杉木叶脉特征与比叶性状的关联分析及过程调控研究

Leaf vain traits are paired and connected with other leaf functional traits, commonly associated to those with contrasting traits with rapid resource capture and a high relative growth rate. Compare to the leaf specified process, phenotypic traits or yield efficiency aspects, more studies that test the coordination among leaf structural and functional traits in different environments and at different spatial scales is needed to reach generalisations on the existence and nature of a plant vein trait at both the leaf and species level. In this study, we explored the spectrum of variation in leaf vain traits and the degree of coordination between leaf vain and well-known phenotypic traits, specific leaf area (SLA), specific leaf mass (SLM), leaf density (LD), leaf nitrogen concentration (LN), , leaf phosphorus concentration (LP) and coupling photosynthesis, transpiration and respiration in leaf of variance, for the first time in coniferous Chinese fir species (Cunninghamia Lanceolata) growing on planted and natural conditions, along environmental gradients or under different leaf life length. The principal aim was to find that the functional traits of Cunninghamia Lanceolata leaf vein and fast growing mechanisms, covary according to a main specialisation axis that reflects a wide range of resource-use strategies, thresholds of coordination, determinates of traits, and environmental plasticity; and to examine the leaf hydraulic scaling rules as an important component for general whole-plant scaling models; and test the hypothesis that the existence of a whole-leaf coordinate axie of "flux trait network" between leaf economic spectrum and plant performance.

叶脉功能性状与叶片其他功能性状之间存在着匹配和权衡关系，是植物生产过程中资源配置最优化和生产效率最大化的经济权衡。研究森林植物叶脉特征对植株生长发育、物种的分布、适应、生态位分化、乃至整个森林生产力质量和健康状态具有重要的指示意义。本项目以杉木为研究对象，比较杉木叶脉策略特征与变异，分析叶脉与其比叶功能性状（比叶面积、比叶重、叶密度及叶氮含量）之间的关联，耦合它与叶片光合、呼吸和蒸腾过程，明确杉木叶脉密度特征结构关联及功能协调机理，探索不同生态因子条件下的变异规律，厘清杉木结构性状的遗传刚性与环境可塑性，揭示植株生长模型的叶脉水分尺度扩展机制。验证叶脉策略影响叶经济谱的“水通量策略网络”假说。为增进我们对植物功能性状的理解，寻求杉木林经营增产高效的长效机制提供基础数据。

杉木叶脉特征参与了气候变化及微环境变异过程中其他叶片功能性状对生产和适应的调控。本课题通过梯度化采样、统计分析和关联技术寻找叶脉调控杉木生长和证据，结合运用植物生态学、性状生态学、生产力生态学、生物学等方法和技术，对叶脉参与调控物种适应和进化的叶片功能性状机制进行了初步研究。首先通过梯度化采样技术获取杉木叶片样本；进而利用统计分析技术得到性状间的关系，经关联分析，获得多性状之间的关联特征。通过性状生态学分析方法分析在不同地区、不同环境条件下、不同叶龄叶脉及叶片功能性状关联特征的表达情况。结果显示，1）杉木叶脉密度（0.34~1.09 mm.mm-2的范围）大大低于已报告的全球范围（1~25 mm.mm-2），而杉木在中国长期以速生和高产著称。我们进一步证实较高的叶脉密度与较小的叶片相关（r =－0.71, p <0.001），这与被子植物中发现的一致。但是，我们发现，与全球物种（阳性）相比，披针形杉木（阴性）的叶脉密度-叶厚度相关性和叶片寿命可塑性显示出相反的趋势，并且这种关系可能表明功能效率和生产力的分异。2）分布区北部的杉木叶片比南部中心产区的更长、更宽、更大，这暗示了全球气候变化对叶形态的影响。这种转变可能表现在植物在快速扩展光截取能力和高效存储物质用于叶结构建成这两种资源分配策略的变化。综上所述结果，本研究为探讨叶脉叶片功能性状的机制奠定了坚实的工作基础。同时对于认识性状之间的多维关系提供了重要的启示性线索。项目资助发表核心论文3篇，待发表4篇。培养硕士生3名，其中1名已经取得硕士学位，2名在读。项目投入经费18万元，支出6.50728万元，各项支出基本与预算相符。剩余经费11.49272万元，剩余经费计划用于本项目研究后续支出。