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广西大学揭示原始被子木质部水分运输系统的进化奥秘
2020-11-24 18:00   中国科技网

http://m.stdaily.com/index/kejixinwen/2020-11/24/content_1051944.shtml

       被子植物是植物中种类最多,形态最多样的类群。高的光合速率植物必须有高效的水分运输系统,但是,学界对原始被子植物如何进化出高水分运输效率及运输安全性的了解还很少。在国家自然科学基金项目的资助下,广西大学植物生理生态与进化教研团队对现存原始被子(系统发育基部被子植物)的水分运输系统的进化与光合功能的关联开展了系统研究,近日,相关研究成果在线发表在《新植物学家(New Phytologist)》上。

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紫果岛盘桂木质部解剖

       白垩纪早期(约135Ma)地层中就出现被子植物化石,2300万年以后被子植物出现出丰富的多样性,白垩纪中期被子植物已在地球植被中广泛分布,并以其高竞争优势最终在地球植被中占据优势地位,从而在很大程度上改变了地球的光合同化能力和生物地球化学循环。

       课题组博士研究生Amy Aritsara在导师曹坤芳研究员指导下,对马达加斯Anjanaharibe-Sud保护区热带雨林28种基部被子植物木兰类植物的水分运输系统的结构和功能开展了研究。他们发现,原始被子植物木质部导水率和水分运输安全性较低。但是,原始被子植物从均质性木质部向异质性木质部进化过程中,木质部不同组织(导管、纤维、射线细胞、轴向薄壁组织)会不断分化。轴向薄壁组织的重要功能是能够储存糖分和水分,也可能生成表面活性成分,包裹气泡,防止发生气穴化,而且,当导管发生栓塞化时,它们能参与修复栓塞。

       该研究指出,具有较高轴向薄壁组织和有较高比例的轴向薄壁与导管相连的植物木质部导水率明显更高,且更接近水分运输效率和安全性权衡关系的极限线 。而且,射线薄壁组织比例高的物种导水率和安全性明显较低。 虽然木质部轴向薄壁组织的空间比例小于射线薄壁组织,但其与导管的连接性优化了木质部的空间配置和导管的功能和安全性。

       该研究表明,在木兰类植物轴向薄壁组织的进化和水分运输效率-安全性双向优化有助于植物对环境的适应。

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