研究發現冬季晝夜溫度變化對植物早期物候具有相異效應

2021-01-10 生物谷

 

氣候變暖背景下,大多數植物的早期物候隨增溫提前已成為共識。但有研究發現這種提前趨勢放緩,甚至出現了相對穩定或者延遲的趨勢。這種植物物候隨增溫而出現的非線性或逆向的變化被認為是由乾旱、光周期或者養分限制等引起。然而,很少有人定量評估氣候晝夜非對稱性增溫模式對早期物候序列的影響,尤其是青藏高原。理論上,冬春季的日最高溫和夜最低溫的變化可能會改變植物的積溫和積冷需求,從而對早期物候變化具有相反的影響。

中國科學院青藏高原研究所、青藏高原地球科學卓越創新中心研究員汪詩平課題組利用山體垂直帶雙向移栽試驗驗證了晝夜非對稱性增溫對早期物候序列相異效應的假設。該試驗在青藏高原海北站開展,將不同海拔高度3個帶土植物群落進行雙向移栽,並且每個海拔有3個對照組。同時連續3年對所有小區以間隔3-4天的頻率觀測6種共有植物的早期物候序列(返青、現蕾以及開花)變化。

研究發現冬季晝夜溫度變化對早期物候序列的影響是相反的,白天增溫會提前物候期,而夜間增溫會延遲物候期。這種反應主要是由於晝夜溫度變化對積溫和積冷的貢獻不同引起的,因為冬季最高溫的變化主要影響積溫,而冬季最低溫的變化主要影響積冷。這一結論可以解釋有些研究所發現的早期物候對季節前增溫的異常反應,如增溫下早期物候的延遲或不變現象。同時,研究發現早期物候序列對晝夜間溫度變化的響應是對稱的,也就是說,冬季晝夜均增溫1℃後其對早期物候的影響會抵消掉,這可能也為當前青藏高原冬季溫度變化對早期物候的影響研究存在爭議提供了另一種解釋。此外,該研究可能對當前增溫試驗的方式具有參考意義。當前全球的變暖模式為夜間增溫幅度大於白天,目前的增溫試驗與之不匹配可能會造成物候的估計誤差。如被動增溫(如OTC)可能會導致白天的增溫幅度大於夜間,以及主動增溫(如紅外增溫)在晝夜間具有相同幅度變化。

該研究成果以Opposite effects of winter day and night temperature changes on early phenophases 為題在線發表於Ecology上。該研究得到中科院A類戰略性先導科技專項「泛第三極環境變化與綠色絲綢之路建設」、基金委重點基金以及中科院重點發展、中科院-中國博士後基金會聯合資助優秀博士後計劃等的資助。(生物谷Bioon.com)

 

