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梭梭幼苗的干旱死亡机制研究进展

一、在全球干旱事件频次和强度增加的气候背景下,干旱导致植物死亡的报道越来越多,尤其在干旱和半干旱生态系统更为严重。对植物死亡的生理机制认识不足,会限制我们对未来气候变化情景下植被动态的预测。古尔班通古特沙漠为我国第二大沙漠,建群种梭梭(Haloxylon ammodendron)抗旱性极强,具有优良的固沙特性,对于荒漠生态系统的稳定与维持意义重大。然而近年来,梭梭幼苗在夏季干旱时期死亡率升高,不利于幼苗的建成、种群的更新和分布。实验室李彦团队通过温室控制实验,确定了一年生梭梭幼苗在干旱死亡过程中水碳生理、形态指标变化的先后顺序,量化了地上、地下组织在干旱下的存活时间,探讨根系生理和形态调整对梭梭幼苗干旱存活的重要作用。

研究结果表明:梭梭幼苗在干旱胁迫下优先投资根系,牺牲地上部分,在降低地上碳需求的前提下满足根系的碳消耗,保证根系的存活。根系积累的碳水化合物是驱动再萌芽的能量源。基于以上理论,提出了适用于梭梭幼苗的死亡判定标准,建立了胁迫死亡的界限。另外,水碳主要事件变化的时间顺序反应了此物种在干旱下用于不同生理活动的碳分配的转变,有助于理解其在干旱下对维护水、碳安全的权衡及策略。

本研究证明了荒漠灌木梭梭在干旱下具有根保护策略,并为水、碳共同调控植物生存提供了证据。相关研究成果以Effects of increasing root carbon investment on the mortality and resprouting of Haloxylon ammodendron seedlings under drought发表于Plant Biology

二、近年来,在气候变化和人类活动影响下,古尔班通古特沙漠南缘天然梭梭林分布面积减小,盖度下降。尤其是当夏季干旱来临,土壤水分有效性降低,梭梭幼苗死亡率升高,不利于幼苗建成和种群更新。根据以往研究,幼苗根系结构和功能发展尚不完善,比成年个体更容易遭受水分胁迫,因此有必要深入讨论梭梭建成阶段水碳动态和生物量分配模式对干旱胁迫的响应。

李彦团队通过温室控制实验,对一年生梭梭幼苗在干旱下的生理、形态指标进行跟踪,分析其生物量分配模式对干旱的响应,结果表明梭梭幼苗优先向地下分配生物量,且这种分配模式不受干旱的影响,即具有表观可塑性。在某种长期环境压力下,这种固定的生物量分配模式有利于降低可塑性代价,增加适应性。例如,当水分环境恢复时,梭梭幼苗固定的生物量分配有利于其再恢复。

本研究从形态调整的角度探讨了根系对梭梭幼苗干旱存活的重要作用,以及对复水后恢复的作用,有助于理解荒漠植物特有的生存策略,并为异速生长研究中“渠化的分配模式”积累了证据。相关研究成果以Fixed allocation patterns, rather than plasticity, benefit recruitment and recovery from drought in seedlings of a desert shrub发表于AoB Plants。链接:http://aobpla.oxfordjournals.org/content/8/plw020.ful l.pdf.


 
 

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