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红树植物生长于热带、亚热带海岸潮间带,对于维持海岸生态系统的生物多样性与稳定性具有重要意义。在高盐海水与干旱的复合胁迫下,红树植物容易因水力系统失衡而导致树木死亡。因而,探究红树植物如何通过优化解剖学结构来维持水分运输系统的安全性与有效性,对于理解红树林生态系统的水力适应策略和维持机制具有重要意义。
中国科学院西双版纳热带植物园(以下简称“版纳植物园”)植物逆境生态学研究组与广西大学合作以海南省东寨港和清澜港自然保护区的八种优势红树植物为研究对象,对比研究了两种常见的导管穿孔板类型(单穿孔板和梯状穿孔板)植物在水力功能、木质部解剖学以及超显微纹孔膜结构方面的差异,旨在揭示木质部解剖、纹孔膜结构以及导管形态如何影响红树植物木质部水分运输系统安全性和有效性,进而影响红树植物对于高盐与干旱复合胁迫的适应策略。结果表明:(1)相较于水力安全性与有效性的全球整合数据,红树植物的所有物种的枝条均表现为较高的木质部抗栓塞化能力和较低的导水效率,并且水力安全性与效率性之间存在显著的权衡关系;(2)木质部抗栓塞化能力越强的红树植物能够维持更低的最低水势和更宽的水力安全阈值,表明高的木质部抗栓塞化能力是红树植物能够长期维持高木质部张力的重要原因;(3)栓塞抗性越强的红树植物,其导管直径越小、导管壁越厚、轴向薄壁细胞占比越高;(4)不同穿孔板类型的红树植物的纹孔膜结构差异明显,单穿孔板物种的纹孔更小且排列更密集,但导管类型对红树植物水力学功能并无显著影响。
该研究系统地揭示了红树植物维持木质部水分运输系统完整性的解剖学结构基础,为理解海岸生态系统木本植物的水力适应机制提供重要参考。相关研究成果以“Xylem anatomy and pit architecture but not perforation-plate types shape hydraulic strategies against hypersaline and drought stress in eight woody mangroves”发表于国际经典林学类期刊Tree Physiology上。版纳植物园植物逆境生态学研究组博士后魏阳与四川省林科院蒋欣博士为该论文的共同第一作者,版纳植物园陈亚军研究员与广西大学林学院曹坤芳教授为通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金、广西自治区“八桂学者”、云南省重点基金和版纳植物园“十四五”等项目的资助。

图1.红树植物枝条木质部抗栓塞化能力(P50)与边材比导率(Ks_max)、最低水势(Ψmin)和水力安全阈值(HSM50)之间的关系。

图2.红树植物单穿孔板类型(SI)与梯形穿孔板(SC)物种16种主要水力、木质部解剖和纹孔膜性状之间的主成分分析 (PCA)结果。
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