王庆伟研究员在冠层光谱对植物功能性状调控方面取得新进展
作者:长白山站      更新时间:2021-7-29 11:05:41
          

    植物功能性状通常反映环境变化下植物资源获取和投资之间的权衡策略。植物叶片,作为将无机碳转化为有机碳的主要器官,其比叶面积(即单位面积的叶片质量,LMA) 表征着叶片形态、生理和生化功能,以及生态系统特征和过程,是“叶片经济谱 (Leaf Economics Spectrum)”理论的核心性状。因此,准确理解 LMA 变化的非生物驱动因素以及 LMA 的结构和组成基础,是我们预测陆地生态系统功能对气候变化响应的关键。大量的前期研究探讨了LMA及其组成对自然界各种环境变化的响应,证实光是驱动LMA变化的主导因子,其重要性远超温度、水分、养分、CO2等其他条件。但是,由于太阳光由不同波段的光谱组成,而以往主要集中在可见光波段的光强研究,以至于到目前为止,缺少对光谱分区作用机理的理解。 

  基于此,森林生态系统管理组选择温带森林11种常见草本植物作为材料,对冠层光谱进行衰减处理,准确量化了LMA及其结构组成(叶片密度 × 厚度 = LMA)、以及叶片质量相关的元素含量和次生代谢物的光谱响应。结果显示,在相同光强条件下,LMA 变化受 UV-B 辐射(280-315 nm)和绿光(500-600 nm)驱动,在结构上主要取决于密度而不是厚度。且LMA 和密度,均与单位质量的木质素、非结构性碳水化合物和可溶性糖显著负相关关系,说明植物在叶片结构和代谢功能之间的资源分配存在着权衡策略,即植物倾向于将更多生物量优先投资到叶片结构。这一研究成果,明确了驱动LMA变化的主导光谱,突破了以光强为研究核心的传统认知;进一步阐明了无论光强如何变化,冠层太阳辐射的光谱组成均可以通过调整资源投资和结构支撑的关系,来调节 LMA,有助于理解陆地植物对地球环境变化的适应策略,和预测陆地生态系统功能的响应特征。 

      该研究结果以“Leaf density and chemical composition explain variation in leaf mass area with spectral composition among 11 widespread forbs in a common garden”为题发表于植物生理学Physiologia Plantarum杂志上。森林生态系统管理组王庆伟研究员为该文的第一作者兼通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金面上项目、中科院“人才计划”等项目的资助。

1.比叶面积(LMA)及其结构组成(密度LD,厚度LT)的冠层光谱响应变化

2.不同冠层光谱条件下LMA及其结构组成(LDLT)之间的相关性

3.不同冠层光谱条件下LMA及其结构组成与叶片元素、次生代谢成分的相关性


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