研究发现苏铁类植物通过增加叶片副转输组织提高抗旱性

叶片是植物的主要光合器官，也是植物感应环境的主要器官之一。叶片的功能性状与植物的资源利用效率和环境的适应性密切相关。近日，记者从广西大学了解到，该校林学院博士研究生蒙奕奕在导师曹坤芳教授和朱师丹副教授联合指导下，与课题组其他研究生合作，以南宁植物园苏铁专类园的41种苏铁类植物为研究对象，测定了羽状叶小叶的解剖结构、经济学性状、机械抗性和耐脱水能力，结合它们的系统发育和自然分布区气候因子，揭示苏铁类植物叶片功能性状的进化特征，并对比分析苏铁类植物与热带亚热带木本植物功能性状的差异。相关结果近日在线发表在植物科学主流期刊Annals of Botany上。

苏铁类植物是现存最古老的种子植物，起源于约3亿年前，曾经在恐龙时代是地球植被的一类优势植物、具有丰富的物种多样性。由于地质时期气候变化和被子植物的兴起，苏铁类植物不断衰落，物种多样性不断减少。现存苏铁类植物仅2科(苏铁科和泽米铁科)10属约360种，被称为活化石植物，主要分布在热带、亚热带地区，保存着与恐龙时代祖先相似的形态特征，是重要的观赏植物，有些苏铁种有重要药用价值。苏铁类植物生长较慢，对环境变化敏感。由于气候变化和人为干扰，现存苏铁种野外种群数量稀少，绝大部分处于濒危状态，307种苏铁被列入国际自然保护联盟濒危物种红色名录。

结果表明，苏铁类植物趋于向较旱的、温度变率较大的生境进化，同时它们羽叶厚度、抗穿透力增大，而耐脱水能力下降。泽米铁科物种的羽片厚度、构建成本以及机械抗穿透力显著高于进化早的苏铁科。它们的叶片厚度与分布区温度变率正相关，而与最热的三个月平均降雨量反相关，叶片耐旱性与温度变率反相关。苏铁类植物和被子植物具有相似的叶片碳代谢经济学设计规律，但是，泽米铁科多数种及苏铁科部分种叶片肉质化，单位面积叶片重量(比叶重)和机械抗性较大。被子植物叶片的机械抗性越大，耐脱水能力越强，而苏铁类植物中则表现相反的趋势，这与苏铁叶片具有发达的副转输组织有关。

转输组织在针叶树种叶片普遍存在，而副转输组织是苏铁类以及部分罗汉科物种所特有的叶片结构，存在于叶肉组织中海绵组织和栅栏组织之间。转输组织或副转输组织可以储存水分，而在严重干旱时期叶片失水的情况下，它们收缩变形，对叶片运输系统起安全阀作用，使其维管系统免于气穴栓塞，维持运输功能。该文首次阐明泽米铁科植物通过叶片肉质化、增加副转输组织增强对干旱的适应;植物叶片的耐脱水能力与机械抗性可以有截然不同的协同关系。研究结果对于认识苏铁类植物生态适应性和制定保护策略有重要参考意义。(科技日报记者 张盖伦)