遗传和环境对气孔形态的相对控制能力因种而异

  • Published: 2013-04-11
  • 2923

1 双向交互移栽试验
在海拔3200m3400m3600m3800m之间把原状土和植物群落相互移栽,以研究环境和遗传的效应。
 

2 矮嵩草(Kobresia humillis)及其气孔

 

 

3 高山唐松草(Thalictrum alpinum)及其气孔

 

气孔是植物叶片表面上的可以进行开闭的一系列小孔。它是陆生植物最重要的一个器官,植物通过气孔来调控水分和CO2的进出,实现最大的经济收益。植物从水生环境登陆之后面临的第一个挑战就是,如何避免水分过度散失的同时又得到光合作用所需CO2的充分供应。气孔的进化一举解决了这个两难。虽然气孔孔面积只占叶面积的5%,但是如果完全开放,蒸腾能力却相当于70% 的叶面积都是蒸发面。

气孔的发生会受到环境因素的影响,例如随着CO2浓度的升高、气孔密度有下降的趋势。因此古气候研究者已经把化石植物气孔作为古大气CO2浓度的一个替代指标 proxy)。但是其它环境要素如何影响植物气孔密度、长度,在不同研究(甚至同一个研究)中却充斥相互相互矛盾的结果。

传统上,气孔分化控制因素的研究都是以模式植物拟南芥(Arabidopsis thaliana)为材料进行的。通过这种植物,人们发现了调控气孔发生的相关基因,以及环境要素发生作用的机制。大量的报道表明,拟南芥的气孔密度、气孔长度对于环境条件比较敏感。是否其它物种也如拟南芥这样对环境条件敏感呢?太阳成集团tyc33455cc牛海山课题组博士生张立荣对这个问题进行了研究。她在青藏高原东北缘的海北高寒草甸上,利用双向交互移栽的方法——即把植物群落和原状土在不同的环境条件之间交互移植,分析了遗传和环境对气孔形态的相对作用,发现不同的物种受遗传和环境的相对控制程度是不同的,例如高山唐松草(Thalictrum alpinum)更主要受到环境因素影响而矮嵩草(Kobresia humillis)主要受到遗传控制,两者受遗传(或环境)控制程度的差别可达4倍。这个研究结果发表在Ecology and Evolution上。

这个发现表明,气孔分化的遗传和环境控制机制存在多样性,因此,除了模式植物而外、还应该选用其它物种作为植物材料来研究这种机制。此外,对于前人相互矛盾的观测结果,这个发现也提供了一种潜在的解释。

Baidu
sogou