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《武汉植物园在青藏高原湿地植物多元素含量的研究中取得进展》

  • 来源专题：生物安全知识资源中心—领域情报网
  • 编译者： hujm
  • 发布时间：2023-01-06

  • 　植物元素含量的研究对揭示植物对变化环境的响应和适应机制具有重要意义，但传统研究大多局限在对陆生植物及核心元素碳、氮和磷元素的含量等方面，未对高寒湿地植物的多元素含量开展深入的研究。

    　　武汉植物园科研人员通过对青藏高原湿地植物24种元素的含量和变化的大规模调查，发现无论是何种生活型的湿地植物，其大量元素的变异程度均较小，而微量元素的变异程度相对更大，符合限制元素稳定性假说。研究结果还表明，分类和系统发育对于青藏高原湿地植物多元素含量变化的影响有限，土壤和水体的多元素含量及理化性质对湿地植物多元素格局的影响大于空间和气候因子的影响。尽管人类活动的影响并未纳入最佳选择模型中，但仍不能忽视。该研究的结果使我们对湿地植物元素的认识超越了核心元素的框架，促进了对高寒湿地植物多元素的格局和驱动因素的理解。

    　　研究结果以“Variations of multi-elements in wetland plants on the Tibetan Plateau are mainly determined by environmental factors”为题发表于国际学术期刊Ecological Indicators。湿地生态学学科组周雯副研究员为第一作者，水生植物与水生态系统健康学科组邢伟研究员为通讯作者。本研究得到了国家自然科学基金项目（31870346，32170375）、武汉应用基金前沿项目（2020020601012287）的支持。

  • 原文来源：http://www.whiob.ac.cn/xwdt/kydt/yjjz/202301/t20230106_6596369.html;https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1470160X22012808
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相关报告

