木質藤本是一類不能直立、具有明顯攀援習性的結構寄生植物類群。隨著全球氣候變化加劇,木質藤本的豐富度不斷增加,已引起全球科學家的普遍關注。木質藤本功能性狀及其生態適應的研究主要集中在熱帶森林,但對具有明顯降雨格局差异的亞熱帶生態系統、幹熱生態系統及高海拔生態系統中木質藤本的功能性狀及其生態適應的比較研究長期以來非常缺乏。版納植物園生理生態組的研究人員近年來聚焦木質藤本的功能性狀及其生態適應策略,取得了系列重要進展。
版納植物園生理生態研究組張雲冰工程師通過比較西雙版納熱帶雨林藤本植物和元江幹熱河谷藤本植物的25個解剖、形態、生理和水力學性狀,發現分佈於元江的木質藤本比版納的具有更保守的生態適應策略,如具有更高的導管密度、木材密度、葉片幹物質含量、碳同位素豐度、光合水分利用效率、氮磷比和光合磷利用效率,但兩地木質藤本的光合能力無顯著差异,這可能與幹熱河谷的木質藤本具有高水分和養分利用效率有關(圖1)。研究成果以“Higher water and nutrient use efficiencies in savanna than in rainforest lianas result in no difference in photosynthesis”為題,發表在林學領域的國際重要期刊Tree Physiology上[42(1):145–159. 2022]。
機械支撐和水分運輸是植物莖的兩大主要功能,對植物的生長和存活至關重要。生理生態組博士研究生肖燕以同質園羊蹄甲屬植物為資料,比較了同屬的木質藤本和樹木枝條的水分傳導效率和機械強度。結果發現,木質藤本比樹木具有更低的斷裂模量和彈性模量,但具有更高的水分傳導效率;機械強度與木材密度、導管壁加固係數及邊材含量正相關;而水力傳導效率與導管直徑和導管的比例正相關(圖2)。此外,莖的機械強度與水力傳導效率之間存在著權衡關係。該研究為解釋同屬木質藤本和樹木在機械需求和水力效率方面的差异提供了重要證據。研究成果以“Divergence of stem biomechanics and hydraulics betweenBauhinialianas and trees”為題,發表在植物學國際核心期刊AoB Plants上[13(3):plab016. 2021]。
生理生態研究組博士研究生張科燕、楊達助理研究員和張雲冰工程師通過對麗江亞高山寒溫性針葉林(海拔2600–3200 m)中常見的木質藤本、攀援灌木和樹木枝條解剖、葉片形態和養分含量相關的16個功能性狀進行了測定。研究發現,木質藤本、攀援灌木和樹木的枝葉功能性狀在資源獲取策略上形成了快-中-慢的連續體,落葉木質藤本位於連續體快速生長的末端,常綠樹木位於連續體慢速生長的末端(圖3)。木質藤本、攀援灌木和樹木之間的分化主要與枝條性狀變異相關。本研究首次報導了亞高山寒溫性針葉林中三種不同生長型枝條和葉片功能性狀的差异,對理解木本植物不同生長型的生態適應策略及其對氣候類型的適應具有重要意義。研究成果以“Differentiation in stem and leaf traits among sympatric lianas,scandent shrubs and trees in a subalpine cold temperate forest”為題,發表在Tree Physiology上[41(11):1992–2003. 2021]。美國University of California的Louis S. Santiago教授發表了題為“Stem functional traits,not just morphology,explain differentiation along the liana–tree continuum”的同期評論,充分肯定了本研究成果的意義,指出用木材性狀分析木質藤本和樹木的生態適應,為研究植物對氣候變化的適應和響應提出了新思路。
圖1.西雙版納熱帶雨林和元江幹熱河谷木質藤本功能性狀的主成分分析結果
圖2.羊蹄甲屬木質藤本和樹木功能性狀的主成分分析結果
圖3.麗江亞高山寒溫性針葉林木質藤本、攀援灌木和樹木功能性狀的主成分分析結果