华南植物园揭示南亚热带森林植物叶片机械抗性与光合能力之间的独立性

  植物叶片的机械抗性与植物的抗风、抗食草动物的啃食、抗病虫害等密切相关。一般说来,具有较高叶片机械抗性的植物,表现出较强的抵抗各种生物和非生物胁迫因子的能力,也往往具有较长的叶片寿命。已有的研究表明,植物叶肉细胞壁的增厚与叶片机械抗性的提高密切相关,但细胞壁的增厚可能导致植物的光合能力降低,因为较厚的细胞壁可能降低二氧化碳的扩散速率;此外,细胞壁与光合蛋白之间的元素分配存在权衡关系,如分配到细胞壁的氮素越多,则分配到光合蛋白的氮素就越少。因此,探讨植物叶片机械抗性与叶片光合能力之间的关系,有助于深入了解植物对所处生境的适应及其应对环境变化的策略。

  中国科学院华南植物园生态及环境科学研究中心博士研究生贺鹏程等在研究员叶清的指导下,以鼎湖山常绿阔叶林57个优势木本植物为研究对象,根据植物分布生境的特征将其分成耐阴树种或光依赖树种,以植物的叶片机械性能、光合作用速率、叶片寿命等功能性状为切入点,探讨了植物叶片机械抗性与光合能力的关系及其可能的影响机制。研究发现植物叶片的机械抗性与光合作用之间是相互独立的,并不存在显著的相关性或仅存在微弱的相关性,表明植物叶片功能性状具有相当的灵活性,且性状之间的协调关系可能比物理或生理上的权衡关系,对植物响应和适应环境变化更重要。

  相关研究结果已于近期发表在国际学术期刊New Phytologist上。该研究得到国家杰出青年科学基金、国家自然科学基金面上项目等的资助。

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:叶片机械抗性与光合速率之间的关系。(a)叶片单位面积撕裂力(Ft)与单位面积光合速率(Aarea)之间的关系;(b)叶片单位面积穿透力(Fp)与Aarea之间的关系;(c)叶片单位质量撕裂力(Ft/ LMA)与单位质量光合速率(Amass)之间的关系;(d)叶片单位质量穿透力(Fp/ LMA)与Amass之间的关系。空白圆圈和黑色圆圈分别代表光依赖树种和耐阴树种。

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