不同海拔条件下云杉寄生获取水分与养分的驱动力研究

Arceuthobium sichuanense (H. S. Kiu) Hawksworth & Wiens is a hemiparasite angiosperm that infects Picea crassifolia Kom. In Sichuan, Qinghai Province and Xizang Autonomous Region, China, and causes severe damage to spruce forests in Qinghai-Tibet Plateau. For understanding the parasitic characteristics of A. sichuanense and predicting the degree of infected Picea crassifolia at different altitudes, it is essential to study the driving force of A. sichuanense , which driving water and nutrients from its hosts , and analyze its key forming reasons at different altitudes. This study regards A. sichuanense - Picea crassifolia parasitic system as the research target, depends on the photosynthesis characters of A. sichuanense and Picea crassifolia , we analyze the "source-sink" relationship between mistletoe and spruce; bases on comparing the transpiration, bulk moduli of elasticity and cytoplasmic osmotic concentration of A. sichuanense and spruce needles, we interpret A. sichuanense form of driving force at different altitudes, and quantify the driving intensity of water and heterotrophic carbon by carbon isotope technology; we regard altitude as main environment factor, compare the variations of needle stomata intendancy, photosynthesis and specific leaf area between healthy and infected spruce, and analyze the driving force mechanism of A. sichuanense at different altitudes, provide theory evidence for scientific monitor of A. sichuanense occurrence and its focusing on prevention along the elevation gradient.

云杉寄生是严重危害我国"三江源地区"青海云杉的半寄生性植物，明确云杉寄生从寄主获取水分和养分的驱动力方式，并分析其对在不同海拔环境下的形成原因，对深入了解云杉寄生的致病特性，预警不同海拔地区青海云杉的受害程度具有重要意义。本项目以云杉寄生-青海云杉的寄生系统为研究对象，分析云杉寄生和青海云杉针叶稳定氮同位素比值的相关性，明确二者之间的"源-库"关系；通过比较云杉寄生与寄主针叶的呼吸速率、渗透势以及细胞弹性模量的大小，阐明云杉寄生获取水分和养分的驱动力方式，并利用碳稳定同位素判别技术量化其获取水和有机碳的强度；以海拔为主要环境因子，通过测定感病与健康青海云杉针叶气孔密度、光合能力、比叶面积等叶性状指标的变化程度，分析该海拔条件下云杉寄生形成该种驱动力方式或强度的原因，为不同海拔林区内云杉寄生的科学预警和重点防控提供理论依据。

分析不同海拔条件下云杉矮槲寄生对寄主的为害机制，能为“三江源”地区云杉矮槲寄生的科学预警和重点防控提供理论依据。本项目沿青海“三江源”地区设置5个不同海拔样地（2540 m，2780 m，3050 m，3200 m，3340 m），在青海云杉生长季进行样品采集。研究结果表明，云杉矮槲寄生和其寄主青海云杉之间的δ 15N值具有高度相关性，表明云杉矮槲寄生和寄主在水分和养分方面存在“源-库”关系。受云杉矮槲寄生侵染的青海云杉生长量、针叶氮浓度和水分利用效率均显著降低，但是不同海拔样地的降低程度不同，表明不同海拔条件下云杉矮槲寄生从寄主获取水分和养分的强度不同，这可能与寄主青海云杉的生长策略和生境地主要限制因子有关。研究发现，青海云杉对生境地的两种主要限制因子—水分和氮素资源的利用存在“权衡”效应，即青海云杉采取提高相对更有限资源的利用效率为生长策略。同时，不同海拔样地内云杉矮槲寄生均对寄主生境内更有限资源的掠取强度更大。即在土壤含氮量较低的高海拔样地，云杉矮槲寄生从寄主青海云杉获取氮素的强度更大；而在土壤水分相对较少的低海拔样地，云杉矮槲寄生对寄主青海云杉造成的水分胁迫更强。云杉矮槲寄生在不同海拔条件下均与寄主青海云杉竞争更有限资源的为害特性，阐明了云杉矮槲寄生对不同海拔青海云杉都能造成严重危害的生理机制。此外，不同海拔健康青海云杉生长量和针叶性状的变化规律表明，海拔3050 m样地内青海云杉具有最小的针叶比叶重（LMA），表明该海拔区域的青海云杉具有最大的相对生长速率，是青海云杉生长的最适海拔区域。同时，该海拔条件下云杉矮槲寄生致使寄主青海云杉受到的氮素胁迫和水分胁迫均较强，因此，我们推测海拔3050 m可能是5个海拔样地中云杉矮槲寄生病害扩散速度最快的区域，这一推断还有待进一步研究。