  • 《武汉植物园在青藏高原科学考察中取得进展》
    • 来源专题：生物安全知识资源中心—领域情报网
    • 编译者：hujm
    • 发布时间：2022-01-11
    • 　　植物的快速运动素来被科学家和自然爱好者所关注，因为相较于动物，植物一般以固着的静止姿态示人，很少有主动的动作或行为。引人注目的植物运动有捕蝇草的特化叶片、狸藻的捕虫囊以及因其叶片的触敏性而闻名的含羞草。在武汉植物园组织的第二次青藏高原综合科学考察水生植物专项调查中，来自湖北大学、武汉大学、西藏大学以及中国科学院武汉植物园的研究团队首次发现了生长于青藏高原的“含羞花”。研究发现，龙胆科龙胆属的四个物种，假水生龙胆（白花型、蓝花型）、新疆龙胆、西域龙胆以及一个待鉴定的龙胆属植物，其花冠被机械触碰后，会在7秒到210秒的时间范围内迅速收缩，直至紧实的花苞状态（见下图）。花冠闭合后，都有再次开放的能力，该过程在天气晴好状态下大概需要20分钟。如果再次触碰，花冠还会再次闭合，然后开放，以此类推。虽然有研究记录了食虫植物特化叶片的运动可发生在毫秒级别，但在花瓣（冠）运动方面，迄今为止，只有生长于日本的茅膏菜属植物（Drosera tokaiensis）的花会在机械触碰后的数分钟有收缩行为，数小时后完全闭合。相比之下，该研究中取样最广的假水生龙胆（Gentiana pseudoaquatica），其两种花色八个居群的平均闭合时间为29秒，最短闭合时间仅7秒，可称之为世界上闭合速度最快的花。 　　为了探究花冠触敏的诱发因子，研究人员针对西域龙胆（Gentiana clarkei）的一个自然居群（花朵平均闭合时间27秒）开展了一系列的实验。结果表明，风不太可能是龙胆属植物花部触敏性的选择压力；大型动物的啃食作用对其花冠的行为也影响甚微。然而，在对传粉昆虫的观察中，研究人员发现了多种熊蜂对花朵的“非法访问”。熊蜂将其相对庞大的身躯趴在花冠之上，将头伸向花冠筒外侧的基部，扎裂开口后盗取花蜜。熊蜂离开后，98.8%的花冠有收缩行为直至完全闭合。采样统计后发现，熊蜂对西域龙胆的盗蜜造成了花冠筒异常高比例的损伤，还可能进一步损伤子房。闭合后的花朵可以有效地避免被熊蜂访问，西域龙胆的花部触敏性可能是为了避免频繁的熊蜂盗蜜对花冠筒、特别是子房造成的伤害。不过，熊蜂除了盗蜜行为，也有对西域龙胆的正常访问行为，同样也会造成花冠的响应性闭合。这种正常访问后的闭合会不会对柱头上的花粉落置和花粉萌发起到促进作用？在更多的物种和居群中，熊蜂与龙胆属植物究竟是哪种种间关系占上风？什么因素对龙胆属花部触敏性的进化起到了决定性作用？更多的谜团有待进一步的研究解答。 　　相关研究成果以“Touch induces rapid floral closure in gentians”为题在线发表在Science Bulletin上，湖北大学戴璨教授、武汉植物园王青锋研究员为论文共同通讯作者。研究工作得到了第二次青藏高原综合科学考察研究（2019QZKK0502）、湖北省自然科学基金（2019CFA066）等项目的支持。
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  • 《武汉植物园在水生植物功能性状及对环境响应研究中取得新进展》
    • 来源专题：生物安全知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者：hujm
    • 发布时间：2020-12-09
    • 与陆生植物相比，水生植物的生存环境已经发生了根本性的变化，由此沉水植物演化出了一系列较为特殊的功能性状，对周围环境的响应机制也有其特殊之处。武汉植物园水生植物生物学学科组科研人员在水生植物功能性状及对环境响应研究开展了一系列研究，取得如下进展： 　　1、沉水植物对不同盐度的响应 　　人们对盐分影响植物生长发育的认知可能已有上千年。实验中通过设置不同的盐度梯度，发现穗状狐尾藻在盐度5‰条件下原有茎尖会死亡，同时形成新的矮化茎尖。解剖结构的研究表明植物茎尖表皮细胞形态发生显著变化。相关研究结果以“Responses of five submerged macrophytes to NaCl salinity in a tropical mesocosm study”为题发表在Fundamental and Applied Limnology上。本文第一作者为海南大学陈涛，共同通讯作者为海南大学尹黎燕和武汉植物园操瑜副研究员。论文DOI:10.1127/fal/2020/1303. 　　2、沉水植物对螺类密度的响应 　　螺类与沉水植物存在较为复杂的交互作用，一种是通过取食附着藻促进植物的生长，一种是通过直接取食抑制植物的生长。本实验通过设置不同的螺类密度对四种沉水植物生长与繁殖的影响进行了分析，研究结果表明：高密度条件下，沉水植物生长受到了显著的抑制，而且不同植物的功能性状响应也有所不同，茎杆较细的尖叶眼子菜(Potamogeton oxyphyllus)在高密度螺类处理中株高显著矮于低密度螺类出。