香蒲叶功能性状对模拟增温和CO2浓度倍增的响应

doi:10.7525/j.issn.1673-5102.2023.05.010

植物研究 ›› 2023, Vol. 43 ›› Issue (5): 729-740.doi: 10.7525/j.issn.1673-5102.2023.05.010

香蒲叶功能性状对模拟增温和CO₂浓度倍增的响应

杨航美¹^,², 李丽萍¹^,², 孙梅¹^,²(), 陈弘毅¹^,², 李玲艳³, 冯春慧²

^1.西南林业大学，云南省高原湿地保护修复与生态服务重点实验室，昆明 650224
^2.西南林业大学，国家高原湿地研究中心，昆明 650224
^3.梁河县林业和草原局，德宏 678400

收稿日期:2023-04-13 出版日期:2023-09-20 发布日期:2023-09-05
通讯作者: 孙梅 E-mail:sm0510215@163.com
作者简介:杨航美（1998—），女，硕士研究生，主要从事湿地生态学方面的研究。
基金资助:
云南省科技厅农业联合专项面上项目(202101BD070001-099);国家自然科学基金地区基金项目(31760115);云南省高原湿地保护修复与生态服务重点实验室（培育）开放基金(202105AG070002)

Response of leaf Hydraulic Traits of Typha orientalis to Simulated Warming and Elevated CO₂ Concentration

Hangmei YANG¹^,², Liping LI¹^,², Mei SUN¹^,²(), Hongyi CHEN¹^,², Lingyan LI³, Chunhui FENG²

^1.Yunnan Key Laboratory of Plateau Wetland Conservation，Restoration and Ecological Services，Southwest Forestry University，Kunming 650224
^2.National Plateau Wetlands Research Center，Southwest Forestry University，Kunming 650224
^3.Lianghe County Forestry and Grassland Bureau，Dehong 678400

Received:2023-04-13 Online:2023-09-20 Published:2023-09-05
Contact: Mei SUN E-mail:sm0510215@163.com
About author:YANG Hangmei（1998—），female，postgraduate，research direction is Wetland Ecology.
Supported by:
Yunnan Provincial Science and Technology Department of Agriculture Joint Special Project(202101BD070001-099);National Natural Science Foundation of China Regional Foundation Project(31760115);Open Fund Project of Yunnan Key Laboratory of Plateau Wetland Conservation,Restoration and Ecological Services(202105AG070002)

摘要/Abstract

摘要：

为探讨高原湿地植物对增温和CO₂浓度升高的响应策略，以高原地区常见的挺水植物香蒲（Typha orientalis）为研究对象，通过构建封顶式人工生长室模拟增温2 ℃和CO₂浓度倍增的气候变化，检测其叶片功能性状，结果表明：（1）与对照组相比，CO₂浓度倍增处理下，香蒲的净光合速率、气孔导度、胞间CO₂摩尔分数和蒸腾速率都显著降低（P<0.05）；增温处理下，香蒲的净光合速率和气孔导度也显著降低（P<0.05），表明增温和CO₂浓度倍增显著降低了香蒲的光合碳同化能力。（2）与对照组相比，CO₂浓度倍增处理下，香蒲叶脉密度显著增加；增温处理下叶脉密度和气孔密度显著增加，而维管束面积和导管面积显著降低（P<0.05），反映了香蒲在增温和CO₂浓度升高条件下香蒲水分输送和蒸腾散失能力增强，其水分利用效率显著降低。（3）与对照组相比，增温和CO₂浓度倍增处理下香蒲叶光合参数间的相关性减弱，净光合速率与叶结构性状间的紧密关系显著增强。研究结果证明了增温和CO₂浓度升高显著增强香蒲叶功能性状间的功能协同和权衡关系。

关键词: 高原湿地, 增温, CO₂浓度升高, 植物功能性状, 香蒲, 水力平衡

Abstract:

In order to explore the response strategies of plateau wetland plants to increasing temperature and CO₂ concentration， Typha orientalis， a common emergent plant in plateau areas， was selected as the research object to detect its leaf functional traits， and the simulated climatic change of increasing 2 ℃ temperature and CO₂ concentration doubling were designed by constructing a capping artificial growth chamber. The results showed that：（1）The net photosynthetic rate， stomatal conductance， intercellular CO₂ molar fraction and transpiration rate of T. orientalis under the CO₂ concentration doubling treatment were significantly reduced （P<0.05）； while the net photosynthetic rate and stomatal conductance of T. orientalis were also significantly reduced under the warming treatment（P<0.05） compared with the control group. The results indicated that the photosynthetic carbon assimilation capacity of T. orientalis was significantly reduced under the temperature increasing and CO₂ concentration doubling conditions（P<0.05）. （2）The vein density of T. orientalis leaves increased significantly under the CO₂ concentration doubling treatment； while the vein density and stomatal density increased significantly， but the vascular bundle area and catheter area decreased significantly（P<0.05） under the warming treatment compared with the control group. The results reflected the enhancement of water transport and transpiration loss capacity but the reducing of water use efficiency of T. orientalis under the conditions of warming and CO₂ concentration increasing. （3）The correlations among leaf photosynthetic parameters were looser， while the correlations between net photosynthetic rate and leaf structure traits were stronger under warming and CO₂ concentration doubling treatments than control group. The results showed that the functional synergistic or trade-off effects of leaf functional traits of T. orientalis were enhanced significantly by increasing temperature and CO₂ concentration.

