放牧对草原植物功能性状及其权衡关系的调控

放牧是草原生态系统利用与管理的主要方式; 而过度放牧导致的草原退化和生产力衰减问题已成为当前生产及理论上的一个棘手难题。近年来, 植物功能性状及其权衡等新理论与方法的引入, 为解析放牧对草原的影响机制提供了新工具, 成为草原生态学的一个新兴领域, 但目前尚缺乏系统的回顾总结。该文综述了近年来国内外关于草原植物功能性状对放牧的响应及其权衡关系的研究进展, 综合分析了植物性状权衡变化的主要特征、成因与机制, 针对学界关于放牧下植物矮化型变机制的“避牧适应假说”与“生长受阻假说”的争论, 提出了下一步需重点关注的科学问题。     

叶片水力性状研究进展

叶片水力性状表征了叶片为适应外在环境而形成的水分传输方面的生存策略。叶片水力性状会限制整个植株的水分传输,并影响植物的气体交换及其对干旱的响应,因此关于叶片水力性状的研究已成为植物水分关系领域的研究热点之一。本文概括了叶片水力性状的基本指标(包括叶片整体水力导度(Kleaf)、叶片木质部水力导度(Kxylem)、叶片木质部外水力导度(Kout-xylem)等)和叶片水力导度的5种主要测量方法;总结了叶脉网络结构和环境因素对叶片水力性状的影响、叶片水力性状与叶片功能指标(气孔导度、叶片水势、叶片最大光合速率)的匹配与权衡关系,以及叶片水力性状与植物抗旱性关系的最新研究进展;对今后叶片水力性状的研究提出了两点建议:1)将叶片水力性状与气体交换和叶解剖结构等相结合,构建叶片碳-水耦合模型,揭示叶片应对外界环境变化而采取的生态策略,以及植物的水-碳投资机理;2)开展植株各部分(根-茎-叶)间水分传输的交互作用研究,筛选出水力系统高效安全的物种。     

植物功能性状与森林生态系统服务的关系研究综述

植物功能性状途径是揭示生物多样性与生态系统服务关系的重要视角,尽管植物功能性状与生态系统服务的关系在单一地点的研究取得突出进展,但对于植物功能性状与生态系统服务的关系仍缺乏整体认识。以森林生态系统为对象,通过系统文献检索及筛选,收集了216篇文献,应用整合分析和二分网络分析等方法,探讨了植物功能性状对森林生态系统服务及其权衡与协同关系的影响。结果表明：植物叶片功能性状关注最多,占研究性状数量的48%,生态系统服务中关注最多是生物量、土壤肥力、病虫害控制和固碳服务;81.1%的植物功能性状与生态系统服务关系组表现为稳定的正向或负向关系,而关联植物功能性状多的生态系统服务（生物量、固碳服务、土壤水分、土壤肥力和病虫害控制）往往与植物功能性状表现为不稳定关系;森林生态系统中存在6组"植物功能性状-生态系统服务簇（简称"性状-服务簇"）：水循环相关的性状-服务簇、土壤保持相关的性状-服务簇、物质生产相关的性状-服务簇、灾害控制相关的性状-服务簇、养分循环相关的性状-服务簇和授粉相关的性状-服务簇,揭示了各性状-服务簇内生态系统服务的权衡或协同关系以及与各性状-服务簇关系密切的植物功能性状。该研究从总体上阐明了植物功能性状与森林生态系统服务关系的研究重点和进展、揭示了植物功能性状对森林生态系统服务影响效应的方向和强度,可为深化森林生态系统服务形成机制认识以及协调生态系统服务权衡关系提供科学依据。     

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。     

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。     

植物功能生物地理学的研究进展与展望

功能生物地理学研究性状及其多样性的时空分布变化、生态成因及其对生态系统功能的影响。近十来年,功能生物地理学领域发展迅速,性状数据呈指数增长,基于性状探索物种分布、群落结构和组成以及生态系统功能对环境变化响应的研究取得了重要进展。该文综述了植物功能生物地理学的核心内涵、发展历史、主要研究进展和未来展望。性状是功能生物地理学的研究核心,该文先总结了植物叶、茎、根、花、果实和种子等器官和整株关键性状的地理格局及其与环境间的关系,表明性状变异是植物适应进化和环境筛选的结果;概述了功能多样性的常用指标、地理分布与生态成因;介绍了性状数据的主要来源与性状缺失值的填充方法。随后,综述了植物性状间的关联与权衡,重点介绍了叶经济谱和植物经济谱的发展,指出其反映了植物对关键资源(如碳、养分和水分)的获取与分配策略;概述了基于性状预测物种分布的依据与进展,以及性状多样性与生态系统功能间的关系。在此基础上,提出了功能生物地理学研究所面临的挑战,强调未来研究要关注多性状在种内和种间的协同与权衡关系,将研究精度从物种水平推进到个体水平,采用性状网络等方法定量化性状间的关系及其对环境变化的响应,关注植物跨尺度的适应...     

