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Root Pressure of Tropical Lianas and Their Relationships with Phylogeny and Environments

热带木质藤本的根压及其与系统发育和环境的关系



全 文 :热带木质藤本的根压及其与系统发育和环境的关系∗
王华芳1ꎬ2ꎬ 杨石建3ꎬ 张教林1∗∗
(1 中国科学院西双版纳热带植物园ꎬ 云南 勐腊  666303ꎻ 2 中国科学院大学ꎬ 北京  100049ꎻ
3 中国科学院昆明植物研究所ꎬ 昆明  650201)
摘要: 木质藤本导管直径大ꎬ 容易发生气穴化ꎬ 根压可能在气穴化导管修复中发挥重要作用ꎮ 通过在旱季
和雨季监测 32种木质藤本的根压ꎬ 分析了根压与系统发育、 环境因子的关系ꎮ 结果表明ꎬ 所有木质藤本
均有根压ꎬ 最大根压范围 2~138 kPaꎮ 旱季有 72%的木质藤本根压较小 ( <15 kPa)ꎬ 但能全天维持正压ꎮ
根压日变化规律有 3类ꎮ 第Ⅰ类: 旱季与雨季均有明显日间波动ꎻ 第Ⅱ类: 旱季与雨季均没有明显日间波
动ꎻ 第Ⅲ类: 旱季与雨季只有一个季节有明显日间波动ꎮ 根压种间差异大ꎬ 豆科与葡萄科的木质藤本具有
较大根压ꎬ 表明系统发育对根压有一定的影响ꎮ 根压对光合有效辐射有较好的响应ꎬ 但多数情况下根压与
降雨、 饱和蒸汽压差的关系不显著ꎮ 环境因子对根压的影响还需要进一步研究ꎮ
关键词: 环境因子ꎻ 木质藤本ꎻ 根压ꎻ 系统发育ꎻ 热带雨林
中图分类号: Q 945􀆰 79            文献标志码: A            文章编号: 2095-0845(2015)06-751-09
Root Pressure of Tropical Lianas and Their Relationships
with Phylogeny and Environments
WANG Hua ̄fang1ꎬ2ꎬ YANG Shi ̄jian3ꎬ ZHANG Jiao ̄lin1∗∗
(1 Xishuangbanna Tropical Botanical Gardenꎬ Chinese Academy of Sciencesꎬ Menglaꎬ Yunnan 666303ꎬ Chinaꎻ
2 University of Chinese Academy of Sciencesꎬ Beijing 100049ꎬ Chinaꎻ 3 Kunming Institute of Botanyꎬ
Chinese Academy of Sciencesꎬ Kunming 650201ꎬ China)
Abstract: Lianas usually possess large vesselsꎬ which are vulnerable to cavitation. Root pressure may play an impor ̄
tant role in embolism repair of vessels. Howeverꎬ little is known about the generality of root pressure in tropical lia ̄
nas. To characterize root pressure of lianas in tropical rainforestsꎬ we used pressure transducers to measure root pres ̄
sure in the rainy and dry seasons for a total of 32 lianas from 14 families common in Xishuangbanna. We further ana ̄
lyzed the associations of maximum root pressure with phylogeny and of transient root pressure with environmental fac ̄
tors. We found that all lianas we selected had root pressureꎬ with maximum root pressure ranging from 2-138 kPa. In
the dry seasonꎬ about 72% (23 species) of the lianas had relatively low root pressure (<15 kPa) and maintained
positive throughout the day. This may be important for water balance for roots and basal stems of lianas. There were
three types of diurnal changes in liana root pressure. In Type Iꎬ root pressure had obvious diurnal variation in the dry
and rainy seasons. In Type IIꎬ root pressure did not show obvious diurnal variation in the dry and rainy seasons. In
Type IIIꎬ either in the dry or in the rainy seasonꎬ root pressure showed obvious diurnal variation. Root pressure var ̄
ied substantially among lianasꎬ with lianas from two familiesꎬ Fabaceae and Vitaceaeꎬ usually having relatively high ̄
er root pressureꎬ suggesting that phylogeny may influence root pressure. Transient root pressure closely responded to
photosynthetically active radiation. In most casesꎬ howeverꎬ it was not related to rainfall and vapour pressure deficit.
