近日，北京林业大学林学院席本野教授研究团队在Plant Physiology发表（一区TOP，IF=8.005）上发表了题为“Evaporation-driven internal hydraulic redistribution alleviates root drought stress: mechanisms and modeling”的研究论文，为木本植物水分生理及其抗旱机制提供了新见解。

毛白杨（Populus tomentosa）是中国北方重要的用材与防护树种。在前期研究中，林学院人工林培育团队发现了一项全新且从未被报道过的根系水力再分配模式，并将其命名为了“蒸发驱动的水力再分配（EDHR）”。本研究进一步探究了该现象的发生机制、影响因子与生理生态学意义。

研究发现，EDHR现象在雨养条件下的毛白杨人工林中广泛存在，且随着林龄的增加，其发生程度呈现出逐渐减小的趋势。根系多位点液流监测与染色进一步为EDHR的发生提供了证据，并且揭示了该现象的逆向液流可以在侧根内进行长距离运输（图1 BC）。

图1 毛白杨根系液流与染色

此外，利用micro-CT技术对侧根木质部结构进行重建，发现毛白杨侧根木质部由向上连接和向下连接的两种类型导管组成。在侧根发育早期，两种类型导管呈现为上下对称分布；随着侧根逐渐发育成熟，新形成的导管均为向上连接（图2）。

图2 毛白杨侧根导管网络结构

基于观测到的导管结构，构建了不同水力构架的根系吸水模型，模型模拟结果揭示了EDHR现象的本质是由植物木质部网络内部的水势梯度引起的内部水力再分配（图3）。该现象更易发生在土壤阻力较高的粗质地土壤，与传统水力再分配相互补偿（图3）。在极端干燥的条件下，EDHR可以使木质部水势提高38.9%–41.6%，极大程度缓解了浅层根系所面临的干旱胁迫。此外，不同水力构架的侧根存在着水力“安全–效率”权衡策略（图4）。新提出的模型为根系复杂木质部结构及其对水分运动的影响提供了新的见解，有助于增强对木质部结构与植物水力学之间关系的理解。

图4 模拟根系液流、水势与土壤阻力

图5 侧根水分运输“安全–效率”权衡策略

北京林业大学林学院博士生刘洋为论文第一作者，林学院席本野教授为本文的通讯作者。该项研究由捷克布尔诺孟德尔大学Nadezhda Nadezhdina教授、新西兰植物与食品研究所胡伟研究员、新西兰皇家科学院主席与中国工程院外籍院士Brent Clothier、北京林业大学林学院段劼副教授、中央民族大学生命与环境科学学院李熙萌副教授共同参与，并且得到了国家自然科学基金（32171763，31872702）的支持。研究团队特别感谢北京时域通科技有限公司，为本研究的田间监测提供设备与技术支持。

论文链接：

https://academic.oup.com/plphys/advance-article-abstract/doi/10.1093/plphys/kiad364/7205635