Key words: plateau wetland, temperature increasing, CO₂ concentration increasing, plant functional traits, Typha orientalis, hydraulic balance

中图分类号:

Q945.79

杨航美, 李丽萍, 孙梅, 陈弘毅, 李玲艳, 冯春慧. 香蒲叶功能性状对模拟增温和CO₂浓度倍增的响应[J]. 植物研究, 2023, 43(5): 729-740.

Hangmei YANG, Liping LI, Mei SUN, Hongyi CHEN, Lingyan LI, Chunhui FENG. Response of leaf Hydraulic Traits of Typha orientalis to Simulated Warming and Elevated CO₂ Concentration[J]. Bulletin of Botanical Research, 2023, 43(5): 729-740.

图/表 8

图1

图2

图3

图4

图5

图6

表1

香蒲叶功能性状间的相关性

功能性状 Functional traits	净光合速率 P_n	气孔导度 G_s	胞间CO₂摩尔分数 C_i	蒸腾速率 T_r	叶脉密度 D_V	维管束面积 A_B	维管束长度 L_B	维管束宽度 W_B	导管面积 A_C	导管长度 L_C	导管宽度 W_C	气孔面积 A_S	气孔密度D_S	表皮细胞厚度T_EC	表皮细胞面积A_EC	角质层厚度 T_C
净光合速率P_n		0.959^^	0.896^**	0.998^**	-0.094	0.057	-0.027	-0.059	-0.148	0.041	0.134	-0.526^**	0.275	0.234	-0.214	0.163
气孔导度G_s	0.912^**		0.985^**	0.940^**	-0.028	0.021	0.030	-0.073	-0.188	-0.166	0.087	-0.319	0.278	0.092	-0.156	0.069
胞间CO₂摩尔分数C_i	0.655	0.872^**		0.866^**	0.013	-0.003	0.063	-0.078	-0.205	-0.285	0.054	-0.181	0.269	0.002	-0.115	0.009
蒸腾速率T_r	0.742^*	0.936^**	0.968^**		-0.107	0.065	-0.039	-0.055	-0.138	0.086	0.143	-0.565^**	0.271	0.262	-0.224	0.181
叶脉密度D_V	-0.444	-0.087	0.302	0.182		-0.230	-0.098	-0.131	-0.001	-0.467^*	0.068	0.168	0.049	0.092	0.055	0.407
维管束面积A_B	0.263	-0.094	-0.288	-0.262	-0.770^*		0.217	-0.135	-0.151	0.128	-0.133	-0.373	-0.114	0.222	0.179	0.138
维管束长度L_B	-0.008	-0.281	-0.400	-0.413	-0.582	0.881^**		0.329	-0.257	-0.171	-0.028	0.121	-0.067	-0.190	0.133	-0.391
维管束宽度W_B	0.612	0.272	-0.002	0.017	-0.844^**	0.810^**	0.575		-0.083	-0.069	-0.264	0.012	-0.112	0.000	-0.256	-0.064
导管面积A_C	0.104	-0.260	-0.566	-0.483	-0.839^**	0.586	0.414	0.637		0.211	0.053	0.215	0.088	0.031	0.090	0.461^*
导管长度L_C	-0.057	-0.268	-0.404	-0.278	-0.423	0.262	-0.032	0.156	0.669^*		0.362	-0.376	0.135	0.199	-0.247	0.245
导管宽度W_C	-0.772^*	-0.727^*	-0.658	-0.602	0.254	-0.262	-0.106	-0.650	0.093	0.438		0.072	0.017	-0.228	-0.084	0.012
气孔面积A_S	-0.286	-0.478	-0.428	-0.538	-0.159	0.443	0.626	0.227	0.401	-0.001	0.164		0.044	-0.561^**	0.122	-0.309
气孔密度D_S	0.071	0.444	0.680^*	0.658	0.738^*	-0.700^*	-0.650	-0.592	-0.890^**	-0.450	-0.162	-0.678^*		0.253	-0.249	-0.025
表皮细胞厚度T_EC	0.149	0.089	-0.148	0.011	-0.501	0.130	0.001	0.141	0.275	0.312	0.111	-0.518	-0.142		-0.564^**	0.365
表皮细胞面积A_EC	-0.104	-0.154	-0.353	-0.212	-0.495	0.132	0.191	0.048	0.350	0.254	0.278	-0.270	-0.233	0.864^**		-0.039
角质层厚度T_C	-0.221	-0.471	-0.595	-0.520	-0.493	0.611	0.544	0.214	0.528	0.558	0.473	0.341	-0.695^*	0.454	0.411

