干热和湿热地区植物叶片的温度调节机制

Leaf temperature is important to maintain the normal physiology processes of plants. It is not only affected by environmental conditions but also by plant traits, such as leaf characteristics, physiology processes. The complex interactions among these factors make the leaf temperature adjustment mechanism unclear. When air temperature reaches to 30℃, leaf temperature easily exceeds the damage temperature of photosynthesis Ⅱ. So cooling leaf successfully is critical for the plants to survival in high temperature environment. The maximum air temperatures exceed 30℃ during May-October in Menglun, Xishuangbanna and dry valley along Yuan Jiang river.Their climates are hot wet and hot dry respectively. We will select tropical seasonal rain forest in Menglun and typical vegetation in the hot dry valley along Yuan Jiang river to investigate the leaf characteristics. Simulating leaf experiment,ABA treated leaf experiment and water control experiment will be carried out to study the affection of leaf characteristics, growth pattern and physiology processes on leaf temperature as well as the interaction relationships among these factors.We aim to improve the leaf dimension indicator which is used for the calculation of boundary layer conductance and construct comprehensive model of leaf characteristic-physiology process-environmental conditions-leaf temperature to reveal the temperature adjustment mechanism for the plants growing in high temperature environment.

叶片温度对于维持植物的正常生理活动具有重要的作用。叶片温度不仅受环境条件的影响，还受到叶片性状、生理过程等自身特性的影响，多因子之间的交互关系错综复杂，使得叶片的温度调控机制尚不明确。当空气温度达到30℃时，叶片温度极易达到光合系统Ⅱ受损的临界温度，因此，能否成功地降低叶片温度成为高温地区植物生存的关键。湿热型气候的西双版纳勐仑地区和干热型气候的元江干热河谷区5-10月昼间的最高气温均超过30℃。本研究拟选择这两个地区的典型植被：热带季节雨林、干热河谷植被，调查其冠层植物叶片的性状特征。通过模拟叶片实验、脱落酸处理实验、水分控制实验分别研究叶片性状、着生方式、生理过程对叶片温度的影响，以及它们之间的相互关系，改进影响边界层导度的叶片特征长度的形状指标，建立叶片性状-生理过程-环境条件-叶片温度综合模型，揭示高温地区植物叶片的温度调节机制。

本项目通过研究元江干热河谷和西双版纳热带雨林湿热生境下的主要优势物种的叶片性状、叶片温度、蒸腾，结合室内种植，模拟叶片以及野外观测等手段研究植物应对高温胁迫的主要策略。研究发现：1）干热河谷地区植物旱生性状明显，相对湿热生境的植物，叶片面积较小，叶片较厚，栅栏组织发达，叶脉密度高。干热地区的植物大部分叶片具有表皮毛，复叶植物所占的比例远远高于湿热地区的植物。湿热地区的植物叶片具有叶齿的比例高于干热地区的植物；2）不同类群植物叶片的温度差异显著。干热地区植物相比湿热地区植物具有更高的蒸腾速率，相同环境下，无论有无水分限制，其叶片温度都低于湿热地区植物；3）平均来说，干热和湿热地区，植物叶片的温度差异，53.6%是由于叶片蒸腾的差异造成的，蒸腾速率每增加1 mmol m-2s-1，叶片温度下降0.62 °C。叶片物理性状造成的温度差异占到两地总的温度差异的30.9%，但是叶片面积、厚度和水分含量等17个叶片物理性状对叶片温度没有显著影响；4）在野外，干热地区没有降水的时候，植物处于干旱胁迫，蒸腾速率大幅下降，植物叶片温度很高，植物主要靠提高其热耐受性躲避高温伤害；5）在两地建立了整株水平上植物冠层温度、整株蒸腾的长期监测平台，为个体以及群落尺度上研究蒸腾和林冠温度的关系提供了研究基础；6）摸索出了一套比较不同环境下植物叶片温度，以及准确测量蒸腾降温效应的方法。项目已发表SCI论文1篇，目前有2篇论文正在撰写和投稿当中。监测项目仍在继续，获得了大量有用的观测资料，需要进一步整理数据，深入挖掘，形成更高水平的成果。