相关研究结果以“Responses of four submerged macrophytes to freshwater snail density (Radix swinhoei) under clear-water conditions: A mesocosm study”为题发表在Ecology and Evolution上。本文第一作者是武汉植物园水生植物生物学课题组支永威，通讯作者为操瑜副研究员。论文DOI: 10.1002/ece3.6489。 　　3、沉水植物对新型污染物的响应 　　狸藻是大型无根水生植物，通常生长在小湖泊和池塘中。一株狸藻可以拥有成百上千个捕虫囊来捕获和消化猎物。这些捕虫囊（长1-5毫米）由外壁和顶部的单个阀门组成。除了植物表面进行的正常养分吸收外，捕虫囊还用于捕获小的猎物，这些猎物是狸藻养分的主要来源。添加新型污染物微塑料的受控实验结果表明狸藻的生长显著的受到微塑料的抑制，可能的毒理机制是，狸藻可以通过捕虫囊摄入大量的微塑料，并且微塑料也可以粘附在植物上。同时，通过模型计算探讨了EC50在毒理学中的应用。相关研究结果以“Bladder entrance of microplastic likely induces toxic effects in carnivorous macrophyte Utricularia aurea Lour”为题发表在Environmental Science and Pollution Research上，本文第一作者是武汉植物园水生植物生物学课题组周靖喆，通讯作者为操瑜副研究员。同时以“Letter to the editor: Proteomic responses to silver nanoparticles vary with the fungal ecotype”为题发表在Science of the Total Environment上。本文第一作者是海南大学黄家权教授，通讯作者为江红生副研究员。论文DOI: 10.1007/s11356-020-09529-y及10.1016/j.scitotenv.2020.140705. 　　4、沉水植物功能性状研究（叶片长度和碳酸氢根的利用） 　　叶片是植物光合作用的重要器官，叶片长度作为植物性状中的一个重要指标，一直以来都是相关研究的重点。世界上叶片最长的陆生木本植物是棕榈树科的Raphia regalis，叶长可达25 m。最长的陆生草本植物百岁兰属（Welwitschia）、海芋属（Alocasia）和Musa的植物叶片可达3 m（除去叶柄）。目前关于陆生植物叶片的最大长度的限制原因已有较多研究，认为最大叶长主要受限于叶脉直径和叶密度，但对于沉水植物的叶片最大长度及其限制因素仍然是未知的。 　　具有带状叶片的沉水被子植物通常具有较长的叶片，且此类植物的长度通常代表植物的最大高度和捕光能力。本研究通过对淡海水中48种带状沉水被子植物的最大叶长数据进行收集整理，发现澳大利亚苦草（Vallisneria australis）的叶片最长，为300 cm（图1）。鉴于水生被子植物起源于陆生植物，二者具有相似的生理基础（如营养需求和氧气输送），但由于水陆生境的不同，随着沉水植物对水环境的不断适应，二者的叶片性状存在差异较大，因此，限制沉水植物叶片伸长的因素可能与陆地植物不同。研究表明，光照不是调节淡水湖泊中沉水植物最大带状叶长的唯一影响因素，其它生物因素（如叶片寿命和密度）和非生物因素（如水力阻力）可能参与调节。该研究是对带状叶沉水植物最大叶长限制因素的初步探索，仍需更多相关工作（如叶片寿命）去研究限制其最大叶长的主要因素。相关研究结果以“Is there a maximum length of strap-like leaves for submerged angiosperms?”为题发表在Aquatic Botany上。本文第一作者是武汉植物园水生植物生物学学科组刘洋，通讯作者为操瑜副研究员。论文DOI: 10.1016/j.aquabot.2019.103184。 　　水分胁迫不再是沉水植物光合作用的主要限制因素，CO2成为沉水植物光合作用的首要限制因子。虽然CO2能轻易的穿透生物膜，但它在水中的扩散速率比在空气中要低104倍，此外由于水体与植物体边界厚的静水层的阻挡，使得沉水植物光合作用常受到低CO2供应的胁迫；而喀斯特地区水体中的无机碳含量常常非常高，沉水植物的光合无机碳利用策略可能与其他地区不同。本研究选取典型喀斯特地区的一条河流研究河流上下游沉水植物的无机碳利用能力，结果从河流上游到下游优势的沉水植物的主要无机碳利用途径从CO2转变为HCO3- 。相关研究结果以“ Different mechanisms of bicarbonate use affect carbon isotope composition in Ottelia guayangensis and Vallisneria denseserrulata in a karst stream”为题发表在Aquatic Botany上。本文第一作者是武汉植物园水生植物生物学学科组江红生，通讯作者为海南大学尹黎燕教授。论文DOI: 10.1016/j.aquabot.2020.103310 。
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