Tăng trưởng chồi và những thay đổi theo mùa của nồng độ carbohydrate phi cấu trúc tại các giới hạn phân bố trên và dưới của ba loài thông

Springer Science and Business Media LLC - Tập 12 - Trang 239-245 - 2016
Koichi Takahashi1,2, Kei Furuhata1
1Department of Biology, Faculty of Science, Shinshu University, Matsumoto, Japan
2Institute of Mountain Science, Shinshu University, Matsumoto, Japan

Tóm tắt

Nồng độ carbohydrate phi cấu trúc (NSC) trong các cơ quan thực vật là một chỉ số cho sự cân bằng giữa nguồn carbon (tức là, quang hợp) và các bể chứa (tức là, tăng trưởng). Việc hiểu cách nồng độ NSC thay đổi theo độ cao sẽ giúp xác định sự thay đổi về tăng trưởng thực vật theo độ cao. Nghiên cứu này so sánh sự tăng trưởng chồi và những thay đổi theo mùa trong nồng độ NSC của những chiếc lá và gỗ nhánh của năm hiện tại và những chiếc lá 1 năm tuổi giữa các giới hạn phân bố trên và dưới của các loài thông núi ôn đới Abies veitchii (1600–2000 m so với mực nước biển), A. mariesii (2000–2400 m so với mực nước biển), và Pinus pumila (2400–2800 m so với mực nước biển) ở Nhật Bản. Chiều dài của các chồi 1 năm tuổi ngắn hơn ở các giới hạn phân bố trên cho cả ba loài, và nồng độ và gỗ nhánh đều cao vào mùa xuân nhưng giảm xuống vào mùa hè, rồi tăng lên từ mùa hè đến mùa thu. Không tìm thấy sự khác biệt rõ ràng nào cho bất kỳ tham số nào giữa các giới hạn phân bố trên và dưới của mỗi loài. Do đó, nghiên cứu này gợi ý rằng sự giảm tăng trưởng ở các giới hạn phân bố trên là do sự suy giảm của cả hoạt động bể chứa và nguồn, với mức độ tương tự đối với mỗi loài. Tuy nhiên, các nghiên cứu bổ sung về hoạt động bể chứa và nguồn, chẳng hạn như quang hợp và các đặc điểm tăng trưởng phụ thuộc vào nhiệt độ, là cần thiết để làm rõ nguyên nhân của sự giảm tăng trưởng này ở độ cao lớn.

Từ khóa

#carbohydrate phi cấu trúc #tăng trưởng thực vật #độ cao #thực vật núi ôn đới #Abies veitchii #A. mariesii #Pinus pumila

