春季針葉樹木質部第一個細胞發育的環境啟動外因及機制研究中取得重大進展
2020年8月5日，《美國國家科學院院刊》（PNAS）在線發表了中國科學院華南植物園的最新研究成果 “Photoperiod and temperature as dominant environmental drivers triggering secondary growth resumption in Northern Hemisphere conifers”。
森林樹木可以存活數百至數千年，在調節全球碳、水及能源循環以及減緩全球變暖方面發揮著重要作用。森林如何應對和適應氣候變暖是當前全球變化研究所面臨的重要挑戰之一。樹木物候被普遍認為對環境變化敏感，為了解植被與氣候變化之間的反饋關系提供了關鍵指征。然而，與有著近200年觀測歷史的樹木枝葉芽物候相比，樹皮以下樹干木質部物候（如形成層活動、木質部組織形成、韌皮部形成）則一直難以被詳細監測。這導致木質部生長和環境條件之間的反饋調節機制至今不明，進而影響了對全球變暖下陸地森林生產力和碳收支的準確評估。
圖： 樹皮以下的形成層以及處于不同生長階段（增大期、增厚期和成熟期）的木質部細胞。
中國科學院華南植物園黃建國研究員（論文的第一和通訊作者）與國內外合作者（其中，馬倩倩助理研究員為論文共同一作）通過共享和整合基于先進的微樹芯技術開展的北半球（23°N至67°N） 、共79個站點的21個針葉樹種的樹干木質部細胞發育(見上圖)的每周監測數據（1998-2016），運用混合模型建模并分析了多種環境因子對木質部第一個細胞形成時間的影響，量化了北半球針葉樹木質部生長啟動的關鍵驅動力。研究發現：北半球針葉樹木質部生長啟動的時間（第一個細胞開始生長）主要受細胞形成當天的光周期和樣點年均溫的驅動，其次是春季積溫(spring forcing temperature)、冬季的春化低溫（winter chilling temperature）和當月的水分。其中，光周期與年均溫交互作用在調節木質部生長起始階段起主導作用。本研究首次定量揭示了驅動針葉樹木質部第一個細胞生長的環境外因及其相對貢獻并揭示其背后生理機制，所獲模型參數可提高地球系統模型對碳、水及能量循環的預測精度及評估森林固碳潛力。
中國科學院華南植物園為論文第一完成單位。該研究得到國家自然科學基金國際合作項目、面上項目、中國科學院國際合作重點項目等的資助。
原文鏈接：https://www.pnas.org/content/early/2020/08/04/2007058117