表1

表2

香蒲叶功能性状间的相关性

功能性状 Functional traits	净光合速率 P_n	气孔导度 G_s	胞间CO₂摩尔分数 C_i	蒸腾速率 T_r	叶脉密度 D_V	维管束面积 A_B	维管束长度 L_B	维管束宽度 W_B	导管面积 A_C	导管长度 L_C	导管宽度 W_C	气孔面积 A_S	气孔密度 D_S	表皮细胞厚度 T_EC	表皮细胞面积 A_EC	角质层厚度 T_C
净光合速率P_n		-0.120	-0.969^**	0.009	0.829^**	-0.524^**	-0.422^*	-0.050	-0.545^**	-0.441^*	-0.252	-0.862^**	0.044	-0.247	0.363	0.292
气孔导度G_s	0.243		0.362	0.992^**	-0.145	-0.233	-0.143	0.172	0.423^*	0.394	0.369	0.549^**	-0.308	-0.312	-0.486^*	0.188
胞间CO₂摩尔分数C_i	-0.989^**	-0.095		0.239	-0.814^**	0.434^*	0.361	0.090	0.617^**	0.512^*	0.328	0.946^^	-0.118	0.155	-0.462^*	-0.228
蒸腾速率T_r	0.000	0.970^**	0.149		-0.039	-0.302	-0.199	0.166	0.355	0.340	0.339	0.441^*	-0.304	-0.346	-0.443^*	0.227
叶脉密度D_V	-0.898^**	-0.318	0.872^**	-0.103		-0.348	-0.254	0.067	-0.426^*	-0.217	-0.200	-0.781^**	-0.034	-0.207	0.247	0.246
维管束面积A_B	0.576^**	-0.377	-0.649^**	-0.532^**	-0.517^**		0.540^**	0.049	0.128	0.113	-0.013	0.261	-0.273	0.241	0.050	-0.547^**
维管束长度L_B	0.384	-0.300	-0.440^*	-0.405^*	-0.314	0.523^**		0.342	0.262	0.140	0.005	0.277	-0.082	0.238	-0.274	-0.216
维管束宽度W_B	0.272	-0.207	-0.311	-0.282	-0.066	0.192	0.211		0.077	0.302	0.023	0.075	-0.309	0.344	-0.048	-0.253
导管面积A_C	0.624^**	0.054	-0.632^**	-0.101	-0.539^**	0.489^*	0.377	0.059		0.610^**	0.577^**	0.550^**	-0.080	0.017	-0.542^**	-0.037
导管长度L_C	0.716^**	0.276	-0.692^**	0.106	-0.583^**	0.403	0.286	0.187	0.543^**		0.624^**	0.459^*	-0.182	0.021	-0.478^*	-0.244
导管宽度W_C	0.370	0.255	-0.340	0.170	-0.332	0.251	0.188	0.010	0.378	0.581^**		0.355	-0.081	-0.354	-0.365	0.071
气孔面积A_S	0.344	-0.806^**	-0.478^*	-0.918^**	-0.221	0.671^**	0.502^*	0.341	0.334	0.144	-0.030		-0.144	0.061	-0.487^*	-0.121
气孔密度D_S	-0.551^**	0.315	0.614^**	0.462^*	0.380	-0.453^*	0.487^*	-0.342	-0.400	-0.318	0.076	-0.632^**		-0.260	0.016	0.387
表皮细胞厚度T_EC	0.365	0.932^**	-0.231	0.870^**	-0.401	-0.225	-0.079	-0.149	0.195	0.275	0.326	-0.690^**	0.201		0.145	-0.580^**
表皮细胞面积A_EC	0.499^*	0.904^**	-0.372	0.807^**	-0.533^**	-0.156	-0.139	-0.013	0.297	0.447^*	0.362	-0.543^**	0.081	0.913^**		0.048
角质层厚度T_C	0.737^**	-0.114	-0.774^**	-0.302	-0.718^**	0.673^**	0.299	0.186	0.485^*	0.659^**	0.384	0.526^**	-0.505^*	-0.06	0.122

表2

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Response of leaf Hydraulic Traits of Typha orientalis to Simulated Warming and Elevated CO₂ Concentration

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图/表 8

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