八个树种叶水力性状对水分条件的响应及其驱动因素

树木叶片的水力效率和安全性会对水分条件的改变做出一定的响应, 进而影响树木的生长和分布, 然而叶导水率(K_leaf)和叶水力脆弱性(P₅₀)对不同水分条件的响应模式及其影响因素尚不清楚。该研究选取了晋西北关帝山和黑茶山两种水分条件下的8种树种, 测量其水力性状、叶片导管和形态性状, 比较两地不同树种的K_leaf和P₅₀的变化, 分析叶片水力效率和安全性之间的权衡关系, 并探讨叶片水力性状在不同树种及水分条件下的响应模式及其驱动因素。结果表明: 对同一树种而言, 湿润的关帝山叶最大导水率(K_max)和P₅₀均高于干旱的黑茶山; 对同一地区而言, 从在高水分条件下生长的树种到在易干旱环境生长的树种, K_max和P₅₀均逐渐下降。K_max、P₅₀、膨压丧失点水势(TLP)之间均存在显著相关关系。两地叶片P₅₀与导管密度、导管塌陷预测值((t/b)³)、叶片厚度、比叶质量显著正相关, 与导管直径、叶面积显著负相关, 不同树种的K_leaf和P₅₀与叶导管性状的关系大于叶形态性状。同一树种的关帝山到黑茶山P₅₀变化量(δP₅₀)与比叶质量和叶干物质含量在两地的变化量显著正相关, 同一树种δP₅₀与叶形态性状变化量的关系大于与叶导管性状的。以上结果表明: 随着水分条件变差, 叶片水力效率降低, 水力安全性提高, 不同树种叶片水力效率与安全性之间存在一定的权衡关系, 不同树种叶水力性状的差别受叶导管性状影响的程度大于受叶形态性状的影响, 同一树种叶水力安全性对水分条件变化的响应主要依靠叶形态性状的驱动, 树木在提高自身叶水力安全的同时增加了叶构建的碳投资。     

内蒙古荒漠草原植物叶片功能性状关系及其经济谱分析

气候变化和人为干扰导致草原荒漠化加剧, 引发了严重的环境问题。因此, 对荒漠草原植物与环境变化关系的研究愈加迫切, 分析比较荒漠草原不同功能型物种叶片经济谱具有重要意义。该研究通过测定内蒙古荒漠草原生态系统不同功能型植物叶片的光合及叶绿素荧光参数、比叶面积和叶片氮素含量, 验证了荒漠草原植物叶片经济谱的存在, 明确了各功能型植物叶片性状间的关系及其在叶片经济谱中的位置。荒漠草原不同功能型植物叶片性状差异明显, 草本植物的比叶面积(SLA)、单位质量叶氮含量(N_mass)分别是灌木的2.39倍和1.20倍; 一年生植物单位面积最大净光合速率(A_area)、SLA、光合氮利用效率(PNUE)分别是多年生植物的1.93倍、2.13倍和4.24倍; C₄植物的A_area、SLA、PNUE分别是C₃植物的2.25倍、1.73倍和3.61倍。除A_area与单位面积叶氮含量(N_area)、PSII的实际光化学效率(Φ_PSII)与SLA之间不存在显著相关关系外, 叶片性状间存在广泛的相关关系, 且均达到极显著水平。这验证了叶片经济谱在内蒙古荒漠草原植物中也同样存在。进一步分析表明, 一年生植物、草本植物、C₄植物叶片在叶片经济谱中位于靠近薄叶、光合能力强、寿命短的一端; 而多年生植物、灌木、C₃植物叶片靠近厚叶、光合能力弱、寿命长的一端。这说明荒漠草原中不同功能型植物可通过权衡其经济性状间的关系而采取不同的适应策略, 对于荒漠草原生态系统管理具有重要的理论指导意义。     

