毛乌素沙地典型沙生灌木叶片的凝结水吸收机制

Recent studies have demonstrated that dew water can be absorbed by the leaf surface on which it condenses and may be used directly by desert plants. However, we currently know little about the processes and mechanisms involved in the foliar absorption and transportation of dew water by desert plants. This knowledge gap limits our understanding of plant water-use strategy and hydrological processes in arid and semiarid ecosystems. The proposed study will use a combination of methods, including artificial dew immersion, fluorescence tracing and microscopic imaging, and stable isotope tracing, to investigate the foliar dew water absorption in four semiarid shrub species (i.e., Artemisia ordosica, Hedysarum mongolicum, Caragana korshinskii and Salix psammophila) in the Mu Us Desert. The specific aims are to (1) identify the pathways of foliar dew water absorption; (2) trace the transportation of leaf-absorbed dew water in plant tissues; (3) examine how biotic and abiotic factors regulate the absorption of dew water by plant leaves. Results of the proposed study will provide insights into the water use strategy of desert plants, and will have implications for the selection of plant species that can be used to help reverse desertification.

近年来的研究证实，一些沙生植物能够通过叶片吸收凝结水。然而，凝结水如何被沙生植物叶片吸收、凝结水进入叶片后的运移过程如何、影响叶片吸收凝结水的因素有哪些，均不甚清楚。项目以毛乌素沙地典型沙生灌木，油蒿（Artemisia ordosica）、杨柴（Hedysarum mongolicum）、柠条（Caragana korshinskii）和沙柳（Salix psammophila）为研究对象，采用模拟凝结水叶片浸润处理、荧光剂示踪与显微成像技术、氢稳定同位素示踪技术，明晰叶片的凝结水吸收过程、了解凝结水进入叶片后的运移过程、确定影响叶片吸收凝结水的相关因素。项目拟从叶片吸收凝结水的角度，揭示沙生植物的水分利用策略和干旱适应机制，预期成果有助于深化对沙生植物水分过程的认识，增进对荒漠生态系统水分循环的了解，同时也可为荒漠化防治过程中的植物材料选择提供新的思路和理论依据。

已有报道指出，一些荒漠植物可以通过叶片吸收凝结水改善自身水分生理状况，但其内在机制尚不清楚。项目以毛乌素沙地典型沙生灌木（油蒿、杨柴、柠条和沙柳）和典型草本植物（沙蓬、软毛虫实、赖草、刺藜和苦豆子）为研究对象，以期揭示荒漠植物叶片吸收凝结水的内在机制，具体发现如下：.1）沙生灌木在凝结水浸润条件下，其叶片能够吸收凝结水并将所吸收水分向下运移。但是，灌木叶片的含水量并未变化，这可能是水分蒸腾、交换和运移综合作用的结果。.2）沙生灌木主要通过角质层和叶毛吸收凝结水，也可以通过气孔或气孔周边组织（油蒿和柠条）吸收凝结水。沙生灌木叶片吸收的凝结水可扩散至叶肉、维管束甚至灌木小枝（油蒿、沙柳和柠条）。与其他三种沙生灌木相比，油蒿的叶片吸收凝结水能力要更强一些。.3）沙生灌木叶片吸收凝结水过程，受到植物/土壤水分状况和水汽浓度的调控。当植物/土壤水分亏缺严重且水汽浓度饱和时，沙生灌木叶片界面内外水势差最大，叶片吸收凝结水现象就会更加明显。.4）毛乌素沙地典型草本植物同样具有叶片吸水能力。沙蓬能够通过叶表皮角质层和毛状体吸收凝结水，而软毛虫实、赖草、刺藜和苦豆子仅能通过叶表皮角质层吸收凝结水。苦豆子的水分生理状态对叶片吸收凝结水无明显响应，其他四种草本植物的水分生理状况能在叶片吸收凝结水之后得以改善。.毛乌素沙地典型沙生灌木和草本植物普遍具有叶片吸收凝结水的能力，其中多数种类可通过该种水分利用方式实现自身水分状况的改善。凝结水主要通过角质层、叶毛和气孔（或气孔周边组织）进入叶片内部，并可运移至植物茎干甚至根系。因此，荒漠植物叶片吸收凝结水应是其重要是水分利用策略和干旱适应机制之一。