Tài liệu tham khảo

Adams HD, Kolb TE (2005) Tree growth response to drought and temperature in a mountain landscape in northern Arizona, USA. J Biogeogr 32:1629–1640 Chatterton NJ, Harrison PA, Bennett JH, Asay KH (1989) Carbohydrate partitioning in 185 accessions of gramineae grown under warm and cool temperatures. J Plant Physiol 134:169–179 DeLucia EH, Smith WK (1987) Air and soil temperature limitations on photosynthesis in Engelmann spruce during summer. Can J For Res 17:527–533 DuBois M, Gilles KA, Hamilton JK, Rebers PA, Smith F (1956) Colorimetric method for determination of sugars and related substances. Analyt Chem 28:350–356 Egger B, Einig W, Schlereth A, Wallenda T, Magel E, Loewe A, Hampp R (1996) Carbohydrate metabolism in 1- and 2-year-old spruce needles, and stem carbohydrates from 3 months before until 3 months after bud break. Physiol Plant 96:91–100 Fischer C, Höll W (1991) Food reserves of Scots pine (Pinus sylvestris L.) I. Seasonal changes in the carbohydrate and fat reserves of pine needles. Trees 5:187–195 Fosaa AM, Sykes MT, Lawesson JE, Gaard M (2004) Potential effects of climate change on plant species in the Faroe Islands. Glob Ecol Biogeogr 13:427–437 Gansert D, Sprick W (1998) Storage and mobilization of nonstructural carbohydrates and biomass development of beech seedlings (Fagus sylvatica L.) under different light regimes. Trees 12:247–257 Hansen J, Beck E (1994) Seasonal changes in the utilization and turnover of assimilation products in 8-year-old Scots pine (Pinus sylvestris L.) trees. Trees 8:172–182 Ida H, Ozeki M (2000) Shoot dynamics of Pinus pumila Regel along the road in Mt. Norikura, central Japan. Bull Nagano Nature Conserv Res Inst 3:1–7 (in Japanese) Kabeya D, Sakai S (2003) The role of roots and cotyledons as storage organs in early stages of establishment in Quercus crispula: a quantitative analysis of the nonstructural carbohydrate in cotyledons and roots. Ann Bot 92:537–545 Kibe T, Masuzawa T (1992) Seasonal changes in the amount of carbohydrates and photosynthetic activity of Pinus pumila Regel on alpine in central Japan. Proc NIPR Symp Polar Biol 5:118–124 Kozlowski TT (1992) Carbohydrate sources and sinks in woody plants. Bot Rev 58:107–222 Kramer PJ, Kozlowski TT (1979) Physiology of woody plants. Academic Press, New York Massaccesi G, Roig FA, Pastur GJM, Barrera MD (2008) Growth patterns of Nothofagus pumilio trees along altitudinal gradients in Tierra del Fuego, Argentina. Trees 22:245–255 Miyajima Y, Takahashi K (2007) Changes with altitude of the stand structure of temperate forests on Mount Norikura, central Japan. J For Res 12:187–192 Miyajima Y, Sato T, Takahashi K (2007) Altitudinal changes in vegetation of tree, herb and fern species on Mount Norikura, central Japan. Veg Sci 24:29–40 Peng J, Gou X, Chen F, Li J, Liu P, Zhang Y (2008) Altitudinal variability of climate-tree growth relationships along a consistent slope of Anyemaqen Mountains, northeastern Tibetan Plateau. Dendrochronologia 26:87–96 Piper FI, Cavieres LA, Reyes-Díaz M, Corcuera LJ (2006) Carbon sink limitation and frost tolerance control performance of the tree Kageneckia angustifolia D. Don (Rosaceae) at the treeline in central Chile. Plant Ecol 185:29–39 Raven PH, Evert RF, Eichhorn SE (1991) Biology of plants, 6th edn. W. H. Freeman and Company/Worth Publishers, New York Rufty TW Jr, Huber S (1983) Changes in starch formation and activities of sucrose phosphate synthase and cytoplasmic fructose-1,6-bisphosphatase in response to source-sink alterations. Plant Physiol 72:474–480 Sauter JJ (1988) Seasonal changes in the efltux of sugars from parenchyma cells into the apoplast in poplar stems (Populus x canadensis ≪ robusta ≫). Trees 2:242–249 Schaberg PG, Snyder MC, Shane JB, Donnelly JR (2000) Seasonal patterns of carbohydrate reserves in red spruce seedlings. Tree Physiol 20:549–555 Shi P, Köner C, Hoch G (2008) A test of the growth-limitation theory for alpine tree line formation in evergreen and deciduous taxa of the eastern Himalayas. Funct Ecol 22:213–220 Takahashi K (2003) Effects of climatic conditions on shoot elongation of alpine dwarf pine (Pinus pumila) at its upper and lower altitudinal limits in central Japan. Arc Antarc Alp Res 35:1–7 Takahashi K (2005) Effects of artificial warming on shoot elongation of alpine dwarf pine (Pinus pumila) on Mt. Shogigashira, central Japan. Arc Antarc Alp Res 37:620–625 Takahashi K, Goto A (2012) Morphological and physiological responses of beech and oak seedlings to canopy conditions: why does beech dominate the understory of unmanaged oak fuelwood stands? Can J For Res 42:1623–1630 Takahashi K, Koike S (2014) Altitudinal differences in bud burst and onset and cessation of cambial activity of four subalpine tree species. Landscape Ecol Eng 10:349–354 Takahashi K, Miyajima Y (2010) Effects of roads on alpine and subalpine plant species distribution along an altitudinal gradient on Mount Norikura, central Japan. J Plant Res 123:741–749 Takahashi K, Yoshida S (2009) How the scrub height of Pinus pumila decreases at the treeline. Ecol Res 24:847–854 Takahashi K, Azuma H, Yasue K (2003) Effects of climate on the radial growth of tree species in the upper and lower distribution limits of an altitudinal ecotone on Mt. Norikura, central Japan. Ecol Res 18:549–558 Takahashi K, Okada J, Urata E (2006) Relative shoot height and light intensity and shoot and leaf properties of Quercus serrata saplings. Tree Physiol 26:1035–1042 Takahashi K, Okuhara I, Tokumitsu Y, Yasue K (2011) Responses to climate by tree-ring widths and maximum latewood densities of two Abies species at upper and lower altitudinal distribution limits in central Japan. Trees 25:745–753 Takahashi K, Hirosawa T, Morishima R (2012) How the timberline formed: altitudinal changes in stand structure and dynamics around the timberline in central Japan. Ann Bot 109:1165–1174 R development core team (2009) R: A language and environment for statistical computing. R Foundation for Statistical Computing, Vienna. ISBN 3-900051-07-0, http://www.R-project.org Wang T, Ren H, Ma K (2005) Climatic signals in tree ring of Picea schrenkiana along an altitudinal gradient in the central Tianshan Mountains, northwestern China. Trees 19:735–741 Wong BL, Baggett KL, Rye AH (2003) Seasonal patterns of reserve and soluble carbohydrates in mature sugar maple (Acer saccharum). Can J Bot 81:780–788 Yoshida S, Sakai A (1967) The frost-hardening process of woody plant XII. Relation between frost resistance and various substaces in stem bark of black locust trees. Low Temp Sci Hokkaido Univ Ser B 25:29–44 (in Japanese)