三峡水库消落带植物叶片光合与营养性状特征

自2007年三峡大坝试运行以来,其独特的人工水位调度节律给当地的水库消落带生态系统带来了巨大的负面影响。植物功能性状可以反映某一特殊生境植物的生理生态过程特殊性,是指示生态系统结构与功能的有效指标。因此,在三峡水库消落带形成2a后,于2009年调查了消落带的42种适生植物以及对照带33种植物的6个叶片功能性状:最大净光合速率(Amax)、叶片气孔导度(Gs)、比叶重(LMA)、叶片全氮含量(Nmass)、全磷含量(Pmass)和全钾含量(Kmass)。运用标准化主轴回归分析对消落带植物叶片各功能性状之间关系进行分析,并对照全球尺度叶片功能性状数据库,旨在说明反季节淹水对消落带植物叶片功能性状之间关系与全球尺度对比发生了哪些变化。同时,运用成对方差t检验的分析方法,对比了在消落带和对照带都存在的33个种的叶片光合与营养性状之间的差异,以阐明消落带植物对消落带特殊生境的生理响应。结果表明:(1)消落带植物叶片各性状关系呈现出与全球尺度基本一致的格局,表现出植物叶性状之间关系的趋同性;(2)消落带植物Amass、Nmass、Pmass和Kmass显著高于全球尺度,而LMA则显著低于全球尺度。处于驯化阶段的消落带植物各叶片性状处在全球叶片经济型谱"低投入-快速回收"的一端。(3)消落带植物叶片Amass与对照带相比,有显著提高。表明三峡水库消落带植物叶片光合能力得到显著提高,这可能是其适应消落带特殊生境的关键生理生态对策之一。     

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。     

Trade-offs between plant leaf hydraulic and economic traits

Leaf is the most important organ for carbon-water coupling of a plant because it is the primary medium for photosynthesis. It also acts as the hydraulic bottleneck and safety valve against hydraulic catastrophic dysfunctions. The leaf economics spectrum, which reflects the balance between investments and returns of leaf economic traits, provides a useful framework for examining species strategies as shaped by their evolutionary history. Changes in leaf hydraulic traits will influence leaf economic traits as well as plant survival and growth. Exploring trade-offs between leaf hydraulic and economic traits is thus of significance for modeling carbon-water relations, understanding the mechanisms of water/carbon investments, and extending the leaf economic spectrum. In this review, we first examined the trade-offs between leaf hydraulic and economic traits. Specially, we analyzed the relationships between leaf hydraulic conductivity and hydraulic vulnerability, water potential at the turgor loss point, water capacitance, safety margin, and leaf morphological, structural and functional traits. We then discussed potential mechanisms regulating leaf hydraulic and economic traits from leaf morphology, anatomy, venation, and stomatal functions. Finally, we proposed future research to: (1) develop an integrated whole-plant economics spectrum, including carbon-nitrogen-water resources and root-stem-leaf hydraulic transport system that will help revealing ecophysiological mechanisms of plant structure-functional coupling, carbon sequestration and water use; (2) explore a generalized trade-offs among leaf hydraulic safety, hydraulic efficiency and carbon fixation efficiency to advance our understanding of the relationships between biophysical structure and physiological metabolism in plant leaf construction under drought stress; and (3) explore the carbon-water metabolic relationship and coupling of water transport and growth rate for the metabolic theory and predictions at community scale.     

Leaf hydraulic traits and their trade-offs for nine Chinese temperate tree species with different wood properties

Aims Trees with different wood properties display variations in xylem anatomy and leaf vein structure, which may influence tree water transport efficiency and water-use strategy, and consequently constrain tree survival, growth and distribution. However, the effects of wood properties on leaf hydraulic conductance and vulnerability and their potential trade-offs at leaf level are not well understood. Our aims were to examine variations in leaf hydraulic traits of trees with different wood properties and explore potential trade-offs between leaf hydraulic efficiency and safety.
Methods Nine tree species with different wood properties were selected for measuring the leaf hydraulic traits, including three diffuse-porous species (Populus davidiana, Tilia amurensis, Betula platyphylla), three ring-porous species (Quercus mongolica, Fraxinus mandshurica, Juglans mandshurica), and three non-porous species (Picea koraiensis, Pinus sylvestris var. mongolica, Pinus koraiensis). Four dominant and healthy trees per species were randomly selected. The hydraulic traits measured included leaf hydraulic conductance on leaf area (K_area) and dry mass (K_mass) basis, leaf hydraulic vulnerability (P₅₀), and leaf water potential at turgor loss point (TLP), while the leaf structural traits were leaf dry mass content (LDMC), leaf density (LD) and leaf mass per unit area (LMA).
Important findings The K_area, K_mass, and P₅₀ differed significantly among the tree species with different woody properties (p < 0.05). Both K_area and K_mass were the lowest for the non-porous trees, and did not differ significantly between the diffuse-porous and ring-porous trees. The ring-porous trees had the highest P₅₀ values, while the diffuse-porous and non-porous trees showed no significant differences in P₅₀. Both K_area and K_mass were negatively correlated with P₅₀ (p < 0.05) for all the trees, and the relationships for the diffuse-porous, ring-porous, and non-porous trees were fitted into linear, power, exponential functions, respectively. This indicates that significant trade-offs exist between leaf hydraulic efficiency and safety. The K_mass was correlated (p < 0.01) with TLP in a negative linear function for the diffuse- and ring-porous trees and in a negative exponential function for the non-porous trees. The P₅₀ increased with increasing TLP. These results suggest that apoplastic and symplastic drought resistance are strictly coordinated in order to protect living cells from approaching their critical water status under water stresses. The K_mass was negatively correlated (p < 0.01) with LDMC, LD, or LMA, while the P₅₀ was positively correlated with LDMC and LD; this suggests that variations in K_mass and P₅₀ are driven by similar changes in structural traits regardless of wood traits. We conclude that the tree tolerance to hydraulic dysfunction increases with increasing carbon investment in the leaf hydraulic system.     

