态特征的影响.结果表明: CO₂浓度升高使栓皮栎幼苗叶片的形态、光合色素含量和氮含量有减小的趋势,暗呼吸速率较对照降低63.3%,可溶性糖增加2.6%.氮沉降对栓皮栎叶片的形态和光合色素含量有明显的促进作用,叶N含量增加而K含量降低,N/K值增加26.7%.CO₂和N交互作用对幼苗叶形态和光合作用有明显的促进作用,叶片最大净光合速率和光饱和点分别是对照的1.4倍和2.6倍,暗呼吸速率和光补偿点分别降低65.9%和50.0%.CO₂浓度升高和N沉降均对栓皮栎幼苗生长有一定的促进作用,可能导致栓皮栎分布界线北移.     

CO2浓度增加和施氮对栓皮栎幼苗生理生态特征的影响

通过人为控制CO₂浓度(700、400 μmol·mol^-1)和氮素水平(120 kg N·hm^-2),研究了CO₂浓度增加和氮沉降及其交互作用对北界(辽宁庄河)栓皮栎幼苗生理生态特征的影响.结果表明: CO₂浓度升高使栓皮栎幼苗叶片的形态、光合色素含量和氮含量有减小的趋势,暗呼吸速率较对照降低63.3%,可溶性糖增加2.6%.氮沉降对栓皮栎叶片的形态和光合色素含量有明显的促进作用,叶N含量增加而K含量降低,N/K值增加26.7%.CO₂和N交互作用对幼苗叶形态和光合作用有明显的促进作用,叶片最大净光合速率和光饱和点分别是对照的1.4倍和2.6倍,暗呼吸速率和光补偿点分别降低65.9%和50.0%.CO₂浓度升高和N沉降均对栓皮栎幼苗生长有一定的促进作用,可能导致栓皮栎分布界线北移.     

栓皮栎地上部分构型及生物量分配

研究秦岭南坡商洛地区不同径级栓皮栎的地上部分构型、生物量及其分配和构型与生物量的关系.结果表明： 不同径级栓皮栎地上部分构型与生物量的分配存在差异.随着径级的增大,栓皮栎树高、胸径和冠幅逐渐增大;平均递减率先增大后减小;栓皮栎总体分枝率和逐步分枝率先增加后下降;不同径级栓皮栎垂直方向上的比叶面积为0.02～0.03,叶重比、叶面积指数和叶面积比的较大值在径级为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ时出现于树干中、上部,在径级为Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ时出现在树干中部,径级进一步增大则在垂直方向上出现2个峰值,分别位于树干中下部和中上部.栓皮栎地上部分生物量中,树干生物量占71.8%～88.4%,枝生物量占5.8%～19.6%,叶生物量占4.2%～8.6%.随着径级的增大,树干生物量所占比例先减小后增大,而枝、叶生物量所占比例呈先增大后减小再增大的趋势.栓皮栎地上部分生物量与树高、胸径、冠幅和逐步分枝率(R_2∶1)呈显著正相关,与总体分枝率和逐步分枝率(R_3∶2)呈正相关趋势,但相关性不显著.树干生物量、地上总生物量与树干递减率呈负相关趋势,枝生物量、叶生物量与树干递减率呈正相关趋势,但相关性均不显著.     

Variations in leaf morpho‐anatomy and photosynthetic traits between sun and shade populations of Eurya japonica (Pentaphylacaceae) whose seeds are dispersed by birds across habitats

Eurya japonica occurs in diverse light environments through seed dispersal by birds. As the seed size is extremely small, we hypothesized that newly germinated seedlings with restricted depth of roots and length of the hypocotyl would suffer high mortality due to increased transpiration in sunny habitats and low light in shady habitats. We also expected that surviving seedlings would differ in leaf traits between habitats as a result of selection. We aimed to determine how photosynthetic traits differ between habitats and how leaf structure is related to this difference. We examined photosynthesis and leaf morpho‐anatomy for plants cloned from cuttings collected from the forest understory (shade population) and neighboring roadsides and cut‐over areas (sun population) and then grown under two irradiances (18.5% and 100% sunlight) in an experimental garden. Under growth in 100% sunlight, cloned plants from the sun population exhibited significantly greater area‐based photosynthetic capacity compared to cloned plants from the shade population at a comparable stomatal conductance, which was attributable to a higher area‐based leaf nitrogen concentration. On the other hand, mean values of photosynthetic capacity did not significantly differ between the two populations. Cloned plants from the sun population had significantly thicker leaf laminas and spongy tissue and lower stomatal density compared to cloned plants from the shade population. Thickened leaf lamina might have increased leaf tolerance to physical stresses in open habitats. The variation in leaf morpho‐anatomy between the two populations can be explained in terms of the economy of leaf photosynthetic tissue.