植 物 分 类 与 资 源 学 报  2015ꎬ 37 (6): 751~759
Plant Diversity and Resources                                    DOI: 10.7677 / ynzwyj201515034

∗∗
基金项目: 国家自然科学基金 (31270453ꎬ 31470470)
通讯作者: Author for correspondenceꎻ E ̄mail: zjl@xtbg􀆰 org􀆰 cn
收稿日期: 2015-03-05ꎬ 2015-05-26接受发表
作者简介: 王华芳 (1987-) 女ꎬ 硕士研究生ꎬ 主要从事热带雨林木质藤本水分关系研究ꎮ E ̄mail: wanghuafang@xtbg􀆰 org􀆰 cn
These results suggest that the associations of liana root pressure with environments need further investigation.
Key words: Environmental factorꎻ Lianaꎻ Phylogenyꎻ Root pressureꎻ Tropical rainforest
  木质藤本 (Lianas) 是一类不能直立、 具有
明显攀援习性的结构寄生植物类群ꎮ 作为热带森
林群落的一个重要组成成分ꎬ 木质藤本在热带森
林生态系统中发挥重要作用 (Schnitzer和 Bongersꎬ
2011)ꎮ 木质藤本占热带森林物种总数的 12% ~
40%ꎬ 木本植物丰富度的 35%ꎬ 生物量的 2% ~
4%ꎮ 在某些干扰严重的地区ꎬ 木质藤本对生物量
的贡献可高达 30% (Gerwing和 Fariasꎬ 2000)ꎮ 据
报道ꎬ 随着全球气候变化特别是干旱加剧ꎬ 木质
藤本的丰富度正在增加ꎬ 有可能对热带森林的更
新、 动态乃至整个生态系统碳平衡造成重要影响
(Schnitzer等ꎬ 2014ꎻ Slot等ꎬ 2014)ꎮ
木质藤本具有较大的导管 (Rosell 和 Olsonꎬ
2014)ꎬ 使其具有较高的导水率 ( Zhu 和 Caoꎬ
2009)ꎬ 但同时也导致木质藤本对干旱引起的木
质部导管的栓塞与气穴化很敏感 (Zhu 和 Caoꎬ
2009)ꎮ 在没有蒸腾拉力或蒸腾作用很弱的条件
下ꎬ 根压被认为是很多植物修复气穴化导管的重
要动力 (Wegnerꎬ 2014)ꎮ 王福升等 (2011) 的研
究发现ꎬ 矢竹 (Pseudosasa japonica) 的最大根压
(29 kPa) 能够将其木质部中的水柱推到 3􀆰 6 mꎬ
而矢竹的植株平均高度仅为 3 mꎬ 依靠根压就能
修复整根竹子栓塞化的导管ꎮ Yang等 (2012) 的
研究发现ꎬ 夜间根压能够修复竹类叶片的栓塞
化ꎮ Hao等 (2013) 研究发现ꎬ 桦树 (Betula pa ̄
pyrifera) 的最大根压接近 200 kPaꎬ 在其气穴化
导管的修复中发挥重要作用ꎮ 此外ꎬ 一些常见农
作物如水稻 ( Stiller 等ꎬ 2003)、 甘蔗 (Meinzer
等ꎬ 1991)、 玉米 (McCully 等ꎬ 1998) 等夜间产
生的根压能够修复因强烈蒸腾或干旱胁迫导致的
