科技日報(bào)記者 張?zhí)N

青藏高原特有的植物唐古特大黃（Rheum tanguticum Maxim. ex Balf）葉片形態(tài)竟為“三維立體”。2月17日，記者獨(dú)家從中國科學(xué)院西北高原生物研究所獲悉，該所科研人員對唐古特大黃生長過程中葉片形態(tài)變化研究發(fā)現(xiàn)，堅(jiān)固的三維形態(tài)葉片是唐古大黃在進(jìn)化過程中為適應(yīng)青藏高原強(qiáng)烈的太陽輻射和低溫而形成的一種策略。這一結(jié)果旨在揭示青藏高原植物利用葉片立體形態(tài)化解當(dāng)?shù)剌椛鋸?qiáng)、氣溫低的植物生存矛盾，自身攜帶“溫控系統(tǒng)”實(shí)現(xiàn)汲取水量少、自身能耗低，以發(fā)揮最大生長作用。相關(guān)論文《青藏高原大黃的獨(dú)特葉片結(jié)構(gòu)對其適應(yīng)性的潛在作用》2月14日在《plants-Basel》雜志在線發(fā)表。

唐古特大黃為蓼科大黃屬多年生草本植物，其干根和根莖入藥，具有瀉熱通腸、涼血解毒、逐瘀通經(jīng)之功效，為《中國藥典》收載的三種“正品大黃”之一。主要分布在青藏高原東緣，青海及甘肅四川、西藏與青海交界一帶，海拔在2300米至4200米之間，是青藏高原特有物種。論文共同通訊作者、青藏高原標(biāo)本館工程師李文靖獨(dú)家向科技日報(bào)記者介紹，葉片是重要植物器官，為適應(yīng)不同環(huán)境，葉片具有高度的可塑性。青藏高原平均海拔在4000米以上，年平均溫度低。青藏高原生存的大多數(shù)植物物種葉片都較小，而唐古特大黃的葉片是一個(gè)例外。“過去對唐古特大黃的研究主要集中在化學(xué)成分、藥理特性和遺傳多樣性方面。然而，關(guān)于葉形及其變化在唐古特大黃生長和適應(yīng)方面的研究很少。”李文靖坦言。

青藏高原雖然氣溫低、但光輻射強(qiáng)，葉片太大可能造成灼傷曬傷。研究人員發(fā)現(xiàn)，多年生唐古特大黃最大葉片面積達(dá)近一平方米（0.97m2），且葉片大小和形態(tài)生長過程發(fā)生改變，從小的卵圓形平面形態(tài)逐漸成為大的三維立體形態(tài)。這一獨(dú)特形成的三維葉片形態(tài)，出于植物自身適應(yīng)性在青藏高原產(chǎn)生的奇妙變化。李文靖介紹：“三維葉片形態(tài)是一種新的適應(yīng)形式。唐古特大黃可通過葉片形態(tài)來調(diào)節(jié)溫度，減少單位葉面積上的光輻射量，達(dá)到提高葉片溫度和避免高溫傷害之間的平衡。利用外部結(jié)構(gòu)來降溫，降低蒸騰作用能耗，利用最少的水和最少的能量，有效解決青藏高原輻射強(qiáng)和溫度低對植物生長不利的矛盾?！?/p>

值得一提的是，唐古特大黃葉片的獨(dú)特性使得這一植物對于水的需求量相對較少，使其能在青藏高原長出大的葉片，進(jìn)而產(chǎn)生較高初級(jí)生產(chǎn)力，這一研究結(jié)果也間接證明唐古特大黃可以增加其生存地區(qū)的碳匯能力。

李文靖還表示，對唐古特大黃葉片結(jié)構(gòu)的研究發(fā)現(xiàn)，其啟示性意義大于實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。以往，科研人員更為關(guān)注植物葉片的平面形態(tài)，很少關(guān)注葉片的三維形態(tài)。這對相關(guān)領(lǐng)域后續(xù)開展現(xiàn)象背后的分子機(jī)理研究、提高植物光合利用率和水分利用率等方面有較高的潛在價(jià)值。亦可為植物學(xué)和高原生物適應(yīng)性等相關(guān)研究領(lǐng)域拓展新思路和新方向。此外，該結(jié)果在如何提高干旱農(nóng)業(yè)區(qū)植物水分利用率、農(nóng)作物如何避免高溫傷害等方面具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。

圖1 a：唐古特大黃葉片大小的變化。b：野外生長的唐古特大黃。c：一級(jí)脈上的夾角（α），二級(jí)脈上的夾角（β）。d：不在同一平面上去除葉片后的五條一級(jí)脈。（李文靖供圖）

左圖：生長在同一地點(diǎn)的不同年齡的唐古特大黃。右圖：葉片的可見光圖像及紅外成像圖像。（李文靖供圖）

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