广义羊蹄甲属植物花水力策略的分化规律:藤本耐旱、树木避旱
长期以来,藤本植物在季节性干旱热带森林中的优势地位一直是生态学研究关注的重要问题。传统观点认为,藤本的营养器官(如茎和叶)具有高效的水分运输能力,使其在干旱季节的资源竞争中占据优势。然而,近年的研究发现,藤本植物茎和叶的抗旱能力并不一定强于树木,这一现象表明,仅从营养器官角度解释藤本的旱季生长优势可能并不充分,可能忽视了另一个关键环节—繁殖器官。值得注意的是,与许多共生树木在旱季减少或停止开花不同,大多数藤本植物却选择在旱季开花。这一现象提示,花器官的生理适应性,尤其是水分利用策略,可能在藤本的繁殖成功中发挥关键作用。然而,藤本与树木在繁殖器官水平上的水分策略差异,至今仍是研究空白。
中国科学院西双版纳热带植物园(以下简称“版纳植物园”)植物生理生态研究组与美国的研究者合作,以云南热带季节雨林中豆科广义羊蹄甲属32个物种(16种藤本和16种树木)为研究对象,首次系统比较了藤本与树木花器官的水分运输、储存、抗旱能力及繁殖相关功能性状,旨在揭示不同生活型植物花水分利用策略的分化及其生态意义。
研究发现,广义羊蹄甲属藤本与树木的花水力策略存在显著差异。藤本植物的花表现出耐旱策略,其花具有更高的结构投资、更强的水力安全性以及更高的耐旱性;而树木花则表现出避旱策略,主要通过较高的水容和饱和含水量来缓冲短期水分亏缺,但整体耐旱能力相对较弱。进一步分析发现,藤本植物的花存在明显的水力效率-安全性权衡关系,即水分运输效率的提高往往伴随着抗旱能力的降低;而树木的花中未观察到这一权衡关系。这表明藤本花在平衡水分运输与水力安全方面面临更强的结构约束。此外,两种生活型在花的水力结构-功能关系及与繁殖性状的协调模式存在显著差异,反映出两者截然不同的生态适应策略。该研究首次从繁殖器官层面揭示了藤本与树木花水分利用策略的显著分化,表明花的水力特征可能是影响植物繁殖成功的重要机制之一,为解释藤本植物在季节性干旱热带森林中的生态优势提供了新的视角。研究成果突破了传统以营养器官为核心的研究框架,也为预测气候变化背景下热带森林结构和功能变化提供了重要科学依据。
相关研究成果以“Floral hydraulic strategies divergence in Bauhinia s.l.:lianas adopt drought tolerance while trees prioritize drought avoidance”为题发表在国际植物学期刊New Phytologist上。版纳植物园植物生理生态研究组博士研究生柯妍为该论文的第一作者,张教林研究员、张云冰副研究员和美国纽约大学的Adam B. Roddy副教授为通讯作者。章永江研究员为该研究提供了重要建议。该研究得到了国家自然科学基金项目、云南省基础研究计划项目和版纳植物园“十四五”等项目的资助。

图1 研究中广义羊蹄甲属16种藤本和16种树木的系统发育关系。

图2 总结示意图。