近日，蔡靖教授课题组在Plant, Cell & Environment在线发表了题为“Productive poplar genotypes exhibited temporally stable low stem embolism resistance and hydraulic resistance segmentation at the stem–leaf transition”的研究论文，揭示了水力学耐旱性状与生物量的关系模式及其时间变化规律。

培育高产林木对于满足人类日益增长的木材和可再生生物能源需求至关重要。同时，在全球水资源短缺问题日益加剧、气候变化导致的极端干旱事件愈发频繁的背景下，选育耐旱的林木基因型迫在眉睫。植物水力学特性，即水力系统运输水分的效率、抗栓塞能力等两大方面特性，分别与植物的生长和耐旱性能密切相关，然而未有研究在林木基因型层面厘清水力学特性与生物量之间的关系。此外，树木具有较长的生长周期，其生长状况及相关性状会随着个体发育阶段而变化，但目前少有研究探讨水力学特性与生物量之间关系的时间稳定性。上述研究的缺乏导致在选育高产、耐旱的优良林木基因型的实践中缺少理论指导。

杨属（Populus spp.）树种具有重要的生态和用材价值，生长迅速、无性繁殖容易，并广泛分布于全球，具有丰富的遗传资源，被认为是木本植物研究的模式物种。近年来，该课题组以新发布的杨树良种杂交组合I-101 (Populus alba) × 84K (P. alba × P. tremula var. glandulosa)的无性系为研究对象，不断探究水力学特性与生物量之间的关系及其时间稳定性。先前发表的研究已发现根系、小枝、整株的水分运输效率可以稳定地反映生物量的生产能力，可作为高产杨树品种的可靠、高效选育指标（Zhao et al., 2021, Forest Ecology and Management）。此次研究则关注的是水力学耐旱性状（栓塞抗性、茎-叶水力阻力分割程度）与生物量的关系，及此关系能否在树木生长过程中维持稳定。

图1 不同生物量生产潜力的杨树基因型的纹孔膜超微结构特征

本研究发现，不同生物量生产潜力的杨树基因型，其水力学耐旱性状具有显著的遗传差异，说明即使是源于同一亲本的后代基因型，其耐旱性能也存在较大的遗传变异，林木遗传育种工作者可从中选育理想品系。同时，研究明晰了耐旱基因型的导管结构特征和纹孔膜超微结构特性：相比于耐旱性弱的基因型，耐旱性强的基因型具有更小的导管、更厚的纹孔膜、更大的纹孔口和更深的纹孔室等特征（图1），此结果可为未来通过修饰木质部发育基因培育耐旱基因型提供理论参考。研究还揭示了水力学耐旱性和生物量之间存在着明显的权衡关系（图2），即高产基因型表现出更弱的栓塞抵抗能力，更小的茎-叶水力阻力分割程度（意味着叶片不能有效保护茎的水力安全），并且此权衡关系能够在树木生长过程中保持稳定，说明培育既高产又耐旱的杨树基因型在理论层面存在较大的挑战。

图2 杨树水力学耐旱性与生物量的权衡关系

林学院已毕业博士研究生赵涵为论文第一作者，森林生态系统过程与功能研究团队蔡靖教授为论文通讯作者，课题组多位学生参与了研究，西北农林科技大学生命科学学院姜在民教授参与了课题指导。该研究得到了国家自然科学基金项目（32271578，31570588，32301309）的支持。

原文链接：https://doi.org/10.1111/pce.15197