降水量是限制植物地理分布、生长发育的关键因素 (Choat et al. 2012; Gleason et al. 2016)。随全球旱化的加剧，植物如何适应干旱生境成为亟待解决的科学问题。锦鸡儿属(Caragana)植物在我国具有重要的生态和经济价值，其分布范围从年均降水量不足200 mm的干旱区延伸到大于1400 mm的湿润区，形成沿降水梯度分布的地理替代种，是研究植物适应干旱生境的典型材料。
2020年8月4日，New Phytologist (IF2019=8.5)在线发表了方向文教授课题组针对该属植物的叶水力适应性研究成果—Combined high leaf hydraulic safety and efficiency provides drought tolerance in Caragana species adapted to low mean annual precipitation。研究以10种锦鸡儿属植物为材料，证实了干旱区分布种的叶水导安全性、有效性均高于湿润区分布种(图1)；并随降水量递减，叶水导安全性和有效性呈显著正相关。干旱生境分布种叶较高的水导安全性取决于其较高的外木质部水导安全性，而后者又取决于较低的叶膨压消失点；叶较高的水导有效性取决于其较高的叶脉密度、叶容和一级脉木质部面积与叶面积之比。但较高的水力供给并没有显著提升叶片的光合速率。该研究结果表明植物适应干旱生境的关键机制包括：1.兼具高的叶水导安全性和有效性，2.叶片ABA含量快速累积所诱导的气孔关闭对水力安全阈值和水分利用效率的提升作用。
图1 干旱区分布种和湿润区分布种对干旱胁迫的生理响应过程
在此之前，2017年9月12日，Scientific Reports (IF2019=3.9 )在线发表了方向文教授课题组针对该属植物的种子萌发研究成果—Seed germination of Caragana species from different regions is strongly driven by environmental cues and not phylogenetic signals。研究以12种锦鸡儿属植物为材料，发现沿降水梯度递减，种子萌发速率从湿润区分布种的不萌发，种子处于休眠状态向干旱区分布种的95%过渡；种皮结构(即透水性)和ABA含量的差异是决定种子萌发特性分化的重要基础(图2)。现有理论认为植物种子萌发受系统发育的影响，近缘种之间具有相似的萌发特性(Losos 2008)，但该研究证实种子萌发特性主要受分布区生境的制约，受系统发育的影响较小，该特征决定了锦鸡儿属植物种群的更新和地理替代分布的形成，这是对现有理论进行的重要补充和完善。
图2 干旱区分布种和湿润区分布种种皮结构、脱落酸（ABA）含量及与种子最大萌发率间的关系
生命科学学院、草地农业生态系统国家重点实验室为论文第一完成单位，博士研究生姚广前与聂争飞为New Phytologist文章并列第一作者，方向文教授为通讯作者。该研究得到国家自然科学基金优青、面上项目和“旱寒生态学”“111”引智基地的资助。成果将为优良干旱适应性物种的筛选奠定基础和提供科学手段，促进我国西北生态脆弱区植被的恢复与重建。
原文链接：https://nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/nph.16845；https://www.nature.com/articles/s41598-017-11294-x
参考文献:
Choat B, Jansen S, Brodribb TJ, et al. 2012. Global convergence in the vulnerability of forests to drought. Nature 491: 752–755.
Gleason SM, Westoby M, Jansen S, Choat B, Hacke UG, Pratt RB, Bhaskar R, Brodribb TJ, Bucci SJ, Cao KF. 2016. Weak tradeoff between xylem safety and xylem‐specific hydraulic efficiency across the world's woody plant species. New Phytologist 209: 123–136.
Losos JB. 2008. Phylogenetic niche conservatism, phylogenetic signal and the relationship between phylogenetic relatedness and ecological similarity among species. Ecology Letters 11: 995–1003.
