https://mp.weixin.qq.com/s/it5E0646fGywMjDxnYpAjA
原創(chuàng) 金泓燕、楊揚(yáng) 中國(guó)科學(xué)院昆明植物研究所
對(duì)于植物而言,關(guān)于“繁殖”與“生長(zhǎng)”,“花朵”與“葉片”孰輕孰重的問題一直眾說紛紜。近期,中國(guó)科學(xué)院昆明植物研究所孫航院士研究團(tuán)隊(duì)聯(lián)合高山植物功能生態(tài)學(xué)知名學(xué)者、瑞士巴塞爾大學(xué)Christian K?rner教授研究團(tuán)隊(duì),對(duì)橫斷山區(qū)高(高山樹線交錯(cuò)區(qū))、低(中山森林帶)海拔生境內(nèi)(圖1)的杜鵑花優(yōu)勢(shì)種類的花、葉抗凍性以及種間和種內(nèi)開花、展葉物候時(shí)序進(jìn)行了探索,以期從適應(yīng)進(jìn)化的角度為這一謎題提供些許線索。
研究發(fā)現(xiàn)高、低海拔生境內(nèi)杜鵑種類的新生葉片在百年時(shí)間尺度上發(fā)生低溫凍害的可能性為零[抵御凍害安全閾值(Safety margin)> 0];相反,高、低海拔生境內(nèi)的早花杜鵑種類的繁殖器官(花朵)則面臨明顯的低溫凍害威脅(有部分年份Safety margin < 0)(圖2)。更加有趣的是,研究發(fā)現(xiàn)高海拔生境內(nèi)相對(duì)“安全”的新生葉片并非完全得益于其更強(qiáng)的抗凍性,其中部分種類的抗凍性甚至與低海拔種類接近[如櫟葉杜鵑(Rhododendron phaeochrysum)新葉抗凍性僅為-4.0°C],其主要依靠精準(zhǔn)的展葉物候發(fā)生時(shí)間控制,將新生葉片置于低溫發(fā)生頻率和強(qiáng)度較低的夏至日前后,以“躲避”低溫凍害威脅。然而,高、低海拔生境內(nèi)的早花種類[如多色杜鵑(R. rupicola);腋花杜鵑(R. racemosum)]則不約而同地選擇了“先花后葉”的物候策略,保證敏感新葉免受低溫凍害之苦,卻讓花朵扮演了更多的“機(jī)會(huì)主義者”角色,在獲得更多資源(例如傳粉者)的同時(shí),也承載了更多的凍害損傷甚至損失的風(fēng)險(xiǎn)。幸運(yùn)的是,研究開展期間,研究者觀察到低海拔早花種類腋花杜鵑(R. racemosum)和紅棕杜鵑(R. rubiginosum)花朵受到生長(zhǎng)季節(jié)早期低溫凍害損傷,結(jié)合植物原生地實(shí)測(cè)低溫與實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)獲得物種花朵抗凍性數(shù)據(jù)的比較,也同時(shí)驗(yàn)證了抗凍性檢測(cè)的準(zhǔn)確性與可靠性。所以,對(duì)于山地多年生木本植物而言,在“繁殖”和“生長(zhǎng)”之間的天平可能倒向后者,尤其是對(duì)于葉片壽命僅有2年的常綠杜鵑類群而言,1年甚至多年無(wú)子無(wú)嗣的結(jié)果尚可承受,而葉片一旦損失則可能面臨生存的巨大挑戰(zhàn)。
該研究聯(lián)合植物原生地氣候特點(diǎn)與歷史低溫極值和海拔梯度,首次探討了橫斷山杜鵑花屬植物繁殖和營(yíng)養(yǎng)器官抗凍性與花、葉物候間的進(jìn)化關(guān)系以及物種的適應(yīng)策略,其中關(guān)于抗凍性具有系統(tǒng)發(fā)育保守性的觀點(diǎn)(圖4)也為今后該區(qū)域相關(guān)研究的開展奠定了基礎(chǔ)。