气穴化导管ꎮ 上述研究均表明根压可能是植物修
复木质部气穴化导管的重要机制之一ꎮ
目前对木质藤本根压的研究相对较少ꎮ Scho ̄
lander等 (1957) 报道了木质藤本具有正的根压ꎮ
Putz (1983) 在研究委内瑞拉木质藤本的生物量
时推测热带木质藤本的根压足以修复其导管栓塞
化ꎬ 但这个假说至今没有得到很好验证ꎮ Ewers 等
(1997) 和 Fisher等 (1997) 对美洲木质藤本根压的
普查式研究是迄今 2篇系统研究木质藤本根压的文
献ꎮ Ewers等 (1997) 对巴拿马热带雨林 32种藤本
根压的研究发现ꎬ 29种双子叶藤本中只有 3种藤本
有根压ꎬ 根压最大值为 64 kPaꎬ 这个压力可以把水
推到6􀆰 4mꎬ 但这些藤本的高度常达18mꎮ Ewers等
(1997) 的研究不支持 Putz (1983) 的推测ꎮ Fisher
等 (1997) 于雨季对哥斯达黎加、 墨西哥、 美国佛
罗里达的 109种藤本植物的根压进行普查后发现ꎬ
61种藤本具有根压ꎬ 多集中在葡萄科及豆科的木质
藤本ꎬ 暗示根压的产生可能与系统发育有关ꎮ 此
外ꎬ 在菝葜属 (Cobb等ꎬ 2007) 和省藤属 (Scho ̄
lander等ꎬ 1961) 中也有根压的报道ꎮ 根据这些研
究ꎬ 我们仍无法判断木质藤本是否普遍产生根压ꎮ
从单子叶植物如竹类根压的研究来看ꎬ 根压
从傍晚开始上升ꎬ 夜间维持在较高的水平上ꎬ 白
天蒸腾开始后根压立即降低 ( Yang 等ꎬ 2012ꎻ
Cao 等ꎬ 2012)ꎮ Fisher 等 (1997) 利用自制的微
量压力计连续 5天监测了 2种葡萄科木质藤本的
根压日变化规律后发现ꎬ 与其它植物类似ꎬ 根压
在夜间达到最大值ꎬ 白天受蒸腾拉力的影响出现
负值ꎬ 其中一种藤本连续两天维持正的根压ꎬ 另
外一种藤本有时有根压ꎬ 有时没有根压产生ꎬ 即
使在夜间也是如此ꎮ Cobb等 (2007) 对菝葜属根
压日变化的研究表明ꎬ 在萌芽前ꎬ 夜间几乎没有
根压ꎬ 但白天产生根压ꎬ 且常在中午达到最大
值ꎻ 一旦开始萌芽ꎬ 晚上或上午产生很强的正
压ꎮ 这些研究结果使我们需要深入了解根压的日
变化规律及影响因素ꎮ
西双版纳是全球生物多样性的热点地区
(Myers等ꎬ 2000)ꎬ 木质藤本种类非常丰富 (朱
华ꎬ 2011)ꎮ 但是ꎬ 近年来随着人为干扰加剧ꎬ 西
双版纳地区的原生植被遭大面积破坏ꎬ 导致森林
片段化ꎮ 根据我们的观察ꎬ 西双版纳地区大多数
林缘和片段化的森林周围已被各种木质藤本侵占ꎮ
此外ꎬ 该地区还有长达半年的旱季ꎮ 研究表明ꎬ
干湿季越明显、 干扰越大的森林越有利于维持木
质藤本的多样性 (Schnitzerꎬ 2005)ꎮ 木质藤本如
何适应干旱的机制仍不清楚ꎬ 迫切需要深入研究ꎮ
本研究分别在旱季 (1-4 月) 和雨季 (5-10 月)
测定了西双版纳地区常见的 14个科 32种木质藤
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本的根压ꎬ 分析了木质藤本的最大根压与系统发
育、 瞬时根压与环境因子的关系ꎬ 试图回答以下
两个科学问题: (1) 西双版纳热带雨林木质藤本
根压的动态变化有何规律? (2) 木质藤本的根压
大小是否受系统发育与环境因子的影响?
