揭示植物適應(yīng)干旱生境的葉水力新機制（2020.8.8 iPlants）

降水量是限制植物地理分布、生長發(fā)育的關(guān)鍵因素（Choat et al.2012;Gleasonet al.2016）。隨全球旱化的加劇，植物如何適應(yīng)干旱生境成為亟待解決的科學(xué)問題。錦雞兒屬（Caragana）植物在我國具有重要的生態(tài)和經(jīng)濟價值，其分布范圍從年均降水量不足200mm的干旱區(qū)延伸到大于1400mm的濕潤區(qū)，形成沿降水梯度分布的地理替代種，是研究植物適應(yīng)干旱生境的典型材料。

2020年8月4日，New Phytologist在線發(fā)表了蘭州大學(xué)方向文教授課題組針對該屬植物的葉水力適應(yīng)性研究成果—Combined high leaf hydraulic safety and efficiency provides drought tolerance in Caragana species adapted to low mean annual precipitation。

該研究以10種錦雞兒屬植物為材料，證實了干旱區(qū)分布種的葉水導(dǎo)安全性、有效性均高于濕潤區(qū)分布種（圖1）;并隨降水量遞減，葉水導(dǎo)安全性和有效性呈顯著正相關(guān)。干旱生境分布種葉較高的水導(dǎo)安全性取決于其較高的外木質(zhì)部水導(dǎo)安全性，而后者又取決于較低的葉膨壓消失點;葉較高的水導(dǎo)有效性取決于其較高的葉脈密度、葉容和一級脈木質(zhì)部面積與葉面積之比。但較高的水力供給并沒有顯著提升葉片的光合速率。該研究結(jié)果表明植物適應(yīng)干旱生境的關(guān)鍵機制包括：1.兼具高的葉水導(dǎo)安全性和有效性，2.葉片ABA含量快速累積所誘導(dǎo)的氣孔關(guān)閉對水力安全閾值和水分利用效率的提升作用。

在此之前，2017年9月12日，Scientific Reports在線發(fā)表了方向文教授課題組針對該屬植物的種子萌發(fā)研究成果—Seed germination of Caragana species from different regions is strongly driven by environmental cues and not phylogenetic signals。研究以12種錦雞兒屬植物為材料，發(fā)現(xiàn)沿降水梯度遞減，種子萌發(fā)速率從濕潤區(qū)分布種的不萌發(fā)，種子處于休眠狀態(tài)向干旱區(qū)分布種的95%過渡;種皮結(jié)構(gòu)（即透水性）和ABA含量的差異是決定種子萌發(fā)特性分化的重要基礎(chǔ)（圖2）?，F(xiàn)有理論認(rèn)為植物種子萌發(fā)受系統(tǒng)發(fā)育的影響，近緣種之間具有相似的萌發(fā)特性（Losos 2008），但該研究證實種子萌發(fā)特性主要受分布區(qū)生境的制約，受系統(tǒng)發(fā)育的影響較小，該特征決定了錦雞兒屬植物種群的更新和地理替代分布的形成，這是對現(xiàn)有理論進行的重要補充和完善。

蘭州大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院、草地農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)國家重點實驗室為論文第一完成單位，博士研究生姚廣前與聶爭飛為New Phytologist文章并列第一作者，方向文教授為通訊作者。該研究得到國家自然科學(xué)基金優(yōu)青、面上項目和“旱寒生態(tài)學(xué)”“111”引智基地的資助。成果將為優(yōu)良干旱適應(yīng)性物種的篩選奠定基礎(chǔ)和提供科學(xué)手段，促進我國西北生態(tài)脆弱區(qū)植被的恢復(fù)與重建。