研究結(jié)果以How phenology interacts with frost tolerance in Southeastern Himalayan Rhododendron species為題發(fā)表在樹木生理學(xué)領(lǐng)域知名期刊Tree Physiology。中國(guó)科學(xué)院昆明植物研究所碩士研究生金泓燕為論文第一作者,瑞士巴塞爾大學(xué)Christian K?rner教授、中國(guó)科學(xué)院昆明植物研究所楊揚(yáng)研究員和孫航院士為共同通訊作者,已畢業(yè)研究生尹曉晴、起越和巴塞爾大學(xué)Jurriaan M. de Vos博士參與了研究工作。麗江高山植物園朱文浩、白馬站扎西尼瑪和昆明植物所吳志超、劉金梅在野外采樣和室內(nèi)實(shí)驗(yàn)中也提供了幫助。該研究得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金聯(lián)合基金重點(diǎn)項(xiàng)目等資助。
點(diǎn)擊“閱讀原文”查看文章鏈接。
圖1研究開展的高山樹線交錯(cuò)區(qū)(高海拔生境)和中山森林帶(低海拔生境)
圖212種受試杜鵑種類花器官和新葉1954—2022年的凍害安全閾值(注:安全閾值大于0表示沒有凍害風(fēng)險(xiǎn);FF, FL, LF分別表示種內(nèi)花葉物候順序類型為先花后葉、花葉同期和先葉后花)。
圖3受試杜鵑花種類在(a)花朵、(b)新老葉的抗凍性比較,以及(c)花器官(花瓣、花絲、子房)與新葉抗凍性比較。注:(c) 中不同形狀點(diǎn)表示6個(gè)個(gè)體花瓣、花絲、子房的平均抗凍性;白色短橫線表示花整體和新葉的平均抗凍性;矩形表示6個(gè)個(gè)體不同器官抗凍性范圍?;ㄆ鞴匍g的抗凍性比較結(jié)果顯著用粉色星號(hào)表示,花整體與新葉抗凍性比較,結(jié)果顯著用黑色星號(hào)顯示。
圖4花器官和新老葉的物種抗凍性與系統(tǒng)發(fā)育的關(guān)系。注:藍(lán)色矩形內(nèi)為高海拔樣地物種,云南杜鵑 (Rhododendron yunnanense) 為半落葉物種無(wú)老葉抗凍性數(shù)據(jù)。
文:金泓燕、楊揚(yáng)
版權(quán)聲明: 1.依據(jù)《服務(wù)條款》,本網(wǎng)頁(yè)發(fā)布的原創(chuàng)作品,版權(quán)歸發(fā)布者(即注冊(cè)用戶)所有;本網(wǎng)頁(yè)發(fā)布的轉(zhuǎn)載作品,由發(fā)布者按照互聯(lián)網(wǎng)精神進(jìn)行分享,遵守相關(guān)法律法規(guī),無(wú)商業(yè)獲利行為,無(wú)版權(quán)糾紛。 2.本網(wǎng)頁(yè)是第三方信息存儲(chǔ)空間,阿酷公司是網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供者,服務(wù)對(duì)象為注冊(cè)用戶。該項(xiàng)服務(wù)免費(fèi),阿酷公司不向注冊(cè)用戶收取任何費(fèi)用。 名稱:阿酷(北京)科技發(fā)展有限公司 聯(lián)系人:李女士,QQ468780427 網(wǎng)絡(luò)地址:www.arkoo.com 3.本網(wǎng)頁(yè)參與各方的所有行為,完全遵守《信息網(wǎng)絡(luò)傳播權(quán)保護(hù)條例》。如有侵權(quán)行為,請(qǐng)權(quán)利人通知阿酷公司,阿酷公司將根據(jù)本條例第二十二條規(guī)定刪除侵權(quán)作品。 |