028-8525-3068
新闻动态 News
News 行业新闻

原位13CO2标记表明,与低海拔树木相比,树线树木分配给根系的光合同化物更少

日期: 2022-09-30
标签:
原位13CO2标记表明,与低海拔树木相比,树线树木分配给根系的光合同化物更少

点击蓝字关注我们


文献解读

原名:In situ 13CO2 labeling reveals that alpine treeline trees allocate less photoassimilates to roots compared with low-elevation trees


译名:原位13CO2标记表明,与低海拔树木相比,树线树木分配给根系的光合同化物更少


期刊:Tree Physiology


IF:4.561发表时间:2022.4


第一作者:Yu Cong

原位13CO2标记表明,与低海拔树木相比,树线树木分配给根系的光合同化物更少
摘要

背景:碳(C)分配对高山树线树木的生存和生长起着至关重要的作用,但目前对其了解甚少。

方法:利用原位13CO2标记技术,我们研究了位于树线和低海拔的树木叶片光合作用和13C标记的光同化物在不同组织(叶片、小枝和细根)中的分配。还测定了各组织非结构性碳水化合物(NSC)浓度。

结果:与低海拔树木(LETs,1700 m a.s.l.)相比,树线树木(TLTs,2000 ma.s.l.)的光合作用没有受到明显的抑制,但TLTs向地下分配新同化碳(C)的比例更低。新碳在TLTs叶片中的停留时间(19天)长于LETs10天)我们还发现TLTs组织中新碳的总体密度更低。

结论:TLTs可能具有光合补偿机制,以抵消恶劣的树线环境(如,较低的温度和较短的生长季节)对碳获取的负面影响。

树线较低的温度可能会限制碳库活性和韧皮部的向下运输,而较短的树线生长季节也可能会导致根系生长提前停止,因此碳库强度降低,这可能最终导致碳库组织中新碳密度降低,最终限制高山树线树木的生长。

研究背景

高山树线是陆地生态体统最明显的植被边界,对全球和区域环境变化高度敏感。树线附近的低温、较低的CO2分压、强风和强烈紫外线辐射可能会抑制树木生理过程,从而限制高山树线交错带的光合作用、生长和生存。

光合产物的分配以及向各组织的投资是树木碳平衡的重要方面。NSC的组织水平是促进生长、维持代谢和碳储存能力的核心,反映了树木碳同化、分配和消耗之间的平衡。以往许多研究发现极端环境条件下组织NSC浓度增加。

然而,对于极端环境下组织NSC升高是由于库需求低于光合供应,或者是由于在恶劣环境条件下选择主动积累用于维持树木功能,目前尚不清楚。

树木全株尺度的碳分配受到各种环境因素的影响,如干旱、遮阴、养分限制以及物种竞争。树木碳分配在适度胁迫环境下遵循“功能平衡假说”,即植物为加强对最具限制性资源的获取,通常倾向于将碳分配给限制的器官。然而,在极端胁迫环境下,树木碳分配格局也可能不遵循“功能平衡假说”。

长时间的碳分配格局主要通过生物量分配来评估,而短时间尺度上则主要通过13C标记来实现。虽然13C标记技术早已被应用于植物碳分配研究中。但只有很少的研究使用该技术定量分析高寒树线树木中新同化碳的分配格局。因此,为了更好地理解树线形成的机制,需要使用最新的方法和技术,精确、定量地评估树木的碳合成和分配格局。

在本研究中,我们对生长在高山树线和低海拔的白桦进行了全树13CO2脉冲标记,跟踪13C示踪物在植物内部、土壤和大气中的转移。此外,我们还测定了叶片、小枝和根中的NSC浓度。

我们假设:(1)树线树木(TLTs)的光合作用能力与低海拔树木(LETs)相当;(2)由于TLTs在夏季对NSC的主动储存,TLTs在夏季会将更多的新同化碳分配到根系中,因此TLTs根中NSC浓度会高于LETs