1  材料与方法
1􀆰 1  研究区域自然概况
本研究在云南省西双版纳傣族自治州勐腊县勐仑镇
中国科学院西双版纳热带植物园 (21°41′ Nꎬ 101°25′ Eꎬ
海拔 570 m) 进行ꎮ 研究地点位于热带北缘ꎬ 年平均温
度为 21􀆰 7 ℃ꎬ 最热月 (7月) 平均气温为 25􀆰 7 ℃ꎬ 最冷
月 (1月) 平均气温为 16􀆰 0 ℃ꎻ 年降雨量为 1 560 mmꎬ
一年分为明显的雨季 (5-10 月) 和旱季 (11 月-次年 4
月)ꎬ 其中雨季降水量占全年降水的 80%以上ꎮ 本研究
于 2014年旱季和雨季进行ꎮ
1􀆰 2  研究材料
本研究共选取生长于西双版纳热带植物园内的 14
个科 32种木质藤本作为研究对象ꎬ 其中旱季测定了 32
种ꎬ 雨季测定了 23 种 (表 1)ꎮ 所测木质藤本胸径范围
4􀆰 7~13􀆰 6 cmꎬ 均为达到林冠的成熟个体ꎮ
表 1  本研究测定的木质藤本
Table 1  Lianas measured in this study
种名 Species 科名 Family
胸径
DBH
/ cm
监测株数
Total individuals
monitored
监测天数
Total days
monitored
根压日变化类型
Diurnal patterns
of root pressure
见血飞 Caesalpinia cucullata 豆科 Fabaceae 6􀆰 2 3 9 I
白花油麻藤 Mucuna birdwoodiana 豆科 Fabaceae 7􀆰 5 2 29 I
节毛乌敛莓 Cayratia japonica var. mollis 葡萄科 Vitaceae 6􀆰 4 3 10 I
扁担藤 Tetrastigma planicaule 葡萄科 Vitaceae 11􀆰 5 3 18 I
藤漆 Pegia nitida 漆树科 Anacardiaceae 6􀆰 0 1 1 II
匙羹藤 Gymnema sylvestre 夹竹桃科 Apocynaceae 6􀆰 8 1 3 II
照夜白 Nyctocalos brunfelsiiflorum 紫葳科 Bignoniaceae 5􀆰 5 1 9 II
灯油藤 Celastrus paniculatus 卫矛科 Celastraceae 4􀆰 7 3 16 II
二子扁蒴藤 Pristimera arborea 卫矛科 Celastraceae 10􀆰 3 1 7 II
阔叶风车子 Combretum latifolium 使君子科 Combretaceae 10􀆰 0 2 11 II
小花使君子 Quisqualis conferta 使君子科 Combretaceae 7􀆰 8 1 2 II
羽叶金合欢 Acacia megaladena 豆科 Fabaceae 12􀆰 1 4 22 II
粉被金合欢 A􀆰 pruinescens 豆科 Fabaceae 7􀆰 3 2 6 II
香花崖豆藤 Callerya dielsiana var. solida 豆科 Fabaceae 10􀆰 8 1 1 II
斜叶黄檀 Dalbergia pinnata 豆科 Fabaceae 6􀆰 0 4 5 II
榼藤 Entada phaseoloides 豆科 Fabaceae 13􀆰 6 1 4 II
厚果崖豆藤 Millettia pachycarpa 豆科 Fabaceae 12􀆰 3 1 2 II
买麻藤 Gnetum pendulum 买麻藤科 Gnetaceae 6􀆰 1 2 6 II
全缘刺果藤 Byttneria integrifolia 锦葵科 Malvaceae 7􀆰 9 3 8 II
粗毛刺果藤 B􀆰 pilosa 锦葵科 Malvaceae 6􀆰 7 1 1 II
构棘 Maclura cochinchinensis 桑科 Moraceae 6􀆰 5 2 11 II
