2022年聯合國氣候變化委員會(IPCC)發(fā)布的報告指出, 未來全球氣候迅速變暖將顯著改變熱帶、亞熱帶地區(qū)的降水強度及其季節(jié)間分配, 導致極端干旱事件頻發(fā), 從而威脅植物的生存發(fā)展。干旱是引起植物木質部導管輸水功能發(fā)生障礙的主要因素。

   木質部氣穴化栓塞程度通常用干旱栓塞引起導水率損失的百分比(PLC), 即木質部最大導水率與干旱下導水率之差與最大導水率之比表示, 其隨水分脅迫不斷加重的變化過程常用木質部水勢與其PLC間的關系即脆弱性曲線來描述。

   木質部栓塞抗性常用導水率損失50%所對應的木質部水勢(P50, MPa)來量化, 數值越負則代表木質部栓塞抗性越強。

   中國西南喀斯特是全球三大喀斯特集中分布區(qū)中面積最大、巖溶發(fā)育最強烈的地區(qū), 面積約45.2 萬km2 (白曉永等, 2023)。由于喀斯特地區(qū)土壤淺薄以及碳酸鹽巖的強滲透性和低保水率等特點, 相比非喀斯特地區(qū), 嚴重的季節(jié)性巖溶干旱是喀斯特地區(qū)植物面臨的最大脅迫環(huán)境。

實驗方法：

   最大導管長度(MVL)測定：使用注氣法測量最大導管長度。

  枝條脆弱性曲線測定：采用自然干燥法測定枝條脆弱性曲線。通過壓力室水勢儀PMS監(jiān)測葉片水勢，用單面刀片在兩端切掉0.1 mm的薄片后 , 連接流量計 (Liqui-Flow L13-AAD-11-K-10S; Bronkhorst, Ruurlo, the Netherlands)測定枝條初始導水率(ki), 之后用0.02 mol·L–1的KCl溶液在0.1 MPa的壓力下沖洗20 min后, 枝條重新連接流量計測定最大導水率(kmax)。木質部導水率損失百分率(PLC)計算公式為。

   本研究結果顯示導管特征如平均水力直徑和導管密度與干旱誘導的栓塞抗性之間均沒有顯著相關關系。

   研究結果顯示導管組指數與干旱誘導的栓塞抗性之間的關聯性不明顯。這與部分實驗證據相反,這些證據指出高導管組數與低脆弱性存在聯系, 因為高導管成組程度為已栓塞的導管提供了其他替代路徑, 進而降低了栓塞脆弱性。

   植物對于干旱脅迫的反應是一個復雜的過程, 而喀斯特生態(tài)系統生境的高度異質性迫使植物進化出多樣化的內在結構以增強其耐旱性, 保證其生存和發(fā)展。然而, 復雜多樣化的耐旱性策略是植物根-莖-葉協同進化的結果, 僅依據單一器官如枝條來評估其耐旱性策略是不全面的, 這正是本研究存在的不足之處。因此, 未來期望將根和葉等重要器官的栓塞抗性及其解剖結構基礎與枝條結合起來, 從根-莖-葉整株水平上全面探討植物的耐旱性, 以期深入理解喀斯特植物的水力適應策略和耐旱性機制, 為喀斯特植被恢復提供理論依據。

文中涉及的儀器部分，點將可以可以給科學家提供更加先進的儀器，讓科學家的實驗更精準。DJ-3500 便攜式植物水勢壓力室是用于測定植物水勢，用它研究植物的水分關系和植物與環(huán)境的關系。

XYL’EM-Plus木質部導水率與栓塞測量系統就是可以測量植物導水率和栓塞速率的一款設備。既可以用于實驗室，也可以用于野外。

來源：馬琳, 巢林, 何雨莎, 李忠國, 王愛華, 劉晟源, 胡寶清, 劉艷艷 (2024). 熱帶喀斯特季節(jié)性雨林12個樹種木質部栓塞抗性與其解剖結構及相關性狀間的關系. 植物生態(tài)學報, 48, 00-00. DOI: 10.17521/cjpe.2024.0016