海拔梯度下长白落叶松木材形成与非结构性碳水化合物动态的耦合机制及其生态意义

这篇研究通过监测长白山脉700米海拔梯度上长白落叶松(Larix olgensis)的形成层物候与木材形成过程，结合非结构性碳水化合物(NSC)的器官特异性动态分析，揭示了温度阈值对木质部发生的调控机制。研究发现：细胞膨大期起始受积温(GDD)驱动而高海拔延迟，但生长终止与冷度日(CDD)相关；各器官NSC动态与形成层活动存在时空耦合，证实了碳可用性与库需求的功能联系，为理解北方针叶树对气候变化的适应策略提供了新见解。

　　

Highlight

本研究揭示了长白落叶松木材形成过程与碳代谢的精密协调机制。通过整合形成层活动监测与多器官NSC动态分析，首次在落叶松属中建立了温度调控阈值与碳分配策略的海拔适应模型。

Intra-annual wood formation dynamics

2023年观测显示，长白落叶松木质部发生起始时间（5月14日-27日）随海拔升高（750-1450m）显著延迟（图3a）。细胞壁增厚（5月26日-6月7日）和木质化（5月29日-6月23日）阶段呈现相似的海拔梯度模式（表3）。值得注意的是，生长终止时间在不同海拔间无显著差异，暗示其受光周期等内源信号调控。显微解剖显示，高海拔个体通过加速细胞分化速率补偿缩短的生长季，维持年轮宽度稳定。

Temperature effects on intra-annual wood formation

温度参数（均值温度、阈值温度、积温）对形成层激活具有层级式调控：细胞膨大起始需满足5.2℃生物学零界温度，而木质化启动要求7.8℃。GDD模型能解释83%的物候变异（p<0.001），但生长终止与温度无关（R²<0.1），反而与冷度日(CDD)显著相关。这表明早季生长受外源温度驱动，而季末停止可能由光周期诱导的激素变化介导。

Conclusions

本研究建立了长白落叶松木材形成的双阶段调控模型：春季起始受温度-GDD严格调控，呈现海拔延迟；秋季终止则由CDD触发，与库器官（特别是木质部）NSC储量动态耦合。发现针叶和根系NSC在细胞膨大高峰期（6月中旬）达最低值，反映强烈的库需求；而木质部NSC早期峰值提示其作为碳缓冲库的功能。这些发现为预测北方森林对气候变暖的响应提供了生理框架。