清香藤 Jasminum lanceolaria 木犀科 Oleaceae 9􀆰 0 1 4 II
土蜜藤 Bridelia stipolaris 大戟科 Euphorbiaceae 8􀆰 0 2 5 II
小果叶下珠 Phyllanthus reticulatus 大戟科 Euphorbiaceae 5􀆰 0 1 7 II
平滑钩藤 Uncaria laevigata 茜草科 Rubiaceae 7􀆰 1 1 6 II
十字崖爬藤 Tetrastigma cruciatum 葡萄科 Vitaceae 6􀆰 6 1 4 II
猪腰豆 Afgekia filipes 豆科 Fabaceae 5􀆰 3 2 20 III
薄叶羊蹄甲 Bauhinia glauca 豆科 Fabaceae 8􀆰 7 4 23 III
多裂黄檀 Dalbergia rimosa 豆科 Fabaceae 5􀆰 7 2 21 III
爬藤榕 Ficus sarmentosa 桑科 Moraceae 6􀆰 1 4 11 III
翼核果 Ventilago leiocarpa 鼠李科 Rhamnaceae 8􀆰 0 6 20 III
富宁崖爬藤 Tetrastigma funingense 葡萄科 Vitaceae 7􀆰 1 4 25 III
注: 种命名法参照中国植物志 (http: / / foc.eflora.cn / )ꎬ 科名参照 APG IIIꎮ 根压的三种日变化类型见文中的描述
Notes: Nomenclature follows Flora of China (http: / / foc.eflora.cn / ) and family names follow APG III (http: / / www.mobot.org / MOBOT / research /
APweb / ) . See detailed descriptions in the text for three types of diurnal changes in root pressure
3576期                  王华芳等: 热带木质藤本的根压及其与系统发育和环境的关系                       
1􀆰 3  根压的测定方法
参照 Yang等 (2012) 和 Hao等 (2013) 的方法ꎬ 用
电子压力传感器 ( PX26 ̄100DVꎬ Omega Engineeringꎬ
Stamfordꎬ CTꎬ USA) 连续监测根压的动态变化ꎮ 测定前
在实验室中对传感器进行校准ꎬ 并于天黑后到野外安
装ꎬ 目的是减少白天蒸腾导致的负压对根压测定的影
响ꎮ 在靠近地面 20 cm处用电钻打一个直径约 2 mm、 深
略低于植株直径二分之一的小孔ꎬ 将连有硅胶软管的探
针插入孔中ꎮ 插入探针时注意针孔是否被堵塞ꎮ 在探针
与植株接触处滴上胶水防止漏气ꎮ 分别向连接探针和电
子压力传感器的软管内注水ꎬ 然后用三通管将电子压力
传感器和探针连接起来ꎬ 最后通电ꎮ 用数据采集器
(CR3000ꎬ Campbell Scientificꎬ Loganꎬ UTꎬ USA) 每 5 min
记录一次小孔处木质部压力的平均值ꎮ 根据小孔距离地
面的高度 (h)ꎬ 利用重力对压强的影响 (P =ρgh)ꎬ 计算
出实际根压值ꎮ
1􀆰 4  统计分析
通过计算旱季与雨季最大根压的变异系数分析系统
发育对根压的影响ꎮ 利用直线回归分析环境因子 (光合
有效辐射、 饱和蒸汽压差、 降雨) 与根压的关系ꎮ
2  结果
2􀆰 1  根压的日变化
根压的日变化规律可以分为 3 类 (图 1)ꎮ
第Ⅰ类: 无论旱季还是雨季ꎬ 根压均表现出明显
的日间波动ꎬ 在晚上和上午达到最大值ꎬ 中午和
下午最低ꎮ 具有第Ⅰ类根压日变化规律的木质藤
本有 4种: 白花油麻藤、 扁担藤、 见血飞及毛乌
敛莓 (图 1ꎻ 表 1)ꎮ 第Ⅱ类: 根压在旱季与雨季
均没有明显的日间波动ꎬ 具有第Ⅱ类根压日变化
