研究發現蘇鐵類植物通過增加葉片副轉輸組織提高抗旱性

葉片是植物的主要光合器官，也是植物感應環境的主要器官之一。葉片的功能性狀與植物的資源利用效率和環境的適應性密切相關。近日，記者從廣西大學了解到，該校林學院博士研究生蒙奕奕在導師曹坤芳教授和朱師丹副教授聯合指導下，與課題組其他研究生合作，以南寧植物園蘇鐵專類園的41種蘇鐵類植物為研究對象，測定了羽狀葉小葉的解剖結構、經濟學性狀、機械抗性和耐脫水能力，結合它們的系統發育和自然分布區氣候因子，揭示蘇鐵類植物葉片功能性狀的進化特征，并對比分析蘇鐵類植物與熱帶亞熱帶木本植物功能性狀的差異。相關結果近日在線發表在植物科學主流期刊Annals of Botany上。

蘇鐵類植物是現存最古老的種子植物，起源于約3億年前，曾經在恐龍時代是地球植被的一類優勢植物、具有豐富的物種多樣性。由于地質時期氣候變化和被子植物的興起，蘇鐵類植物不斷衰落，物種多樣性不斷減少。現存蘇鐵類植物僅2科(蘇鐵科和澤米鐵科)10屬約360種，被稱為活化石植物，主要分布在熱帶、亞熱帶地區，保存著與恐龍時代祖先相似的形態特征，是重要的觀賞植物，有些蘇鐵種有重要藥用價值。蘇鐵類植物生長較慢，對環境變化敏感。由于氣候變化和人為干擾，現存蘇鐵種野外種群數量稀少，絕大部分處于瀕危狀態，307種蘇鐵被列入國際自然保護聯盟瀕危物種紅色名錄。

結果表明，蘇鐵類植物趨于向較旱的、溫度變率較大的生境進化，同時它們羽葉厚度、抗穿透力增大，而耐脫水能力下降。澤米鐵科物種的羽片厚度、構建成本以及機械抗穿透力顯著高于進化早的蘇鐵科。它們的葉片厚度與分布區溫度變率正相關，而與最熱的三個月平均降雨量反相關，葉片耐旱性與溫度變率反相關。蘇鐵類植物和被子植物具有相似的葉片碳代謝經濟學設計規律，但是，澤米鐵科多數種及蘇鐵科部分種葉片肉質化，單位面積葉片重量(比葉重)和機械抗性較大。被子植物葉片的機械抗性越大，耐脫水能力越強，而蘇鐵類植物中則表現相反的趨勢，這與蘇鐵葉片具有發達的副轉輸組織有關。

轉輸組織在針葉樹種葉片普遍存在，而副轉輸組織是蘇鐵類以及部分羅漢科物種所特有的葉片結構，存在于葉肉組織中海綿組織和柵欄組織之間。轉輸組織或副轉輸組織可以儲存水分，而在嚴重干旱時期葉片失水的情況下，它們收縮變形，對葉片運輸系統起安全閥作用，使其維管系統免于氣穴栓塞，維持運輸功能。該文首次闡明澤米鐵科植物通過葉片肉質化、增加副轉輸組織增強對干旱的適應;植物葉片的耐脫水能力與機械抗性可以有截然不同的協同關系。研究結果對于認識蘇鐵類植物生態適應性和制定保護策略有重要參考意義。(科技日報記者 張蓋倫)