近年來，全球干旱與高溫的復(fù)合脅迫正對植物構(gòu)成日益嚴重的威脅。其中，干旱會直接破壞植物的水分運輸系統(tǒng)，進而間接抑制碳同化過程；而高溫會損害光合作用機構(gòu)并直接灼葉片。這些生理損傷最終會導(dǎo)致植物生長停滯、生產(chǎn)力下降、甚至死亡。然而，目前仍缺乏對自然生境下植物如何協(xié)調(diào)其碳經(jīng)濟策略和旱熱耐受性以應(yīng)對多重脅迫的深入了解。

中國科學(xué)院華南植物園恢復(fù)生態(tài)學(xué)研究團隊測量了來自兩個水熱條件截然不同的生境（落葉種占優(yōu)勢的干熱生境和常綠種占優(yōu)勢的濕暖生境）的58種優(yōu)勢木本植物9個葉片耐旱、耐熱和經(jīng)濟性狀（圖1）。研究發(fā)現(xiàn)，耐熱性與耐旱性之間直接的相關(guān)性較弱，而葉片經(jīng)濟性狀則主要分別通過單位質(zhì)量最大光合速率和比葉重與耐熱性和耐旱性密切連接，其中在常綠種內(nèi)，經(jīng)濟性狀與耐旱性的連接路徑更多而緊密；而在落葉種內(nèi)，經(jīng)濟性狀與耐熱性的連接路徑更多（圖2）。進一步對系統(tǒng)發(fā)育線性回歸模型進行層次分析發(fā)現(xiàn)，耐熱性主要受葉習(xí)性的影響，而耐旱性和經(jīng)濟性狀同時受到葉習(xí)性和生境氣候的影響（圖3）。因此，葉片經(jīng)濟學(xué)是連接耐旱性與耐熱性的核心，而葉習(xí)性則是其中重要的影響因子。

該研究強調(diào)了葉片碳經(jīng)濟性狀是連接植物耐旱性和耐熱性的中央樞紐，植物可以選擇“快速周轉(zhuǎn)、靈活避險”（落葉）或“長期持有、加固防御”（常綠）的策略在高溫和干旱中存活。這加深了我們對植物生長-抗逆權(quán)衡的理解，并為葉片經(jīng)濟性狀預(yù)測植物耐旱性和耐熱性提供了關(guān)鍵證據(jù)，對評價和篩選物種耐旱耐熱性以應(yīng)對未來氣候變化具有重要意義。

相關(guān)研究成果以“Leaf economic traits link drought and heat tolerance of woody species in two contrasting hydrothermal habitats” 為題，發(fā)表在植物學(xué)經(jīng)典期刊New Phytologist上。中國科學(xué)院華南植物園博士生王楊思鼎為第一作者，劉慧研究員為通訊作者。本研究獲國家自然科學(xué)基金、廣東省自然科學(xué)基金、廣州市科技局和中國科學(xué)院青年創(chuàng)新促進會優(yōu)秀會員等項目資助。論文鏈接：https://doi.org/10.1111/nph.70841

圖1. 不同葉習(xí)性和水熱生境中葉片經(jīng)濟、耐旱和耐熱性狀的趨勢圖

假設(shè)：采用“慢速”策略的常綠物種具有更高水平的耐旱性和耐熱性，而采用“快速”策略的落葉物種由于其更強的避旱避熱能力，則不需要較高的旱熱耐受性。因此，隨著干熱生境中落葉物種比例的提高，其平均旱熱耐受性反而可能比濕暖生境中的植物更小。

圖2.葉片耐旱、耐熱和經(jīng)濟性狀的相關(guān)圖

(a)所有物種、(b)濕暖生境物種、(c)干熱生境物種、(d)常綠物種和(e)落葉物種。葉片耐旱(藍色)、耐熱(紅色)和經(jīng)濟性狀(灰色)之間的正相關(guān)(紅色線)和負相關(guān)(黑色線)由線條表示，線條寬度代表相關(guān)性強度。縮寫：膨壓喪失點時的葉片水勢(π_tlp)、葉片長期水分利用效率(δ¹³C)、光系統(tǒng)II量子傳遞效率開始下降的溫度(T_crit)、光系統(tǒng)II量子傳遞效率下降50% 時的溫度(T₅₀)、T_crit和T₅₀之間的溫度范圍(ΔT)、比葉重(LMA)、單位質(zhì)量葉片氮含量(N_mass)、單位質(zhì)量葉片磷含量(P_mass)、單位葉片質(zhì)量的最大光合速率(A_mass)。

圖3. 氣候、葉習(xí)性和系統(tǒng)發(fā)育對葉片耐旱、耐旱和經(jīng)濟性狀的影響

(a)葉片膨壓喪失點(π_tlp)、(b)葉片長期水分利用效率(δ¹³C)、(c)光系統(tǒng)II量子傳遞效率開始下降的溫度(T_crit)、(d)光系統(tǒng)II量子傳遞效率下降50%時的溫度(T₅₀)、(e)T_crit和T₅₀之間的溫度范圍(ΔT)、(f)比葉重(LMA)、(g) 單位質(zhì)量葉片氮含量(N_mass)、(h)單位質(zhì)量葉片磷含量(P_mass)、(i)單位質(zhì)量葉片最大光合速率(A_mass)。