规律的木质藤本有 22 种ꎬ 占所研究的木质藤本
种类的 69%ꎮ 第Ⅲ类: 根压在旱季和雨季只有
一个季节具有明显的日间波动ꎬ 另一个季节则没
有ꎮ 属于该类型的木质藤本共有 6种ꎮ 其中薄叶
羊蹄甲、 多裂黄檀在旱季具有明显的日间波动ꎬ
但在雨季没有明显变化的日间波动ꎮ 富宁崖爬藤
旱季具有较明显的日间波动ꎬ 但雨季不同植株的
日变化有较大差别ꎬ 有的有较明显的日间波动ꎬ
有的则没有明显的日间波动ꎮ 猪腰豆、 爬藤榕、
翼核果则是旱季无明显的日间波动ꎬ 雨季有较明
显的日间波动ꎮ
对仅测了一个季节根压的木质藤本ꎬ 按其单
个季节的根压日变化规律进行归类ꎮ 其中见血飞
归为第Ⅰ类 (图 1)ꎬ 照夜白、 粗毛刺果藤、 粉
被金合欢、 厚果崖豆藤、 藤漆、 小花使君子、 清
香藤、 斜叶黄檀归为第Ⅱ类ꎮ
图 1  根压日变化的三种类型
Fig􀆰 1  Three types of diurnal changes in root pressure
2􀆰 2  最大根压及其出现时间
从最大根压的数值范围 (图 2) 来看ꎬ 旱季
有 8种根压最大值 >20 kPaꎬ 这些种包括白花油
麻藤、 扁担藤、 毛乌蔹莓、 富宁崖爬藤、 见血
飞、 多裂黄檀、 薄叶羊蹄甲和买麻藤ꎮ 雨季测定
的 23种木质藤本中ꎬ 有 8种根压最大值 >20 kPaꎬ
包括白花油麻藤、 扁担藤、 毛乌蔹莓、 富宁崖爬
藤、 翼核果、 爬藤榕、 猪腰豆和阔叶风车子ꎮ
从最大根压值出现的时间来看ꎬ 旱季测的
32种木质藤本中ꎬ 有 17 种木质藤本在夜晚或上
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午 (20 ∶ 00以后至次日中午 12 ∶ 00以前) 出现最
大根压值ꎬ 14种木质藤本在下午或傍晚 (12 ∶ 00
以后至 20 ∶ 00 以前) 出现最大根压值ꎬ 有 1 种
(猪腰豆) 最大根压值在白天均有出现ꎻ 雨季测
的 23种木质藤本中ꎬ 有 16种木质藤本在夜晚或
上午 (20 ∶ 00以后至次日中午 12 ∶ 00以前) 出现
最大根压值ꎬ 6种木质藤本在下午或傍晚 (12 ∶ 00
以后至 20 ∶ 00 以前) 出现最大根压值ꎬ 有 1 种
(多裂黄檀) 最大根压值出现时间随不同测定日
期而不同ꎮ
2􀆰 3  根压的季节变化
总体上ꎬ 旱、 雨季根压日变化类型大部分
(74%) 相同ꎬ 最大根压值出现时间旱、 雨季也
无太大差别ꎮ 从最大根压值来看ꎬ 只有 12 种木
质藤本旱季最大根压值大于雨季最大根压值ꎬ 8
种旱季最大根压值小于雨季最大根压值ꎬ 另有 2
种旱、 雨季最大根压值没有显著差异 (图 2)ꎮ
有些木质藤本虽然根压值较小 ( <15 kPa)ꎬ
但能全天维持正压ꎮ 这样的木质藤本占所研究木
质藤本总数的比例在旱、 雨季存在显著差异ꎮ 旱
图 2  旱季与雨季 32种木质藤本的最大根压值
Fig􀆰 2  Maximum root pressure in 32 lianas studied in the dry and rainy seasons
5576期                  王华芳等: 热带木质藤本的根压及其与系统发育和环境的关系                       
季测定的 32种木质藤本中ꎬ 有 23种具有这种规
律的木质藤本ꎬ 占旱季所研究木质藤本的近
72%ꎻ 而雨季测定的 23种木质藤本中ꎬ 仅 4种全
天维持正压ꎬ 约占雨季所研究木质藤本的 17%ꎮ
2􀆰 4  根压与系统发育、 环境因子的关系
在所研究的木质藤本中ꎬ 木质藤本的最大根
压值种间变异很大ꎬ 旱季最大根压的变异系数为
128%ꎬ 雨季最大根压的变异系数为 133%ꎬ 且豆
科及葡萄科的木质藤本常具有较高根压ꎮ 分析了
白花油麻藤、 薄叶羊蹄甲、 扁担藤、 富宁崖爬
藤、 见血飞、 毛乌敛莓 6种根压具有明显日间波
动的木质藤本的根压值与气象因子 (饱和蒸汽压
