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  • 我院蒋国凤科研团队揭示苏铁植物管胞间纹孔性状与其生境适应的关联

苏铁的起源可以追溯到古生代晚期,现存的苏铁因形态上与其古老的化石祖先相似,一直被认为是活化石。现存苏铁主要分布在热带和亚热带地区,其生境多样性高,如潮湿的热带雨林、旱地,低地再到高海拔地区等都有分布。由于气候变化和人类干扰导致苏铁物种数量急剧下降,近70%的苏铁种被列入IUCN红色名录,急需加强对苏铁类植物的研究和保护。现存苏铁类植物分为苏铁科和泽米铁科,共10属367个种。较泽米铁科,苏铁科植物更早分化,主要分布在更冷和降水更多的生境。另外,苏铁科植物羽片为单脉,而泽米铁科植物有着更厚且硬的多脉羽片。目前对于被子植物的叶片水分平衡研究较多,对于苏铁类植物的水分供需平衡少有研究。鉴于苏铁植物生境和形态多样性,推测其叶轴和羽片水分平衡的生理性状有一定的特殊性。

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几种苏铁植物纹孔及管胞特征


管胞间的纹孔膜是初生细胞壁中连接到相邻管胞的可渗透区域,在木质部管胞间的水分运输和营养物质的传输中起着极其重要的作用。然而,苏铁植物的纹孔膜特征及其在光合水分关系中的作用仍不清楚。本研究通过测定同质园中苏铁科和泽米铁科共13种苏铁的纹孔特征,并分析纹孔性状和其它解剖、生理特征的关联,研究发现苏铁植物虽然纹孔密度和纹孔面积之间表现出与其它类群植物相似的权衡,但其纹孔性状多样性较高,且表现出独特的生理适应特征:(1)苏铁植物的纹孔膜、纹孔口和纹孔形状未见被子植物纹孔性状的协调性;(2)苏铁植物有着较蕨类植物和被子植物更大的纹孔膜面积和较低的纹孔密度,其纹孔膜面积较非苏铁裸子植物更小、纹孔膜密度相似;(3)苏铁植物的纹孔膜面积和密度与解剖学特征部分协调,叶轴的水力供应与光合作用正向协调,而纹孔口面积和占比与光合性状负向协调;(4)纹孔性状与苏铁科植物对较湿润生境和泽米铁科对较干旱生境的适应特征。

苏铁植物多样化的纹孔性状,独特的纹孔膜大小和密度、及叶轴纹孔、解剖特征和羽片生理性状的特殊协调关系,可能塑造了它们在中生代各生态系统中的优势地位,及对现代多样化生境适应的能力。

研究结果发表于国际著名期刊“Physiologia Plantarum”(Q2,IF5.081 )上,广西大学林学院硕士生庞玉堃、已毕业硕士生覃兰丽为论文共同第一作者,蒋国凤副教授为论文通讯作者。本研究得到了广西自然科学基金项目(2022GXNSFDA035059)、国家自然科学基金地区项目(31860195)和巴马县科技人才计划项目(20210020, 20220011)的支持。

原文链接:https://doi.org/10.1111/ppl.13924