树木年轮与环境演变青年科学家小组 Tree Ring and Environmental Change Group

研究揭示热带喀斯特森林树木枝条与叶片生理功能的关联进化

2012 年 8 月 24 日 / by 范 泽鑫

喀斯特地质在我国分布广泛,特别是西南地区连片分布着世界上面积最大的喀斯特地貌,构成独特的景观。青藏高原的隆起使得我国南方自新生代以来长期处于湿热气候,喀斯特地质的碳酸盐岩化学风化强烈,土壤形成很慢,土层薄,偏碱性,土壤元素有效态含量较低。许多植物甚至就长在裸露的岩石上,并且基质有许多淋溶形成的空隙、空洞而漏水,即使在雨季植物也可能频繁遭受干旱胁迫。受季风气候影响,云南南部的西双版纳地区一年有半年的干旱,喀斯特山地植物遭受更为严重的干旱胁迫。然而,有些植物却偏爱生长在喀斯特山地,朱华研究报道,在西双版纳热带喀斯特森林中约有10%的植物只能生长在喀斯特山地。植物对热带喀斯特生境的适应机制缺乏深入研究。

中科院西双版纳热带植物园博士研究生付培立等在导师曹坤芳研究员指导下,以该园附近热带喀斯特森林中的6种常绿树木和6种落叶树木为研究材料,比较了这些树木枝条和叶片的水力特征,水分关系特征和叶片寿命及光合特征,探讨植物的适应性。并且利用系统独立对比(Phylogenetic independent contrasts)方法探讨了这些特征之间的关联进化关系。研究发现:落叶树木具有较大的导管直径、较高的枝条导水率以及较高的光合速率,而常绿树木木质部抗气栓化能力和叶片耐失水能力强。叶片寿命与枝条木质部水分运输能力存在逆向关联进化,即叶片寿命越长的植物其枝条木质部水分运输能力越低;枝条和叶片在耐旱性上存在协同性,即枝条抗栓塞化能力越强的植物,其叶片的耐旱性也越强。研究还发现叶片密度和木材密度这两个相对容易测定的功能性状,可以作为旱生森林植物耐旱性与叶片光合能力的指征。

树木为适应季节性干旱或季节性寒冷而落叶,关于常绿植物和落叶植物的共存与竞争是一个古老的生态学问题。在前人关于常绿植物和落叶植物的比较研究中,普遍发现常绿植物和落叶植物的性状差异在这两个类群中都存在一定的连续性。但本研究的发现强调了常绿植物和落叶植物这两个类群在一系列解剖结构和生理生态性状上的显著差异。落叶植物主要采取了避旱的策略,而常绿植物采取了耐旱的策略,这使得两者对水分的利用在时间上存在一定程度的分化,对于维持热带干性喀斯特森林的水分平衡以及物种的共存十分重要。

相关研究结果以Stem hydraulic traits and leaf water-stress tolerance are coordinated with the leaf phenology of angiosperm trees in an Asian tropical dry karst forest为题发表在国际著名期刊Annals of Botany上。该论文是为数不多的发现植物叶片和枝干耐旱性关联进化的研究报道。

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