差、 光合有效辐射、 降水) 之间的关系 (图 3)ꎮ
结果发现ꎬ 降水对根压几乎没有影响ꎮ 一天
内降水较多时ꎬ 根压会随之出现小的波动ꎬ 但不
影响根压的日变化规律ꎻ 当降水较少时ꎬ 根压基
本不受降水的影响ꎮ 当光合有效辐射开始升高
时ꎬ 根压开始下降ꎬ 其开始下降的时间与光合有
效辐射开始升高时间保持高度一致ꎮ
本研究还重点分析了上述 6种木质藤本的根
压与饱和蒸汽压差的关系ꎮ 结果发现ꎬ 随着饱和
蒸汽压差的增加ꎬ 根压有降低的趋势ꎬ 但这种负
相关只在少数种中如白花油麻藤、 富宁崖爬藤
(旱季) 和扁担藤 (旱季) 存在ꎬ 表明木质藤本的
根压对饱和蒸汽压差的响应具有明显的种间差异ꎮ
3  讨论
3􀆰 1  西双版纳热带雨林木质藤本的根压与美洲
热带雨林的比较
Ewers 等 (1997) 和 Fisher等 (1997) 曾对美
洲热带雨林木质藤本的根压进行了全面普查ꎮ
Ewers等 (1997) 测定的巴拿马 29种双子叶藤本
植物中只有五桠果科 (Dilleniaceae) 的三种木质
藤本有根压ꎮ Fisher 等 (1997) 测定的哥斯达黎
加、 墨西哥、 美国佛罗里达 109种藤本植物中有
61种藤本植物具有根压ꎮ 根据本研究结果ꎬ 我
们总结了西双版纳热带雨林木质藤本根压的主要
特点:
(1) 木质藤本的根压可能比较普遍ꎮ 如本研
究测定的木质藤本都具有根压 (图 2)ꎬ Fisher 等
(1997) 研究的藤本植物 56%的种类具有根压ꎮ
葡萄科与豆科木质藤本产生根压的比例较高ꎮ
(2) 木质藤本的根压在高大藤本气穴化修复
中的作用可能是有限的ꎮ 本研究中木质藤本的根
压最大可达 138 kPa (图 2)ꎬ 这个压力可以把水
柱提升 14 mꎬ 但在热带雨林中ꎬ 很多木质藤本
的高度远远超过 14 mꎮ 因此ꎬ 根压不足以修复高
大木质藤本特别是上部的气穴化导管ꎮ 这并不意
味着根压对木质藤本的干旱适应没有意义ꎮ 幼苗
阶段是植物生长、 群落构建的关键阶段ꎮ 木质藤
本普遍存在的根压可能对幼苗整株气穴化导管的
修复具有重要意义ꎬ 但迄今未见相关报道与证
据ꎬ 需要深入研究ꎮ
3􀆰 2  木质藤本根压的日变化与季节变化
本研究中我们观测到 3类木质藤本根压的日
变化规律 (图 1)ꎮ Fisher等 (1997) 报道的葡萄科
2种木质藤本也有类似规律ꎮ 我们观测到的木质藤
本多在白天达到最大值ꎬ 这与 de Swaef 等 (2013)
用模型模拟的根压日变化规律非常吻合ꎮ 我们的
研究发现不同木质藤本的根压对蒸腾作用的反应
时间 (如最大根压值出现的时间) 不同ꎬ 可能是
因为不同的木质藤本高度不同ꎮ 此外ꎬ 我们在实
验中发现ꎬ 即使是同一株木质藤本 (如猪腰豆、
多裂黄檀)ꎬ 在不同时间其最大根压值出现的时间
不一样ꎬ 有时在白天ꎬ 有时在晚上ꎮ 这与 Clear ̄
water等 (2007) 在猕猴桃中的研究结果一致ꎮ
本研究的一个重要发现是在旱季有很大比例
(72%) 的木质藤本具有较低的根压ꎬ 但能全天
维持正压ꎮ 这可能对木质藤本适应旱季水分胁迫
有一定意义ꎮ 木质藤本维持较小的正压ꎬ 可能是
因为木质藤本具有较强的气孔调节能力 (Chen
等ꎬ 2015)ꎮ 当蒸腾作用加剧时ꎬ 木质藤本能够
迅速关闭气孔ꎮ 此外ꎬ 旱季时西双版纳地区夜间
及上午经常有雾ꎬ 到中午时才逐渐散去ꎬ 加上木
质藤本的茎干很长ꎬ 使得蒸腾作用产生的负压对
根压的影响较小ꎬ 所以木质藤本能够长时间或全
天维持正的压力ꎮ 正的根压对木质藤本修复气穴
化的导管可能具有重要意义ꎮ 当木质藤本顶部枝
条的导管发生气穴化后ꎬ 正的根压仍能让根部、
茎基部保持正常的水分供应ꎮ 因此ꎬ 木质藤本在
旱季全天维持较小正压可能是其适应旱季干旱胁
迫的重要机制之一ꎮ
3􀆰 3  系统发育与环境因子对木质藤本根压的影响
Ewers等 (1997)、 Fisher 等 (1997) 及本研
