在高纬度的温带森林生态系统中，树木越冬期间频繁的冻融交替会诱发木质部空化栓塞，严重损害树木的水分输送功能（图1）。木质部管道（导管或管胞）中的水柱在冻结过程中，溶解在其中的空气被分离，形成大小不一的气泡。冰融化后，水柱通常承受很大的张力（负压）。此时，较大的气泡即迅速膨胀，会在木质部管道内造成空气栓塞，威胁到木质部正常的输水功能。越冬期间输水功能受损如不能及时修复，将影响生长季树木的蒸腾水等相关重要生理过程，严重时甚至会导致树木衰亡。一方面，对木质部栓塞发生和修复的过程和机制的研究是树木抗逆生理学理论研究的重点和前沿方向。同时，冻融造成的液压传动故障是造成我国北方树木受损的重要原因。与森林生产力降低、衰退死亡、优势树种自然更新受阻（越冬幼苗大量死亡）等有关，制约林业发展。这些问题是密切相关的。因此，迫切需要对该地区开展相关的生理生态学研究。除了温带树种进化出的对木质部冻融栓塞的强大抵抗力外，一些树种（如桦树和枫树）可以在生长季节前产生正压（根压或茎压），从而使脉管系统中的空气栓塞退出脉管系统或溶解于汁液中，从而恢复栓塞导管冬季的输水功能。一些类群的正压机制演化后，很可能与水力结构相关的适应特性发生了很大的变化，进而对温带树种的环境适应性产生了重要影响，但相关研究还很稀缺。在此基础上，中国科学院沉阳应用生态研究所植物生理生态学组研究生尹晓涵筛选出长白山阔叶红松林中三个能产生根压和茎干的功能群。压，只能产生根压，不能同时产生两种压力。对树木的水力结构进行了比较研究。结果表明，木质部导水率、抵抗冻融造成的木质部功能损伤和抵抗干旱栓塞三个重要水力特性在不同功能群间存在显着差异。差异是由于不同功能类群之间木质部组织水平（光学解剖）和凹坑水平（扫描电子显微镜）结构特征的显着差异（图2）。该研究首次系统地阐明了木质部水分运输效率、对冻融引起的木质部功能损伤的抵抗力以及在高纬度环境中对干旱诱导的栓塞的抵抗力之间复杂的权衡关系（三向权衡） ),为探索温带林树种的环境适应性提供了新的视角。
该研究成果最近发表在《新植物学家》杂志上，题为“Divergent hydraulic strategies to cope with freezing in co-occurrent temperate tree species with special reference to root and stem pressure generation”。尹晓涵为第一作者，郝广友研究员为通讯作者。该工作得到了中国科学院“百人计划”项目、国家自然科学基金杰出青年基金、中国科学院前沿重点研究项目的支持。
图1. 冬季长白山针阔叶混交林常见树种木质部导水率损失（PLC）百分比（数据来自牛，郝美泽2017 Functional Ecology）
图2. 能够产生根压和茎压(RSP)、仅根压(RP) 和无根压(NP) 的三个功能分类群的代表性树种的组织级和坑级木质部解剖图(Yin, Sterck Hao 2018)新植物学家）
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