温度变化对植物根构型和根系间相互作用的影响

Temperature plays an important role in plant growth. With global warming, the effect of temperature change on plant growth has received much attention. However, previous studies mainly focused on the effect of temperature on the aboveground plant growth, offering little understanding for the effect of temperature on the belowground root system growth. Root architecture, referring to as the spatial configuration of the root system in the growth medium, can significantly affect many physiological functions such as nutrient and water acquisition. Furthermore, root architecture exhibits great plasticity to the change in growth environmental conditions. In our previous work, we found that plants could identify their neighbors by root interaction, which was not only closely related to phylogenetic diversity but also affected by genotype recognition. Here, we propose to study root growth and interactions of tree species in the newly established 50 ha stem-mapping plot in Heishiding Natural Reserve, Guangdong Province and the 60 ha plot in Jianfengling Natural Reserve, Hainan Island. Specifically, we will select a set of representative rare and common sister species pairs to grow in the transparent growth system to study their root architecture and root interactions under different temperature levels by using the 3D root imaging and analysis platform. Combined with the quantification of aboveground plant functional traits, we will study the relationships between root traits and aboveground plant functional traits under different temperature levels for understanding the effects of root traits on species regeneration and coexistence, particularly the maintenance of rare tree species.

温度是影响植物生长的重要因子，随着全球气候变暖，温度变化对植物的影响受到广泛关注，但以往大部分研究都集中在温度对植物地上部分的影响，缺乏温度对根系的影响研究。根系在生长介质中的空间分布，即根构型，可显著影响养分水分的吸收利用，并会随周围环境作相应调整。根系对相邻植株具有识别能力，根系间相互作用与植物在物种水平的亲缘关系有紧密联系。本项目拟以近期建立的广东省黑石顶50公顷大样地和海南省尖峰岭60公顷大样地为研究基地，选取样地内代表性常见树种和稀有树种为研究对象，利用透明栽培系统结合根系原位观测系统，在不同温度条件下，对根系生长进行原位动态观测，利用三维重建技术，实现对根构型和根系间相互作用的定量计算和分析并探讨其受温度变化的影响，阐明其作用机制。同时通过对地上部植物功能性状及生物量等的测定，研究温度变化对根系性状与地上部植物功能性状及生物量之间关联性的影响并探讨其对植物种群更新和维持的影响。

温度是影响植物生长的重要因子，以往大部分研究都集中在温度对植物地上部分的影响，缺乏温度对根系,特别是根构型的影响研究。根构型是指根系在生长介质中的空间分布，显著影响植物营养物质的吸收利用，并会随周围环境作相应调整。本研究从广东省黑石顶选取若干种不同生活型的热带-亚热带植物，结合原位透明三维栽培系统，在5种温度梯度下(包括高温和低温)，对不同生活型植物根系生长进行原位动态观测，并以其中一部分植物为中心物种原位观察根系间的相互作用。同时联系地上部分性状，从植物整体探讨温度变化如何影响植物生长，如何通过影响根系间相互作用来影响植物生长，从而影响植被的结构。主要获得以下结果：1) 温度升高对不同生活型植物根系影响不同。草本黄麻在低温下具有更大的根系，主要体现在根宽和根深增加；灌木光荚含羞草在高温下具有更大的根系；而温度对乔木光叶红豆根系几乎没有影响。根构型性状比根系生物量更易受温度的影响，说明根构型的可塑性在植物适应温度变化中起重要作用，根系的生长对植物的生长发育至关重要。2)根宽和根深生长动态拟合和透明栽培系统直接观察植物侧根发育的结果发现温度不仅影响根系最终大小，还会影响根系的生长动态。高温会缩短植物完成某一生长阶段的时间，全球变暖可能通过改变根系动态甚至根系物候，从而改变植物群落地下部分竞争格局。3) 温度不仅影响根系相互作用的强度还影响根系作用的方向。光荚含羞草与光叶红豆互作在所有温度处理下均表现为促进生长，但在22℃下促进效果最明显。光荚含羞草在34℃下根长、根深和根宽最大，导致对黄麻的负相互作用最强。全球变暖使一些根系更适应高温的植物更具竞争优势。综上，植物根系可塑性在植物适应全球变暖起重要的作用。不同植物根系对温度变化的响应不同，全球变暖会使高温下具有较大根系的植物更具竞争优势。不仅植被的生产力，而且植被资源分配结构受到全球变暖的影响。温度变化对根系间相互作用的影响不容忽视。