657                                  植 物 分 类 与 资 源 学 报                            第 37卷
究发现ꎬ 最大根压的种间变异很大ꎬ 葡萄科、 豆
科中的木质藤本多具有根压 (图 2)ꎬ 表明木质
藤本的根压可能受系统发育的影响ꎮ
对环境因子的相关分析表明ꎬ 在三个重要环
境因子 (降雨、 光合有效辐射、 饱和蒸汽压差)
中ꎬ 根压对光合有效辐射有较好的响应ꎬ 当光照
开始升高时ꎬ 根压开始下降 (图 3)ꎮ 这主要是蒸
腾作用的负压导致了根压的降低ꎬ 说明环境对根
压有一定影响ꎮ 此外ꎬ 蒸腾拉力增加使得植物运
输水分减少了对根压的依赖ꎮ 多数情况下根压与
降雨、 饱和蒸汽压差的关系不显著ꎮ 这些结果倾
向于支持 Grossenbacher 等 (1939) 提出的根压是
植物自身内在节律的假说ꎮ 我们分析了六种木质藤
本的最大根压值与饱和蒸汽压差的关系 (图 4)ꎬ 发
现随着饱和蒸汽压差的增加ꎬ 根压有降低的趋势ꎬ
但这种关系只在少数种中如白花油麻藤、 富宁崖爬
藤 (旱季) 和扁担藤 (旱季) 存在ꎬ 表明木质藤本
对饱和蒸汽压差的响应具有种间差异ꎮ Cochard 等
(1994) 的研究发现ꎬ 降雨后一种藤竹的根压立即
升高ꎬ 本研究没有发现类似现象 (图 3)ꎬ 可能是
前者的根系较浅的缘故ꎮ 总体来看ꎬ 木质藤本根
压与环境因子关系还需要深入研究ꎮ 探讨根压与
植物糖浓度、 离子浓度梯度间的关系可能有助于
揭示根压产生的机制及气穴化导管的修复机制ꎮ
除了环境因子外ꎬ 木质藤本的根压可能更多
受它们生理活动的影响ꎬ 表现为关键发育阶段常
具有很高的根压ꎮ 如 Sperry 等 (1987) 发现葡萄
在展叶前的一个月根压处于较高水平ꎬ 最大可达
100 kPaꎮ 大的根压有助于维持高的导水率ꎬ 从
而促进水分的传导ꎮ Tibbetts和 Ewers (2000) 则
发现温带木质藤本的根压最高可达 145 kPaꎬ 且
在早春时具有较大根压ꎬ 促进水分运输ꎬ 防止导
管气穴化ꎮ Cobb等 (2007) 报道的菝葜在萌芽前
一天根压维持在很低水平ꎬ 没有明显的日间波
动ꎬ 但萌芽后日间波动非常显著ꎮ 由于根压有助
于修复导管气穴化ꎬ 因此ꎬ 具有根压的植物可能
对胁迫生境的适应能力更强ꎬ 如藤竹的根压使得
它能在干旱生境中分布 (Cochard 等ꎬ 1994)ꎬ 菝
葜能在温带广泛分布可能与其较高的根压修复低
温导致的气穴化有关 (Cobb等ꎬ 2007)ꎮ
图 3  根压与气象因子 (光合有效辐射、 饱和蒸汽压差、 降水) 之间的关系 (以白花油麻藤为例)
Fig􀆰 3  Relationships between root pressure and environmental factors (photosynthetically active radiationꎬ PARꎻ
vapor pressure deficitꎬ VPDꎻ and rainfall) (using Mucuna birdwoodiana as an example)
7576期                  王华芳等: 热带木质藤本的根压及其与系统发育和环境的关系                       
图 4  六种木质藤本的根压与饱和蒸汽压差的关系
Fig􀆰 4  Relationships between root pressure and vapor pressure deficit (VPD) in six lianas
857                                  植 物 分 类 与 资 源 学 报                            第 37卷
致谢  感谢中国科学院西双版纳热带植物园热带森林生
态系统研究站提供气象数据ꎮ
〔参  考  文  献〕
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