主要结果

1.树木大小、生物量和光合能力

树线树木(TLTs)的基径、树高、总生物量以及年平均树轮宽度均显著低于低海拔树木(LETs;表1)。然而TLTs的最大光合速率(Amax)和气孔导度(gs)显著高于LETs(表2)。TLTs的根冠比显著高于LETs,但单位面积叶片重(LMA)和每树总叶面积没有显著从差异。

1白桦树在不同海拔的大小、年龄和生物量

原位13CO2标记表明,与低海拔树木相比,树线树木分配给根系的光合同化物更少

2不同海拔树木组织中最大光合速率(Amax)和气孔导度gs)以及NSC浓度

原位13CO2标记表明,与低海拔树木相比,树线树木分配给根系的光合同化物更少

2.13C富集量(%

在大部分采样日期,TLTs叶片中的13C富集度显著高于LETs(P<0.05;图4a),但叶片13C富集度下降速率低于LETs。在小枝中,TLTs的13C富集度峰值比LETs出现得更晚(图4b)。在任何取样时间,细根中13C富集度在TLTs和LETs之间没有显著差异(图4c),但TLTs的13C富集度峰值比LETs出现得更晚。土壤中13C富集度较低,且两个海拔之间没有显著差异(图4d)。

原位13CO2标记表明,与低海拔树木相比,树线树木分配给根系的光合同化物更少

413C富集度(%)在不同海拔的白桦树各组织中的时间变化动态:(a)叶片;(b)小枝;(c)细根;(d)土壤。*表示不同海拔在0.05水平上具有显著差异。

3.可溶性13C富集度(%,表征NSC13C浓度)和NSC浓度

叶片可溶性13C富集度在TLTs和LETs之间没有显著差异(图5a)。小枝中,TLTs的可溶性13C富集度总体上高于LETs,但只在第15天达到显著水平(图5b)。与之相反,在细根中,TLTs可溶性13C富集度在任何取样时间均低于LETs(图5c)。

叶片和小枝中的NSC浓度不随海拔高度而变化,但TLTs的根系NSC浓度显著高于LETs(表2)。但总体上,TLTs的可溶性13C含量低于LETs(图6)。

原位13CO2标记表明,与低海拔树木相比,树线树木分配给根系的光合同化物更少

5可溶性13C富集度(%)在不同海拔的白桦树各组织中的时间变化动态:(a)叶片;(b)小枝;(c)细根。*表示不同海拔在0.05水平上具有显著差异。

原位13CO2标记表明,与低海拔树木相比,树线树木分配给根系的光合同化物更少

6可溶性13C含量(mg13C)在不同海拔的白桦树各组织中的时间变化动态:(a)叶片;(b)小枝;(c)细根;(d)全株的。*表示不同海拔在0.05水平上具有显著差异。

4.单位投影面积的13C密度(mg 13C m-2

考虑到树木生物量的差异,我们根据单位生物量或单位投影地面面积对图6中显示的可溶性13C含量进行了标准化。同样地,总的趋势是标记后TLTs组织中的可溶性13C密度(即单位投影表面积)低于LETs(图7)。

对于呼吸而言,在低海拔(1700m),基于叶面积和树木投影面积的叶片呼吸消耗13C量倾向于高于树线(2000m; 图8a,c),但只在标记后第二天具有显著差异。土壤呼吸消耗的13C量也表现出一致的趋势(图8b,d)。

原位13CO2标记表明,与低海拔树木相比,树线树木分配给根系的光合同化物更少

7单位投影面积13C密度(mg13Cm-2)在不同海拔的白桦树各组织中的时间变化动态:(a)叶片;(b)小枝;(c)细根;(d)全株。*表示不同海拔在0.05水平上具有显著差异。

