清香木适应干热复合胁迫的生存法则:气孔与蜡质协同调控策略
在全球气候变化背景下,干热复合事件的发生频率和强度不断上升,已导致大范围的树木死亡。我国西南地区的干热河谷作为典型的干热复合生境,其原生植物长期面临干旱与高温的复合胁迫。为应对这种胁迫,植物会通过调整一系列形态、生理及化学性状来缓解不利影响。目前,已有大量研究聚焦于植物形态和生理性状对干热复合胁迫的响应,但关于植物通过气孔调节与表皮蜡质特性等适应策略应对干旱复合胁迫的研究还相对匮乏。
中国科学院西双版纳热带植物园(以下简称“版纳植物园”)联合多家科研单位,以气候环境对比鲜明的金沙江干热河谷(干热复合环境,JSR)、西双版纳(湿热环境,XSBN)和澄江(过渡环境,CJ)三地为研究地点,选取在这三种环境中广泛分布的常绿树种清香木(Pistacia weinmanniifolia)为对象,系统研究了其叶片形态、光合色素组成、蜡质层结构及其单体特征的变化。
研究发现,与湿热环境相比,极端干热环境中清香木叶片的比叶面积和光合色素含量显著降低;在干热复合环境中,清香木叶片气孔密度无明显变化,但气孔面积显著增加;同时,叶片表皮蜡质层中C28伯醇的覆盖度显著升高,从而促进板状蜡质晶体的形成与沉积。结果表明,清香木在干热复合胁迫下采取了气孔—蜡质协同调控的适应策略:在持续干热胁迫下,通过增大气孔面积但不改变其密度,优化了叶片的散热效能;同时,通过增加醇类蜡质的合成与板状蜡质晶体的沉积,构建了兼具高反射光线与疏水功能的屏障,以调节叶温并减少蒸腾损耗。这种多性状的协同适应策略赋予了清香木对极端干热复合环境优异耐受性。研究结果为未来极端复合环境背景下干热河谷区的生态恢复树种选择提供了直接的理论基础,也为预测植物在未来复合气候变化情境下的分布格局和生长表现提供了机理性框架。
研究成果以“Integrated stomatal-wax traits confer sustained tolerance of Pistacia weinmanniifolia to prolonged dry-heat environment”为题,发表在国际期刊Plant Physiology and Biochemistry上。版纳植物园油脂合成与代谢研究组硕士研究生郑伯琴、农林复合生态系统研究组已毕业硕士研究生张菡以及国际留学生Ajoronor Samuel Ewhea为共同第一作者,田波研究员和金艳强副研究员为通讯作者。该研究得到云南省基础计划项目和云南省“兴滇英才支持计划”等项目的资助。感谢版纳植物园创新药物研究组、植物激素生理研究组、版纳生态站、元江干热河谷生态站和公共技术中心的大力支持。

图1 不同生境下清香木叶片气孔性状的变化。

图2 不同生境下清香木叶片蜡质层结构(a)和单体覆盖度(b)的变化。