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《武汉植物园在东非特有苦苣苔科植物Streptocarpus ionanthus复合体种的演化动态取得取得新进展》

  • 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：2020-12-21

  • Streptocarpus ionanthus隶属苦苣苔科海角苣苔属，具有重要的观赏价值，为坦桑尼亚和肯尼亚特有植物，分布于坦噶（Tanga）、莫洛哥罗（Morogoro）、基利菲（Kilifi）等地区。该种植物形态变化复杂，有学者将其分为9个亚种，但这一分类处理方式尚未得到充分的证据支持和广泛的认可，并且这些亚种之间的系统关系也不明晰，尚未解决的分类界定和系统关系严重影响了对这一植物的保育工作，但同时，其复杂的形态变化也为物种演化动态研究提供了理想的材料。

    Streptocarpus ionanthus复合体中已界定的9个亚种，其中1个分布于肯尼亚沿海，而另外8个分布于坦桑尼亚。坦桑尼亚的乌萨姆巴拉山为该复合体的分布热点区域，坦桑尼亚分布的8个亚种在此处均有分布。武汉植物园的研究人员，利用核微卫星和叶绿体微卫星序列对Str. ionanthus开展了群体遗传学和谱系地理学研究。研究人员估算了叶绿体DNA单倍型的分化时间，并对Str. ionanthus历史上的、现在的和未来的分布模式进行了建模。该研究共收集了7个亚种的21个居群，采样覆盖了Str. ionanthus的整个分布区范围，与之关联物种Str. nitidus和Str. brevipilosus在本研究中采集了两个居群为代表。

    Str. ionanthus分布有三个主要的区域，即：坦噶（Tanga）、莫洛哥罗（Morogoro）和基利菲（Kilifi）。分布于莫洛哥罗（Morogoro）和基利菲（Kilifi）的种群间的隔离明显，与分布在乌萨姆巴拉山的种群不同，乌萨姆巴拉山的种群遗传结构较弱，表明该地区是Str. ionanthus多样性的中心。

    该研究揭示了在乌萨姆巴拉山的Streptocarpus ionanthus种群同时期进化的相互作用模式，并得到了当前叶绿体单倍型多样性、高突变率以及遗传聚类混合结果的佐证。该植物的遗传多样性结构可以归因于更新世反复的气候变化。在冰期和间冰期旋回期间，形成了高海拔和低海拔的多个避难所。而且，由于在间冰期扩张期间的种群接触，该类群可能正在经历着杂交。质量不佳的谱系地理结构也对9个亚种的认识带来了疑惑，暗示了Str. ionanthus复合体的进化史。该项研究运用多学科手段，基于多源证据，为日后Str. ionanthus的种下演化关系研究打下基础。

    研究成果以“Multiple Pleistocene refugia and recent diversification for Streptocarpus ionanthus (Gesneriaceae) complex: Insights from multiple molecular sources” 为题，近期在国际学术期刊《Journal of Systematics and Evolution》上在线发表。这项研究得到了中国科学院武汉植物园国家骨干人才计划 (Y655301M01)，中国科学院中-非联合研究中心(SAJC201614)的资助。该研究团队的肯尼亚籍学生Cornelius M. Kyalo为论文第一作者，胡光万研究员为通讯作者。

  • 原文来源：http://www.jse.ac.cn/EN/10.1111/jse.12658;http://www.whiob.ac.cn/xwdt/kydt/yjjz/202012/t20201218_5824882.html
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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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  • 《武汉植物园在兰科虾脊兰属植物的民族植物学研究中取得进展》
    • 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：2021-12-20
    • 全世界有207种以上兰科虾脊兰属（Calanthe）植物，分布于热带和亚热带地区。在传统医学中，该属植物具有重要的药用价值。此外，本属一些物种也常被用作补药及关节疼和牙疼的止痛药。 　　武汉植物园东非植物区系和分类学科组的研究人员通过对文献进行广泛查阅，收集整理并研究分析了关于虾脊兰属物种的民族植物学用途、植物化学、药理学和保护生物学等方面的数据与资料。分析结果显示，共有19种虾脊兰属植物被广泛用于亚洲不同地区的传统医学中。目前，从虾脊兰属物种中共鉴定出265种不同的化合物，包括生物碱、萜类化合物、酚类化合物及衍生物、菲醌类化合物等。这些化合物表现出诸多宝贵的药理活性，如修复毛发、抗癌、抗炎、抗糖尿病、保护肝脏、抗血小板聚集以及抗菌和抗真菌等。其中，从台湾虾脊兰（C. arisanensis）中分离出来的Calanquinone A对六种恶性细胞系具有抗肿瘤活性。然而，目前对于该属植物的毒理学和安全性研究十分有限，极大地限制了其在临床上的应用。因此，进一步研究其提取物及化合物的毒理学、药物标准和作用机制，对确保质量、安全和疗效尤为重要。保护生物学相关数据显示，虾脊兰属植物的保护情况不容乐观，本属中一些亟待保护的物种，如峨边虾脊兰（Calanthe yuana）和C. ecallosa已在世界自然保护联盟(IUCN)的红色名录中被列为濒危物种。据报道，这些物种灭绝的高风险主要归因于非法贸易和不可持续地采集与利用。因此，有必要制定严格的药用兰花贸易、收集和可持续利用等相关准则，提出行之有效的措施来促进该属物种的保护。本研究对于未来合理利用虾脊兰属植物资源，挖掘开发相关药物及颁布有效的保护策略具有重要指导意义。 　　研究论文以"Ethnobotany, phytochemistry, pharmacology, and conservation of the genus Calanthe R. Br. (Orchidaceae) "为题发表于期刊Ethnopharmacology上。研究工作得到了国家自然科学基金、中国国家科技基础资源调查项目和中科院中非联合研究中心的资助。肯尼亚籍学生Consolata Nanjala为第一作者，胡光万研究员为通讯作者。
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