昆明植物所揭示兜兰属植物的叶片功能性状适应进化

昆明植物研究所,2012-09-20

兰科(Orchidaceae)兜兰属(Paphiopedilum)是世界著名的观赏植物，主要分布于亚洲至太平洋岛屿的热带及亚热带喀斯特地区。兜兰属的许多种类栖息于岩石峭壁上，这种生境土层浅薄，土壤的保水能力很差，因此即使在雨季这些附生植物也可能遭受水分胁迫。植物可以通过多种性状的同步配置以应对水分亏缺。叶脉、气孔、叶片结构和角质层分别与植物的水分运输、调节、贮存和维持相关。但是目前仍然不清楚这些性状在兜兰属中如何进化，性状间存在怎样的关联性以及哪些性状对兜兰属植物的水分适应更重要，而这些问题的研究对于认识兰科植物在水分胁迫环境下的生存策略进化有重要意义。

中国科学院昆明植物研究所张石宝、胡虹等研究人员利用系统独立对比方法对兜兰属植物叶片功能性状的适应进化开展了研究。系统发育对比方法将传统的统计方法与系统发育有机整合，充分考虑进化历史对物种性状的影响，是研究生物的适应辐射和性状进化的重要途径。该研究通过对17种兜兰的14个叶片性状进行研究发现，气孔大小、气孔面积和角质层厚度表现出强烈的系统发育保守性(亲缘关系相近的物种性状相似)，而气孔密度、气孔指数、叶脉密度表现明显的趋同性。无论是否考虑系统发育，叶脉密度与气孔大小、气孔密度显著相关，表明气孔和叶脉在发育和功能上是协同的，这种协同对于优化兜兰属植物的光合碳同化和资源投资具有重要意义。在不考虑系统发育的影响时，叶片下表皮厚度与气孔密度、气孔面积、气孔大小显著相关，但考虑去除系统发育的影响后，它只与气孔大小相关，而且角质层厚度、叶肉厚度等结构性状均不与气孔形态相关，说明叶片结构和气孔形态不必在进化上关联。这些研究结果有助于阐释兰科植物水分适应策略的进化。

研究结果以Evolutionary association of stomatal traits with leaf vein density in Paphiopedilum, Orchidaceae为题，发表于PLoS ONE [7(6): e40080]上。该项研究得到了国家自然科学基金项目(31170315, 30770226)的经费支持。