用红外热成像技术研究一些树种对极端干热环境的响应特征和机理

不同树种由于其遗传基础的差异对极端的干热环境的响应特点表现不一。在极端的干热环境条件下，一些树种由于能量代谢失衡而表现出明显的叶色变化，也有树种出现始于叶尖叶缘的焦枯症状，少数树种则整株死亡，甚至影响森林的整体健康。申请人在博士论文的后续研究中通过枫香叶的切脉试验诱导了红色幼叶的迟绿也激发了叶绿素成熟叶的早红。并用红外热像技术检测到了切脉后局部叶温升高，且高温部位和变色部位相吻合。此外，在光照加温的过程中用红外热像检测到了四照花枝叶的焦枯症状。因此应用此类先端技术研究不同树种适应极端干热事件的机理有重大的理论和实际意义。拟充分研究典型树种的叶脉特征，设计同一叶片上的水势梯度，用改进的热像拍摄技术拍得其高清晰红外热像，结合叶片的水势、蒸腾强度、气孔导度和光合作用强度、花色素苷含量、叶绿素含量、RGB图像值等生理指标的测定以及气象资料分析，探索这些树种对极端干热环境的响应特征和机理

在气候波动变化的背景下，极端气象事件的频发使得立地条件并不优越的树木资源面临频繁的胁迫威胁，并时常发生水分和能量失衡，诱发一系列保护性响应。基于水分蒸散冷却和光照升温的机制，用热红外成像这一简便、快捷而且非破坏性的测温工具，在一定程度上可直观枝叶水分和能量平衡状态和分布状况。因此，我们通过切脉等手段设计不同的水势梯度，用改进的拍摄技术拍得高清晰红外热像，从组织结构层面深入研究了一些树种对极端干热环境的响应特征和机理。.结果表明，不同树种由于其遗传基础的差异对极端的干热环境的响应特点和方式表现不一。无论是切脉试验中黄栌、火炬树和元宝槭等叶片的早红和续红，还是室内渗透胁迫试验中扶芳藤、美国凌霄等蒸腾表面积的缩减甚至松柏类衰弱木输导系统的更替栓塞，呈现出热红外成像技术在检测类似的树木水分和能量失衡中的应用前景。尤其是利用相对恒定的人体温度作参照的温差指数模型的应用，有潜力成为对比不同树木枝叶对象的非破坏检测手段。.研究发现，在极端干热环境胁迫下，不同的树种或者同一树种表现出来的叶色变化、叶焦枯或脱落甚至整株枯萎是相似胁迫过程的不同表现形式，而这一过程往往伴随着水分和能量的失衡，且与其气孔、叶脉和输水系统的结构功能相统一。一系列按叶序的气孔显微观测表明叶片发育过程中常有个对极端环境较为敏感的窗口期，这时表皮角质蒸腾逐渐缩小、气孔尚未发育或尚未发育完善，对环境的胁迫相对敏感。极端干热环境胁迫诱发一些树种持续的能量失衡、局部高温和水柱断链直至蒸腾表面积的缩减；另一些树种通过叶变色的光保护机制减少过多光能的接收；而在持续的台风、干旱等极端气象事件作用下甚至可以导致耐干旱瘠薄的日本黑松SPAC崩溃和整株枯萎。通过典型树种的叶片水分状态、蒸腾强度、气孔导度和光合作用强度、花色素苷含量、叶绿素含量等生理指标的测定以及气象资料分析表明，许多生理代谢与水分和能量代谢的变化趋势相吻合，甚至是持续水分和能量失衡的结果。.在持续观测黑松原花青素含量的同时，发现用无水盐酸甲醇溶液浸提松针过程中无色原花青素聚合形成红色高聚原花青素和花色素的现象，预示着高聚原花青素和花色素的产生与水分和能量代谢的关联性。通过大量的树木蒸腾表面积缩减的叶焦枯症状和常见叶部病害受害症状的研究，发现了树叶系统性受害的“∧”型和局部受害的“∨”型症状的区别。对于研究树木响应极端干热环境的机理具有非常重要的意义。