原位13CO2标记表明,与低海拔树木相比,树线树木分配给根系的光合同化物更少

8基于叶面积(a)或投影地面面积(c)的叶片呼吸导致的13C损失(平均值±SEn=4/海拔),基于小区面积(c)或投影地面面积(d)的土壤呼吸导致的13C损失。

结论

1.与假设1一致,树线树木(TLTs)的光合作用相比低海拔树木(LETs)并没有表现出明显的劣势,表明树木生长在低温恶劣环境中的具有光合作用补偿机制。

2.与假设2相反,尽管本研究的海拔仅相差300 m(1700和2000 m),位于树线的树木(TLTs)向地下分配的新碳显著低于低海拔的树木(LETs)。这可能是TLTsLETs之间不同的生长条件(主要是温度和土壤水分条件)导致的库活性、韧皮部C运输速度和根系物候期差异的综合结果。

3.本研究表明,TLTs组织中的可溶性13C密度总体上低于LETs。这为树线形成的碳生理机制提供了新的见解,并为最近的研究结果提供了碳生理学证据,即低组织碳密度导致的低生长速率以及与温度相关的较短生长季节长度共同决定了高海拔树木的生长。

论文id:https://doi.org/10.1093/treephys/tpac048

原位13CO2标记表明,与低海拔树木相比,树线树木分配给根系的光合同化物更少

栢晖 #

 特色检测指标:

氨基糖木质素PLFA

磷组分有机酸有机氮组分

微生物量碳氮磷同位素

其他土壤、植物、水体等常规检测指标均可测定,欢迎咨询相关工作人员了解详情

服务热线:028-85253068

18682730999(微信同号)