相關焦點

  • 當高寒植物遇到溫室效應 我國科學家找到植物適應環境變化的密碼
    研究團隊的實驗地。中國農科院供圖據幹珠扎布博士介紹,青藏高原是我國重要的生態安全屏障和畜牧業生產基地。但由於海拔高、溫度低、植物種類相對單一等原因,高寒地區的草地生態系統較為脆弱,對氣候變化極度敏感。「當環境變化,身處變化中的植物,也會隨之變化,有些物種不能適應變化,就可能減少、甚至消失,還有些會通過改變自身的生長方式,來適應新的環境,」幹珠扎布說,「物候是植物對環境長期適應而形成的生長發育節律,是反映植物對環境變化響應與適應的重要指標。」退化的草地。
  • 冷激對春季物候影響的研究取得進展
    植被物候變化影響生態系統的結構和功能,是全球變化領域的研究熱點之一。過去幾十年,受全球變暖影響,北半球的春季物候,如展葉期、開花期等顯著提前。然而,實驗證據表明,冬季的增溫能夠降低植物在休眠期接受到的低溫累積量(chilling,又稱冷激),從而增加植物在春季的積溫需求,對春季物候有推遲效應。
  • 前沿研究丨優化關鍵物候基因,提高小麥適應性
    與模式植物擬南芥相比,還有更多尚未發現的小麥物候基因,在目標環境中量化其效應將有助於通過育種提高小麥的耐旱性。因此,通過配置適當的物候基因、Rht基因和其他耐旱性相關的重要生理性狀的組合,可以在水資源有限的環境中提高小麥產量。
  • 物候—氣候變化的感應器
    自然物候變化是指示氣候與自然環境變化的綜合指標。近年來,越來越多的研究傾向於用物候指標來指示氣候變化。有一些物候學家甚至建立了相關的專業網站,如歐洲物候觀測網(EPN,The European Phenology Network)和英國物候觀測網(UKPN,The United Kingdom Phenology Network)等。
  • 付永碩:傾聽植被物候的迴響
    在自然界中,溫帶和寒帶地區的植物會在一定的時間內開始返青,生長,而後現蕾,開花,結果,最後落葉,進入休眠。這種植物與環境因子變化相適應而形成的植物生長發育節律,被稱為物候,它是植物長期適應於溫度和水分季節性變化的結果。植物的物候反映了植物的生活史對策,對生態系統的營養循環和能量流動,以及群落生物多樣性的維持都有重要意義。
  • 研究揭示氣候變化對高寒草地生產力的影響機制
    近日,中國農業科學院農業環境與可持續發展研究所氣候變化與減排固碳創新團隊系統揭示了在氣候變化條件下青藏高原高寒草地植物物候與生產力之間的關係,為生態脆弱區草地生態系統適應性管理提供了重要依據。高寒草甸生態系統對氣候變化極為敏感,其生產力是維繫生態系統生態與生產功能的關鍵因素。物候是反映植物對環境變化響應的重要指標,且與植物生產力密切相關。但溫度和降水變化條件下植物物候改變對植物生產力的調控機制仍不明確。因此,開展氣候變化條件下高寒草地植物物候與生產力之間的關係研究,對高寒草地生態服務功能維持和草牧業生產具有重要意義。
  • 開花物候對氣候變暖響應的種內變異性研究取得進展
    植物物候被認為是物種功能性狀中最重要的基礎生物多樣性指標之一,是構成生態系統功能各個方面的基礎,也是決定物種分布的重要因素。植物開花物候是氣候變化影響生態系統的最敏感指示器之一。研究物候響應氣候變化的種內變異性,有助於準確預測物候和評估氣候變化對生物的潛在影響。然而,自然系統中物候對氣候變化的響應在種內的變異性依然不清楚,尤其是在大空間尺度上。
  • 華南植物園在澳門植物物候監測研究中取得新進展
    植物物候作為分析當地氣候變化規律和指示當地自然季節變化的指標,其研究不僅為當地植物的保育提供基礎資料,還可以評估氣候變化對植物的影響。華南植物園研究生張健豪在研究員邢福武和副研究員易綺斐指導下,通過大量物候數據並結合氣候因子分析發現,植物盛花期物候對極端氣候事件發生顯著的響應。
  • 開花物候對氣候變暖響應的種內變異性研究獲進展
    記者從中國科學院華南植物園獲悉,該園生態中心助理研究員宋柱秋在開花物候對氣候變暖響應的種內變異性研究上取得進展。相關研究近日發表於《功能生態學》。植物開花物候是氣候變化影響生態系統的最敏感指示器之一。研究物候響應氣候變化的種內變異性,有助於準確預測物候和評估氣候變化對生物的潛在影響。然而,自然系統中物候對氣候變化的響應在種內的變異性依然不清楚,尤其是在大空間尺度上。
  • 氣候變化的「蝴蝶效應」
    此外,氣候變化導致植物物候發生改變,從而嚴重影響寄居其上的昆蟲的生活史,如蝴蝶和寄主植物之間出現物候不匹配,植物在昆蟲幼蟲準備進入滯育期前死亡。這進而會對以昆蟲為食物的上一食物鏈的動物帶來嚴重影響。以斑姬鶲為例,近年來氣候變化導致的早春對其種群產生了嚴重影響。