九种不同材性的温带树种叶水力性状及其权衡关系

不同材性树种的解剖、叶脉分布等结构性状差异会影响树木的水分运输效率和水分利用策略, 进而限制树木的生存、生长和分布。然而, 材性对叶导水率、水力脆弱性及其潜在的权衡关系的影响尚不清楚。该研究选择东北温带森林中不同材性的9种树种(散孔材: 山杨(Populus davidiana)、紫椴(Tilia amurensis)、白桦(Betula platyphylla); 环孔材: 蒙古栎(Quercus mongolica)、水曲柳(Fraxinus mandshurica)、胡桃楸(Juglans mandshurica); 无孔材: 红皮云杉(Picea koraiensis)、樟子松(Pinus sylvestris var. mongolica)、红松(Pinus koraiensis), 测量其基于叶面积和叶质量的叶导水率(K_area和K_mass)、水力脆弱性(P₅₀)、膨压丧失点水势(TLP)及叶结构性状, 以比较不同材性树种叶水力性状的差异, 并探索叶水力效率与安全的权衡关系。结果表明: 3种材性树种的K_area、K_mass和P₅₀均差异显著(p < 0.05)。无孔材树种的K_area和K_mass最低, 而散孔材和环孔材树种差异不显著; 环孔材树种P₅₀最高, 而散孔材和无孔材树种差异不显著。K_area和K_mass均与P₅₀显著负相关(p < 0.05), 但散孔材、环孔材和无孔材树种的相关关系分别呈线性、幂函数和指数函数关系。这表明叶水力效率与安全之间存在一定的权衡关系, 但该关系受树木材性的影响。K_mass与TLP显著负相关(p < 0.01), 其中散孔材和环孔材树种呈线性负相关, 无孔材树种呈负指数函数关系; P₅₀随TLP的增加而增加, 这表明树木在面临水分胁迫时, 其质外体和共质体抗旱阻力共同协调保护叶片活细胞, 防止其水分状况到达临界阈值。K_mass与叶干物质含量、叶密度、比叶重均显著负相关, 而P₅₀与之显著正相关(p < 0.01, P₅₀与比叶重的关系除外), 表明树木叶水力特性的变化受相同叶结构特性驱动, 树木增加对水力失调的容忍需要在叶水力系统构建上增加碳投资。     

Venation networks and the origin of the leaf economics spectrum

The leaf economics spectrum describes biome-invariant scaling functions for leaf functional traits that relate to global primary productivity and nutrient cycling. Here, we develop a comprehensive framework for the origin of this leaf economics spectrum based on venation-mediated economic strategies. We define a standardized set of traits - density, distance and loopiness - that provides a common language for the study of venation. We develop a novel quantitative model that uses these venation traits to model leaf-level physiology, and show that selection to optimize the venation network predicts the mean global trait-trait scaling relationships across 2548 species. Furthermore, using empirical venation data for 25 plant species, we test our model by predicting four key leaf functional traits related to leaf economics: net carbon assimilation rate, life span, leaf mass per area ratio and nitrogen content. Together, these results indicate that selection on venation geometry is a fundamental basis for understanding the diversity of leaf form and function, and the carbon balance of leaves. The model and associated predictions have broad implications for integrating venation network geometry with pattern and process in ecophysiology, ecology and palaeobotany.     

