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作者:Stuart Wolpert,加州大学洛杉矶分校植物种类的叶子大小可以相差1000倍,但到目前为止,其原因仍然是个谜

由加州大学洛杉矶分校生命科学家领导的国际科学家小组进行的一项新研究有很长的路要走

在由美国国家科学基金会资助的研究中,生物学家发现,较小的叶子在结构和生理上更适应干燥的土壤,因为它们具有独特的静脉系统

该研究将发表在即将出版的植物生理学期刊上

目前可在期刊的网络版“在干燥地区徒步旅行,如圣莫尼卡山脉,证明叶子可以很小但是如果你在热带森林中,许多叶子是巨大的,”加州大学洛杉矶分校的教授Lawren Sack说

生态学和进化生物学以及研究的高级作者这种生物地理学趋势“在较干燥地区的较小叶片”“可能是植物生态学中最好的认可,在地方和全球范围内都是如此,但它避免直接解释,Sack说Sack和他的研究团队专注于破译植物静脉模式的巨大多样性的意义他们发现小叶子的主要静脉“”那些你可以用肉眼看到“”相对于叶子的大小更紧密地隔开并且相对于叶子的大小更长

研究​​人员说,主要静脉的冗余可以保护叶子免受栓塞的影响“ “干旱期间在”水管“中形成的气泡”“因为它提供了水在静脉阻塞周围流动的替代路径”即使在静脉中形成栓塞的强烈干旱,小叶子在其静脉系统中保持功能并且可以保持水运的功能,“Sack说”与人不同,植物似乎没有复杂的需求层次“给他们阳光,水和营养,他们会很开心,”sai d Christine Scoffoni,加州大学洛杉矶分校生态学和进化生物学系的博士生,研究的主要作者“但当这三种基本资源中的一种变得稀缺时,植物将不得不找到一种方法来应对它或死亡,因为没有逃避应对干旱可能是叶片形态的一个强大的选择因素,特别是在大小和它们的脉络上“当我们向植物生理学课上的学生询问为什么植物需要水时,他们的第一个答案就是生长,”Sack说道

他们惊讶地发现,植物使用的大部分水实际上是为了弥补通过蒸腾损失的水分,否则当叶子打开其表面上的小孔,气孔时,就会使叶子变干

用于光合作用的二氧化碳,水会在干燥的大气中流失

为了保持内部的湿润,植物需要更换蒸发所损失的水“为此,植物需要保持水的连续性”p ipe输送系统,“即使水被叶子拉起来取代已经流失到空气中的水,这也会对管道系统中的水施加张力,称为木质部,它穿过根部和茎干进入叶子静脉和连续性受到干燥土壤的挑战,Sack解释说“土壤中的水越少,叶子越需要拉出来就越多,因此植物的管道中会产生更强的张力,”Scoffoni说:“一定程度的张力,气泡从外面被吸入,阻挡水流一种植物抵御干旱的方法是容忍许多这些栓塞“有更多的主要静脉路线,水可以围绕气泡流动提供这种能力较小的叶子,拥有更多的主脉,在给定的平方厘米内紧密排列在一起,具有这种能力,Sack说,为了测试这个想法,加州大学洛杉矶分校的团队与来自法国克莱蒙特大学的Herv©Cochard教授合作rrand和Institut National de Recherche Agronomique的成员,构建叶片脉络系统的三维计算机模型然后模拟栓塞对不同大小和静脉结构叶片的水运输的影响生物学家发现功能上的明显差异主要静脉之间倾向于显示分支模式,而次要静脉形成嵌入叶子内的网格,构成叶子总静脉长度的大部分 阻断主脉有可能通过具有额外的,多余的主脉Scoffoni比喻的主脉到高速公路和未成年人脉,以蜿蜒的城市道路,其中等症就像是一个事故造成补救叶函数产生巨大影响“”但一一个主要的增长放缓“如果在叶子的水通路中的气泡的形式,更多的替代公路静脉系统所提供的,少的叶子会被这些意外的影响,” Scoffoni说,加州大学洛杉矶分校的生物学家“”包括合着者迈克尔·罗尔斯,本科生和雅典娜McKown,在生态和进化生物学“”博士后学者从非常潮湿和干燥的地区测试不同的叶子,所有种植附近的加州大学洛杉矶分校校园叶子符合模式:生物学家发现,叶片变小确实有更紧密的主要静脉,更能抵抗主要静脉栓塞的影响他们能够更好地保持水运,即使在极端干燥时,萨克说,虽然较干燥地区较小叶片的趋势是如此引人注目,以至于它出现在教科书中,科学家们利用这一趋势来估算远处过去的化石叶片大小的降雨量,这种机制从未被解释过

提出了间接联系,认为较小的叶子周围有较薄的静止空气层,这使得它们在较热的地方更快地冷却

根据这个理论,因为许多干燥的地方也更温暖,这可能会导致更小的叶子在这样的环境中然而,正如Sack指出的那样,“这是间接的,并不能解释当温度相似时干燥地区较小叶片的趋势这种趋势出现在物种之间,甚至在个别物种中,当植物生长在潮湿和干燥的时候土壤“该团队希望这种机制能够指出静脉结构和叶片大小在耐旱性方面的新作用,将对植物多样性产生新的兴趣

d适应环境此外,萨克说,这一发现表明,即使是非常知名的生物地理趋势是开放的新的科学解释 - 图片1:Heteromeles钻天柳的化学清叶显示了它的主要和次要脉信用:恭Scoffoni / UCLA生态和进化生物学图像2:悬铃木总状具有大的叶,原产于潮湿的栖息地的信用:恭Scoffoni / UCLA生态学和进化生物学图像3:Cercocarpus betuloides具有小的叶,原产于干栖息地信用:恭Scoffoni / UCLA生态与进化生物学 - 网上:

作者:伍娩谌

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