成都山地所亚高山植物适应气候变化机理研究获进展

2014-06-28 | 作者: 中国科学院 | 标签: 成都山地所

来源:中国科学院

我国西南亚高山地区是全球气候变化响应的敏感区域。以该区域为对象,瞄准气候变化研究的国家需求和国际前沿问题,中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所李春阳研究团队在国家重点基金“西南亚高山代表性木本植物对全球气候变化的响应与适应”支持下,在木本植物适应气候变化内在机制和适应能力研究中取得了新进展。

李春阳研究团队在研究中,从进化角度出发,开展了以青杨为代表的木本植物的进化规律研究,提出了切合未来气候条件下适应木本植物生长的措施、方案和技术;从海拔梯度出发,研究了不同海拔生境下植物从宏观生态系统到微观个体生理层面对气候变化的响应机制,从植物性别差异角度出发揭示了雌雄青杨功能与代谢产生差异的原因。

研究发现,同一物种在不同气候条件下对环境的响应存在显著差异:生长在高海拔或干旱区域的种群抗逆性更强,更能适应逆境。这个结果为物种形成及极端气候下物种进化研究提供了新的线索和方向。同时,同一物种的不同性别对气候响应也存在显著差异,理想环境下雌株各项生长指标优于雄株,但在逆境下雄株具有更强的抗逆能力。这一发现为预测和管理雌雄异株植物提供了依据。以雌雄青杨为例,当二氧化碳浓度和温度升高后,雄株通过提高光合作用、叶绿素与单位面积叶氮含量和可溶性蛋白含量以增强碳汇能力,因此二氧化碳浓度和温度升高更利于雄株生长。在低温条件下,雄株比雌株具备更有效的代谢途径和保护系统。在干旱胁迫下,植株的基因表达、激素合成、光合作用和氧自由基清除酶系统基因表达均发生改变,并且不同性别的表达水平和模式存在显著差异。雄株差异表达基因数是雌株的5倍,而雌株能较快改变基因表达以应对胁迫伤害。

在雌雄植株生长竞争性研究中发现,竞争具有环境依赖性并显著影响了青杨雌雄植株对水分条件生理响应的二态性。在干旱条件下,性内竞争的雄株具有最高的适合度,雌株则表现出最低的光合能力和生物量积累。在性间竞争下,因雄株保守的用水策略所带来的节水效应和微环境的改善可能缓解干旱对雌株的负面效应,在水分充足的条件下雌株比雄株具有更大的竞争优势,一旦受干旱胁迫雄株则具有轻微的竞争优势。此外,通过雌雄植株相互嫁接发现,在干旱胁迫下,以耐旱的雄性青杨做砧木、以高产的雌性青杨做接穗有可能会获得既抗旱又高生物量的新品种。

项目执行以来,共有25篇学术论文发表于本研究领域的国际主流学术期刊上,其中PLANT CELL & ENVIRONMENT 2篇、JOURNAL OF EXPERIMENTAL BOTANY 3篇、PROTEOMICS 2篇、JOURNAL OF PROTEOME RESEARCH 2篇、FUNCTIONAL ECOLOGY 1篇、OECOLOGIA 1篇、AGRICULTURAL AND FOREST METEOROLOGY 1篇和TREE PHYSIOLOGY 4篇。

国际著名植物生态学家ROBERTO TOGNETTI教授在TREE PHYSIOLOGY 期刊上对上述研究成果作了长篇评述,评论指出如果雌雄植株对环境胁迫与资源利用的有效性差异继续下去,在不久的将来雌雄植株的性别比例将会发生非常明显的变化。同时,评论指出本研究为气候变化下雌雄异株植物的适应性以及碳源与碳汇变化趋势的研究提供了一个非常有价值的研究思路。这些研究结果不仅有利于对天然林的保护与利用,而且为人工林的经营与管理提供了理论依据与科学指导。

来源:中国科学院

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