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11种温带树种吸收细根生长的物候具有显著相似性
日期:2021-12-01 01:13:21

细根生长动态能够反映植物捕获水分和养分的能力,也能反映植物平衡不同器官间的碳分配能力,还能反映植物适应变化气候条件的能力。但相比植物地上部分生长动态,细根生长动态知之甚少,特别是细根生长季节性动态和年际动态。所以提升控制环境条件下细根生长季节性动态的认识能力,对于评估植物资源分配和地下净初级生产力是很重要的。


吸收细根是指未木质化的、短命的、直径非常小的、分泌初生代谢产物和次生代谢产物的、靠近根尖的根系片段,这种短命结构对于资源捕获和微生物互作非常重要。吸收细根生长动态可能会受到诸多内因和外因的影响,内因如在生长叶片、繁殖器官等时,受不同器官间对碳水化合物的竞争影响,细根的生产力会降低;外因如干旱、水涝、低温、低养分可利用环境等,细根的生产力会降低。诸多因素相互作用,最终形成了细根生长速率的峰谷变化。


但是因诸多原因限制,例如观测方法,目前关于细根生长周期性的研究成果是非常有限的。而在众多观测方法中,微根管/窗法是倍受根系研究者青睐和接受的方法。该方法的优点在于可以按照固定时间间隔定期直接借助图像观测细根的生长动态,但是缺点在于从图像中提取根长、根直径等形态参数是一项非常费时费力的工作,尤其是观测频率较高、时间较长时,以至于获取细根生长季节性动态和年际动态是非常困难的。


为了了解采用微根管/窗法开展细根动态研究现状,于2021年11月27日,采用“minirhizotron”和“root dynamic”两个主题词在Web of Science中检索,仅得到402条检索结果(只以“minirhizotron”为主题词会多一些),从1989年-2021年,平均每年仅发表12.18篇文章。这个检索结果相信很多根系研究者都会觉得不可思议,这样的产出与观测设备的拥有量是不匹配的。有设备,但是没有产出,这是根系动态研究面临的现状。


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要突破这种现状,首先需要确定根系动态观测参数,不同参数的观测难易程度是不一样的,比较经典的参数有细根生长速率、累积细根生长速率、死根死亡速率、累积细根死亡速率、中值寿命/周转率、根尖数等。细根生长速率、累积细根生长速率、死根死亡速率、累积细根死亡速率、中值寿命/周转率的提取,详见Germon等(Germon, 2016)以“Unexpected phenology and lifespan of shallow anddeep fine roots of walnut trees grown in a silvoarable Mediterranean agroforestrysystem”为题发表于Plant Soil的文章,这篇文章的作者团队利用微根管法在地中海地区开展了系统性的工作,也算得上是微根管法的经典应用案例,曾在各种场合反复推荐。


最近,Withington等(Withington et al., 2021)以“Remarkable Similarity in Timing of AbsorptiveFine-Root Production Across 11 Diverse Temperate Tree Species in a CommonGarden”为题,在Frontiers in Plant Science上发表了利用微根管法获取图像,以一级吸收根和二级吸收根为研究对象,采用每个图幅的细根数量作为细根生长指标,观测了11种温带树种(5种常绿树种和6种落叶树种)的细根生长动态,分析了土壤35cm厚土层中一级细根和二级细根的物候和生长,以及每月和全年的细根生长,并建立细根生长动态与年降雨量关系。发现大多数树种和观测年的细根生长的主峰或最大峰值出现在六到九月间,且在大多数观测年份,所有物种的细根生长物候是相对一致的。相比湿润年份,干旱年份的所有树种的细根生长都减低至少75%。年累积根长生长与生长年前一年的降雨量有着比生长年降雨量更强的相关性,表明根系对降雨的响应有时滞效应。


61a65b1a1edaa.jpg图1 2000-2002年11种温带树种细根根长生长的季节性动态

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图2 2005-2007年11种温带树种细根根长生长的季节性动态


表1 11种温带树种吸收细根的年根长生长

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表2 基于前一年的平均降雨量预测11个温带树种年细根根长生长

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参考原文

Jennifer M. Withington, Marc Goebel1, Bartosz Bułaj, Jacek Oleksyn, Peter B. Reich, David M. Eissenstat1(2021). Remarkable Similarity in Timing of Absorptive Fine-Root Production Across 11 Diverse Temperate Tree Species in a Common Garden. Frontiers in Plant Science, 11, 623722, 1-14. doi:10.3389/fpls.2020.623722.

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