  • 我國科學家提出了溫周期和光周期協同調控春季物候新理論
    植物物候是氣候變化的敏感性指標,其變化對陸地生態系統碳、水和能量平衡具有重要的決定性影響,同時植物物候變化影響動植物關係,植被分布等,進而對生態系統結構和功能產生重要的影響。春季升溫和光周期被普遍認為是物候變化的最主要決定因素,但光周期與溫度如何調控植被物候一直存在較大爭議,主要原因是缺乏大數據統計分析和實驗驗證分析。
  • 竺可楨與中國現代物候學發展
    物候對前月溫度變化具有敏感響應,增溫1℃將導致春、夏季物候期大約提前2.5天。北美也有類似工作受到重視。這清楚地說明了全球變暖對植物物候和陸地生態系統的影響。物候是研究全球變化的重要途徑。2.物候學是全球生態學和陸地生態系統碳循環研究的新線索理論上說,全球變化引起生態因子變化,特別引起主導氣候要素的變化,結果影響到陸地生態系統的結構和功能。
  • 研究發現氣候變化對人類疫病流行影響具有尺度效應
    Stenseth領導的合作研究表明,氣候變化對疫病流行的影響具有尺度效應。該研究依據《中國三千年氣象記錄總集》(張德二主編)資料,重建了中國古代兩千年的疫病發生等時間序列,發現在長時間尺度下氣候變冷導致更多的疫病流行;短時間尺度下疫病流行與溫度之間的關係並不一致,即有時呈正相關,有時呈負相關。進一步分析發現,長期趨勢的冷氣候導致更多乾旱、蝗災和饑荒事件發生,進而導致更多的疫病流行。
  • 物候研究: 最熟悉的「陌生人」
    「生物是環境變化的忠實記錄者,隨著全球變暖的加劇,越來越多的生物將改變生活節奏。」中科院地理資源所自然環境變化與格局研究室副主任、「中國物候觀測網」副主任戴君虎在接受科技日報記者採訪時表示,物候學正是捕捉、研究這些變化,並且從這一點一滴的變化中,探尋氣候乃至整個生態環境的全球之變。
  • 物候研究:最熟悉的「陌生人」
    「生物是環境變化的忠實記錄者,隨著全球變暖的加劇,越來越多的生物將改變生活節奏。」中科院地理資源所自然環境變化與格局研究室副主任、「中國物候觀測網」副主任戴君虎在接受科技日報記者採訪時表示,物候學正是捕捉、研究這些變化,並且從這一點一滴的變化中,探尋氣候乃至整個生態環境的全球之變。
  • 【中國科學報】物候研究期待中國聲音
    其中,在中國春季物候發生機制、植物物候時空變化規律和未來物候變化預測等方面取得的顯著進展,引起了較大關注。  「近幾年,我們在物候研究領域漸入佳境,這有賴於以往的持續觀測,也反映出物候研究更受重視,許多中國物候變化的重要規律正逐步被發現。」中科院地理資源所自然環境變化與格局研究室副主任、「中國物候觀測網」副主任戴君虎對《中國科學報》記者表示。
  • 近40年中國春季物候時空分異規律
    空間和時間分異現象是存在於生態物候學研究中的重要特性。植物物候學是研究環境因子驅動下植物生命周期規律的科學,研究長時間序列植物物候動態演化對揭示中國不同區域植被對全球變化的響應具有重要的理論意義和實踐價值。作為研究物候時空分異規律的常用方法之一,聚類將相似的數據要素劃分為子集或聚簇,從而在更高層次上分析事物現象。
  • 武漢植物園在生物防治非靶標作用的緯度梯度格局研究中取得進展
    研究由於氣候的改變對非靶標作用昆蟲種群的動態變化可以為生物防治的風險評估提供更準確的依據。  中國科學院武漢植物園博士王燕在研究員丁建清的指導下,在三個不同的緯度氣候樣地(開封、武漢和桂林)中,對空心蓮子草和蓮子草的物候與生長,以及跳甲在兩種植物群落中的種群動態進行了持續性的跟蹤調查。
  • 青藏高原所指向夏至日的光周期鐘調控高寒樹木生長及養分利用研究...
    地球自轉和公轉產生了晝夜交替及季節變化,日照長度能夠精確恆定地指示自然環境的季節變化。許多物種(植物和動物)在長期進化中選擇通過感應晝夜長短變化來控制其物候和生理反應(即光周期現象),避免了簡單跟蹤溫度變化所帶來的傷害(例如凍害、物候不匹配導致適合度下降等),保證了生物能在適宜的環境條件下生長和繁育。因此,光周期現象是與生物體內的生物鐘機制耦合在一起發揮作用,稱之為光周期鍾。
  • 早期陸生維管植物起源和演化研究獲進展
    北京大學地球與空間科學學院郝守剛教授領導的古植物研究組在國家自然科學基金的持續支持下,通過長期不懈的努力研究,提出了與這些傳統觀念完全不同的觀點。 最近,該研究組發現了目前世界上最古老的根。這是一種發現於雲南4.1億年前(早泥盆世)的地層中裸蕨植物工蕨類的簇生根。