公司地址:成都市成华区四川检验检测创新科技园2号楼4楼

原位13CO2标记表明,与低海拔树木相比,树线树木分配给根系的光合同化物更少


  • 最新资讯 MORE+
  • 点击次数: 0
    2024 - 05 - 27
  • 点击次数: 0
    2024 - 05 - 20
    文献解读原名:Grazing exclusion increases soil organic C through microbial necromass of root-derived C as traced by 13C labelling photosynthate译名:通过13C标记光合产物的追踪,禁牧通过根源碳的微生物残体增加了土壤有机碳期刊:Biology and Fertility of SoilsIF:6.5/Q1发表日期:5 March 2024第一作者:瞿晴01摘要背景:草原储存了大量的碳,然而,禁牧后土壤碳固存的潜在机制尚不清楚。本研究旨在阐明温带草原在长期禁牧后(~40年) ,植物和微生物残体对土壤有机碳(SOC)贡献的驱动因素。方法:现场进行了13C-CO2原位标记实验,并结合生物标记物追踪植物-土壤系统中的13C,以评估植物对土壤的碳输入。结果:长期禁牧提高了植物和土壤碳库包括地上生物量、地下生物量、微生物生物量和残体;且禁牧草地新输入光合碳在植物和土壤系统中的分配量高于放牧草地,但在土壤CO2中的分配量低于放牧草地。新输入的光合碳在土壤和微生物量中的分配量与根系中光合碳的分配量呈正相关关系。与放牧相比,禁牧提高了草地土壤有机碳含量约2倍,但木质素酚对土壤有机碳的贡献甚微(0.8%),而真菌残体碳的积累是导致土壤有机碳含量增加的主要因素。结论:受矿物颗粒保护的微生物残体碳是导致禁牧草地土壤有机碳含量高于放牧草地的主要因素。总之,禁牧不仅增加了地上生物量,也增加根系生物量和根际沉积,导致微生物生物量和残体的形成,在矿物基质的保护作用在土壤中长期稳定存在。禁牧条件下,微生物残体特别是真菌残体对SOC的积累贡献大于木质素酚。02主要结果图1 放牧和禁牧样地地植物-土壤-微生物系统的碳储量。(a)地上部分碳库;(b)根碳库;(c)土壤有机碳库(0−25c...
  • 点击次数: 0
    2024 - 05 - 17
    文献解读原名:The soil microbiome governs the response of microbial respiration to warming across the globe译名:土壤微生物群落主导了微生物呼吸对全球变暖的响应期刊:Nature Climate Change IF:30.7发布时间:2023.12第一作者:Tadeo Sáez-Sandino01摘要土壤微生物呼吸对变暖的敏感性(Q10)仍然是预测土壤向大气碳排放的一个主要不确定来源,因为驱动各生态系统Q10模式的因素是相互独立评估的。本研究采用了来自各大洲和主要生物群落的332个地点的土壤,同时评估了全球Q10模式的主要驱动因素。与生化难分解性、矿物质保护、底物数量和环境因素相比,土壤微生物群落(即微生物生物量和细菌分类群)解释了Q10值变化中的最大部分。提供了确凿的证据表明土壤微生物群落在很大程度上主导了土壤异养呼吸对变暖的响应,因此在评估陆地碳—气候反馈时需要明确考虑这一因素。02研究背景土壤碳(C)通过土壤异养群落的呼吸释放到大气中是导致大气CO2增加的基本途径。土壤呼吸每年释放的二氧化碳大约是人为排放的五倍,这在很大程度上决定了陆地生态系统是碳源还是碳汇。土壤异养呼吸的温度敏感性(即土壤微生物呼吸随着温度上升10°C而增加的因素;Q10)是预测陆地C-气候反馈水平的主要不确定性来源。生态系统和生物地球化学模型假设Q10为常数,尽管人们普遍认为Q10随温度等环境条件而变化。然而,决定Q10在大空间尺度上变异性的非生物和生物因素的相对贡献在很大程度上仍然未知。解释Q10模式的主要驱动因素通常考虑土壤微生物群、基质数量、矿物保护、生化抗性和环境因素的影响。首先,土壤微生物组(即微生物生物量、丰富度和群落组成)是有机物分解的最终参与者,并随着气候变暖调...
  • 点击次数: 0
    2024 - 05 - 11
    2024年5月7日,首届“土壤序列养分循环及其对生态恢复的启示”国际会议在四川省成都市顺利召开。会议由中国科学院、水利部成都山地灾害与环境研究所及国内外多个研究机构和部门联合发起,成都栢晖生物科技有限公司作为独家赞助单位参与此次会议。会议主题包括但不限于:土壤序列上风化和成土过程Weathering and pedogenic processes along chronosequences土壤序列上成土和原生演替过程中养分活化的生物地球化学过程Biogeochemical processes of nutrient mobilization during pedogenesis and primary succession along chronosequences土壤序列上植物养分获取和利用机制Mechanisms of plant acquisition and utilization of nutrients along chronosequences原生演替过程中植物-微生物互作对养分循环的影响Plant-microorganism interaction in nutrient cycling during primary succession土壤序列上养分循环理论对恶劣环境下地灾体生态恢复的启示Inspiration of knowledge on nutrient cycling along chronosequences for ecological restoration on harsh debris environment in geological hazard areas关于栢晖栢晖生物成立于2014 年,公司致力于为生态、农业、林业等科学研究领域提供专业的检验检测服务。公司拥有成熟、完善的实验室管理体系以及强大的实验技术团队。聘请来自中国科学院、...
文体活动 MORE+
案例名称: 孵化中心
说明: 栢晖生物科技有限公司项目孵化中心成立于2015.06.01日,研发领域涉及生物试剂耗材、仪器、新产品开发及各生物科技服务类项目等。自成立以来,陆续吸引了大批专家教授加盟合作,并与全国数十家高校及知名企业建立了良好的合作关系。中心共有博士及以上学位骨干人员10人,专门负责公司新产品研发等工作,已成功研发出无线温度监控器及NO检测试剂盒等产品(详情见成功案例),另有细胞分选仪等三个项目正在积极孵化当中。
2017 - 05 - 31
案例名称: 孵化中心流程
说明:
2017 - 07 - 17
微信公众号
微信公众号
Q  Q : 2105984845
地址:中国四川省成都市成华区成宏路72号-四川检验检测创新科技园2号楼4层
电话:028 8525 3068
传真:+86 0755-2788 8009
Copyright ©2005 - 2013 成都栢晖生物科技有限公司
犀牛云提供企业云服务