编辑推荐：
为探究气候变化下杨属（Populus）物候与生产力管理，研究人员对 168 个不同来源基因型开展叶芽萌发、寒害、叶片动态及生物量研究。发现物候受遗传与环境影响，SRC 管理延迟萌发 5-10 天，早萌发伴随高生物量与寒害风险，为育种及气候适应策略提供依据。
在全球气候变暖的大背景下，植物物候对气候变化的响应成为生态学和林学领域的热点议题。杨属（Populus）植物作为重要的速生树种，广泛应用于生物质生产、碳汇和生态恢复，但气候变化带来的早春升温与晚霜事件频发，使其物候调控机制和抗逆性面临严峻挑战。目前，关于不同地理来源杨属杂交种的物候变异、寒害敏感性与生产力之间的权衡关系尚不明确，尤其是遗传背景与环境因子（如温度、光周期）如何共同作用影响其适应性，制约着高效育种和管理策略的制定。
为解决上述问题，美国密西西比州立大学等机构的研究人员开展了一项针对杨属植物的长期田间试验，相关成果发表在《Forest Ecosystems》。研究以 168 个东棉杨（P. deltoides）及杂交杨基因型为对象，分析其在密西西比州两个试验点的物候表现（芽萌发时间、叶持续期）、寒害敏感性（CSD）、叶片动态（叶面积指数 LAI）及生物量生产，探讨遗传来源（父本 / 母本纬度、物种）、积温（ADD）、短轮伐期萌生管理（SRC）等因素的影响。
研究主要采用以下技术方法：
- 物候观测：通过 0-4 级标准记录芽萌发阶段，连续两年（2022-2023）监测从芽封闭到完全展叶的动态。
- 寒害评估：在 2023 年春季低温事件后，以 0-4 级损伤指数评估全冠层寒害程度。
- 叶面积指数（LAI）测量：使用 LAI-2200C 冠层分析仪，每月测定从 4 月至 11 月的 LAI 变化。
- 生物量估算：基于树高和胸径（DBH），利用异速生长方程计算生物量，比较不同处理和年份的生产力差异。
- 统计建模：通过序数逻辑回归、正弦模型和线性混合效应模型，分析物候与环境因子、遗传背景的相关性。
3.1 芽萌发的时空变异
研究发现，不同基因型芽萌发时间差异显著，2023 年较 2022 年平均提前约 20 天，与积温（ADD）提前达到 100°C 相关。含黑杨（P. maximowiczii）父本的杂交种（如 D×M、T×M）萌发最早，而 D×N（欧洲黑杨父本）最晚，表明遗传背景主导萌发时序。短轮伐期萌生管理（SRC）使芽萌发延迟 5-10 天，可能与萌生枝条的生理 “年轻化” 有关。光周期驱动的东棉杨基因型较积温驱动型萌发晚 20 天，揭示光周期对温度效应的调节作用。
3.2 寒害敏感性的遗传与环境驱动
2023 年 3 月的极端低温（-6.0°C）导致显著寒害，D×M 杂交种受害最重，D×N 最具抗性。尽管东棉杨（D×D）多源自美国东南部，部分基因型仍遭受严重寒害，可能与早萌发和遗传适应性不足有关。寒害指数与芽萌发时间呈负相关，早萌发基因型因处于 vulnerable 展叶阶段更易受冻。父本为黑杨的基因型虽源自高纬度，却因杂交导致的生理不匹配（如早萌发）反而易感寒害，突显遗传互作的复杂性。
3.3 叶片动态与生产力关联
叶面积指数（LAI）和叶持续期在基因型间差异显著，T×M 和 D×M 具有最长的叶持续期（约 250 天）和最高累积 LAI，而（D×N）×M 最短。早萌发基因型通过延长生长季显著提升生物量，但寒害导致其 2023 年生物量增幅（70%-127%）低于未受害基因型（185%）。在 Pontotoc 试验点，寒害指数与生物量呈正相关，表明高生产力基因型可能更易受极端气候影响。
3.4 遗传 - 环境互作与适应性策略
父本来源的纬度与芽萌发时间呈负相关，而母本纬度呈正相关，显示双亲遗传效应的分离。积温驱动型基因型在温暖年份（如 2023）生物量更高，但寒害风险也更大，而光周期驱动型在冷凉条件下表现更稳定。土壤养分和微气候（如湿度）通过影响蒸气压亏缺（VPD）调节寒害程度，解释了不同站点间的受害差异。
结论与意义
本研究系统揭示了杨属植物物候、寒害与生产力的多维度调控机制：
- 遗传主导性：芽萌发时间和寒害敏感性受双亲遗传背景显著影响，黑杨父本杂交种虽具速生优势，但寒害风险高，需通过分子标记辅助育种优化组合。
- 环境敏感性：积温是芽萌发的主要触发因子，但光周期和萌生管理可调节其响应，为气候适应性栽培提供了管理工具（如延迟萌发以规避晚霜）。
- 生产 - 抗逆权衡：早萌发基因型的高生物量潜力与寒害风险并存，需结合区域气候预测进行基因型匹配，例如在霜冻频发区优先选择光周期驱动或晚萌发基因型。
- 管理启示：短轮伐期萌生（SRC）可通过延迟萌发降低寒害风险，但其对长期生产力的影响需进一步验证。
该研究为气候变化下杨属植物的遗传资源管理、高效育种和可持续经营提供了关键依据，强调需整合遗传多样性、环境预测和精准管理，以平衡生物质生产与气候韧性。未来研究可进一步拓展母本遗传多样性，明确土壤养分与物候的互作机制，并通过长期定位试验验证适应性策略的有效性。
