昆明植物所在植物多倍体生理生态特性与分布区分化方面取得新进展
2016/9/11 

  植物染色体加倍在进化过程中有重要作用。多倍化常伴随着植物细胞、形态和生理特性的改变,导致不同细胞型的适应性不同并且发生分布区的分化。由于多倍化优势,前人的研究普遍认为多倍体比二倍体能适应更加恶劣的环境,因此植物多倍体的比例在北极和欧美的高山地区普遍比较高。然而,一些植物的二倍体比多倍体分布在更高的海拔,因此二倍体与多倍体分布格局的形成可能与生态适应有关,而与倍性变化关系不大。柳叶菜科植物柳兰Chamerion angustifolium的自然种群存在二倍体、四倍体和六倍体,而二倍体通常比多倍体分布在更高的海拔。生长在较高海拔的植物通常会受到低温诱导的生理干旱胁迫,因此我们提出二倍体的柳兰比多倍体的柳兰具有更强的抗旱能力这一假设,对这一假设的验证能在一定程度上揭示植物在海拔梯度上的替代分布格局这一特征。 

  中国科学院昆明植物研究所的博士研究生郭雯在杨永平研究员和段元文研究员的指导下,利用同质园实验检测了柳兰二倍体和六倍体在不同水分梯度下生物量积累、气体交换、水分利用效率和叶片解剖结构等特征。结果表明柳兰二倍体在干旱胁迫下表现出一系列适应干旱的生理和形态特征,例如生物量积累量多,最大净光合速率受到的抑制少,水分利用效率高,叶片比叶重大,叶肉细胞排列紧密,叶脉木质部导管细等。二倍体和六倍体干旱耐受性不同导致两个细胞型在海拔梯度上的替代分布,符合多倍体分布区形成的适应性假说。该研究结果以“Divergence in eco-physiological responses to drought mirrors the distinct distribution ofChamerion angustifolium cytotypes in the Himalaya–Hengduan Mountains region”为题,在线发表在植物学期刊Frontiers in Plant Science上。(http://journal.frontiersin.org/article/10.3389/fpls.2016.01329/full 

  图1、二倍体(黑色)和六倍体(灰色)在不同土壤水分条件下的瞬时水分利用效率(ABC表示相同细胞型在不同土壤水分条件下的差异显著性;XY表示不同细胞型在相同土壤水分条件下的差异显著性) 

  图2、二倍体(A, 80% FC; B, 50% FC; C, 20% FC)和六倍体(D, 80% FC; E, 50% FC; F, 20% FC)叶片中脉横切