我们以水曲柳和胡桃楸为研究对象,利用“木质部栓塞可视化技术”分别对小叶叶脉、复叶叶柄、茎木质部内栓塞产生及扩散情况进行实时捕获及长时间序列记录,量化了不同部位导管在干旱处理过程中气穴化发生的动态过程。研究证实了复叶树种枝条存在显著的水力学脆弱性分割(hydraulic vulnerability segmentation)机制,即叶片、复叶叶柄和茎的水力失败发生的临界水势显著不同,气穴化抵抗力依次为:茎>叶柄>叶片。同时,与叶片和叶柄相比,茎能够在日间蒸腾强烈发生时仍保持较高的水势,茎中气穴化栓塞发生的风险显著低于叶片和叶柄。由于该机制的存在,在严重干旱发生时栓塞优先在更末端的器官发生,复叶的水力系统在极端干旱时起到了“保险丝”的作用,通过“熔断”机制以脱落叶片为代价保护了碳成本更高的茎干。而在湿润生境的非极端水分状况下,复叶树种高效的水力系统支撑高的气孔导度和光合速率,实现了高的生产力。复叶树种是东北典型针阔混交林中的重要组分,本研究结果对探讨该地带性植被的气候变化响应具有重要科学意义。
该研究成果近期以“Hydraulic vulnerability segmentation in compound-leaved trees: evidence from embolism visualization technique”为题发表在Plant Physiology。植物生理生态学科组毕业博士研究生宋佳为该论文的第一作者,郝广友研究员为通讯作者,该研究得到了国家自然科学基金(31870593,31722013)等项目的支持。