Climate and plant trait strategies determine tree carbon allocation to leaves and mediate future forest productivity

Forest leaf area has enormous leverage on the carbon cycle because it mediates both forest productivity and resilience to climate extremes. Despite widespread evidence that trees are capable of adjusting to changes in environment across both space and time through modifying carbon allocation to leaves, many vegetation models use fixed carbon allocation schemes independent of environment, which introduces large uncertainties into predictions of future forest responses to atmospheric CO₂ fertilization and anthropogenic climate change. Here, we develop an optimization‐based model, whereby tree carbon allocation to leaves is an emergent property of environment and plant hydraulic traits. Using a combination of meta‐analysis, observational datasets, and model predictions, we find strong evidence that optimal hydraulic–carbon coupling explains observed patterns in leaf allocation across large environmental and CO₂ concentration gradients. Furthermore, testing the sensitivity of leaf allocation strategy to a diversity in hydraulic and economic spectrum physiological traits, we show that plant hydraulic traits in particular have an enormous impact on the global change response of forest leaf area. Our results provide a rigorous theoretical underpinning for improving carbon cycle predictions through advancing model predictions of leaf area, and underscore that tree‐level carbon allocation to leaves should be derived from first principles using mechanistic plant hydraulic processes in the next generation of vegetation models.     

叶片结构的水力学特性对植物生理功能影响的研究进展

叶片是植物进行光合、呼吸、蒸腾作用的主要器官, 早期的研究主要集中于水分在叶片中的运输路径, 而对叶脉结构及其生态学意义研究甚少。近年来关于叶片叶脉结构、气孔结构的功能及叶片水力学特性的意义研究已经成为植物生理生态的研究热点。该文综述了叶脉的结构性状的指标(叶脉密度、直径、间距等), 叶片水力学结构特性对植物生长、水分运输、气体交换、光合作用等生理功能的影响, 及其与植物对干旱适应性之间的关系。叶脉结构是决定叶片生理功能的基础, 因此在未来的工作中应分析比较不同种类植物叶脉结构形态与导水、光合、呼吸、同化作用之间的关系, 建立植物茎干-枝-叶系统水力传导的机理性模型, 用以探索不同植物功能结构和高效用水生理生态学机制, 据此评估不同种类植物在未来气候情景下的地位。     

Leaf economics and hydraulic traits are decoupled in five species‐rich tropical‐subtropical forests

Leaf economics and hydraulic traits are critical to leaf photosynthesis, yet it is debated whether these two sets of traits vary in a fully coordinated manner or there is room for independent variation. Here, we tested the relationship between leaf economics traits, including leaf nitrogen concentration and leaf dry mass per area, and leaf hydraulic traits including stomatal density and vein density in five tropical‐subtropical forests. Surprisingly, these two suites of traits were statistically decoupled. This decoupling suggests that independent trait dimensions exist within a leaf, with leaf economics dimension corresponding to light capture and tissue longevity, and the hydraulic dimension to water‐use and leaf temperature maintenance. Clearly, leaf economics and hydraulic traits can vary independently, thus allowing for more possible plant trait combinations. Compared with a single trait dimension, multiple trait dimensions may better enable species adaptations to multifarious niche dimensions, promote diverse plant strategies and facilitate species coexistence.     

干旱胁迫植物个体生理响应及其生态模型预测研究进展

全球气候突变导致干旱事件频发,进而易引发严重的植物衰退甚至死亡,聚焦植物尤其是树木死亡的生理学机制并期望基于此评估及预测气候变化导致植物死亡风险已成为热点话题。植物通过调整内在生理代谢过程,例如通过调节渗透物质的含量,来平衡渗透势、维持细胞膨压、调节植物激素的信号水平,诱导植物气孔开放程度降低,有利于植物保存水分、调控植物水通道蛋白的表达,进而保持体内水分稳定并对干旱胁迫做出快速响应。这些生理过程中的每一环调节都为了确保水分运输的效率和安全性,增加植物抗旱性以及生态系统稳定性。植物的抗旱性不仅体现在生理代谢方面的调节,还表现在植物水力特性与解剖结构间相辅相成。当植物改变水力特性的同时,其茎叶会在解剖结构上做出调整以满足植物在干旱环境下水分供需平衡,从而降低植物蒸腾水分散失、增强细胞储水并提高生存能力。植物应对水分胁迫的策略通常与水分消耗和碳获取之间的平衡有关,明晰植物水分消耗与光合碳获取间存在平衡关系的性状特征便于更好地理解植物的水分利用策略。然而,植物表现出的任意单一性状特征的强弱都无法代表整个植物适应逆境的优劣,未来只有通过将植物更多性状特征进行相互关联,以具有代表植物水力功能、结...