锦鸡儿属植物地理替代分布种水分传导有效性和安全性的分化与权衡

Plant water-conduction systems are an important component of plant tolerance to drought, with hydraulic efficiency and hydraulic safety being the most important functional properties. In humid environemnt, plants sedomly experence water stress, and it is important for plants to increase hydraulic efficiency to improve their competition capacity for light and nutrients, while in arid environment, it is important for plants to increase their hydraulic safety so as to maintain their survival under severe water stress. Therefore, hydraulic efficiency and hydrqulic safety are the foundation for us to understand the performance of plants from different environments. This project will use 9 Caragana species from larger-scale precipitation gradients as materials to investigate: difference in stem and leaf anatomy and differentiation law of hydraulic architecture along precipitation gradients; whether resistance to cavitation is negatively associated with hydraulic conductivity, reflecting a trade-off between hydraulic efficienty and hydraulic safety; and the influence of hydraulic safety of stem and leave on the distribution of substitute species of genus Caragana. The project proposal will not only aid in revealing hydraulic conductivity traits in Caragana species from different precipitation, but also providing a deep insight into mechanisms of plants to adapt to drought stress.

木质部水分传导的有效性与安全性是两个具有相对意义的性状。在湿润环境中，水分传导的安全性由外界保障，有效性是植物发挥竞争优势的有力手段；而在干旱环境中，水资源不足，植物为了维持生命，安全性就显得更加重要。因此，木质部水分传导的有效性和安全性是我们理解植物适应干湿不同环境、增加适合度的重要基础，是值得关注的重大理论和现实问题。本项目拟以沿降水梯度自然分布的9种锦鸡儿属植物为研究对象，分析植物茎、叶水力传导结构的分化特点，揭示以水力传导结构分化为基础的茎、叶水分传导有效性和安全性的分化与权衡关系，确认叶水分传导安全性对锦鸡儿属植物沿降水梯度形成替代分布的决定性作用，从而深入认识不同降水量分布区锦鸡儿属植物对水分环境变化的水分传导适应机制，丰富植物抗旱性形成的理论体系。

锦鸡儿属植物起源同一原始种类，在我国从干旱荒漠区、半干旱草原区、半湿润森林－草原区到湿润森林区形成沿不同降水量梯度分布的地理替代分布种，具有突出的资源优势和生态优势。本项目对不同降水梯度下分布的锦鸡儿属植物的种子萌发特性，水力传导能力与结构，干旱复水后恢复能力的分化特点进行了研究，发现：(1) 沿降水梯度分布的锦鸡儿属植物的种子萌发速率从干旱区分布种的95% 向湿润区分布种的不萌发，种子处于休眠状态过渡，种皮结构和ABA含量的差异是种子萌发特性分化的重要基础；结果确认了种子萌发特性不受系统发育的影响，而主要受生境的制约。(2) 干旱、半干旱区相似降水量，不同降水模式下，锦鸡儿属植物分别具有变水植物特性（内蒙古分布种）和衡水植物特性（新疆北部分布种），叶脉结构的分化是植物产生衡水和变水策略的重要基础。(3) 相同降水模式下，随降水梯度递增，锦鸡儿属植物叶水力传导的有效性和安全性不存在权衡，干旱区分布种的叶水分传导有效性和安全性均较高，湿润地区分布种均较低，但干旱复水后植物的恢复能力随降水递增持续减弱，出现规律性分化；基于此，项目提出干旱复水后植物的恢复能力是决定其沿降水梯度分布的关键因素，膨压消失点、气孔导度和水分传导对叶水势下降的敏感性决定了植物干旱胁迫下水分传导的维持能力，也决定了干旱复水后的恢复能力。结果为植物沿降水梯度分布的规律提出了更为丰富与全面的理论支撑。