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蘭科(Orchidaceae)兜蘭屬(Paphiopedilum)是世界著名的觀賞植物，主要分布于亞洲至太平洋島嶼的熱帶及亞熱帶喀斯特地區(qū)。兜蘭屬的許多種類棲息于巖石峭壁上，這種生境土層淺薄，土壤的保水能力很差，因此即使在雨季這些附生植物也可能遭受水分脅迫。植物可以通過多種性狀的同步配置以應(yīng)對水分虧缺。葉脈、氣孔、葉片結(jié)構(gòu)和角質(zhì)層分別與植物的水分運(yùn)輸、調(diào)節(jié)、貯存和維持相關(guān)。但是目前仍然不清楚這些性狀在兜蘭屬中如何進(jìn)化，性狀間存在怎樣的關(guān)聯(lián)性以及哪些性狀對兜蘭屬植物的水分適應(yīng)更重要，而這些問題的研究對于認(rèn)識蘭科植物在水分脅迫環(huán)境下的生存策略進(jìn)化有重要意義。

中國科學(xué)院昆明植物研究所張石寶、胡虹等研究人員利用系統(tǒng)獨(dú)立對比方法對兜蘭屬植物葉片功能性狀的適應(yīng)進(jìn)化開展了研究。系統(tǒng)發(fā)育對比方法將傳統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)方法與系統(tǒng)發(fā)育有機(jī)整合，充分考慮進(jìn)化歷史對物種性狀的影響，是研究生物的適應(yīng)輻射和性狀進(jìn)化的重要途徑。該研究通過對17種兜蘭的14個葉片性狀進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，氣孔大小、氣孔面積和角質(zhì)層厚度表現(xiàn)出強(qiáng)烈的系統(tǒng)發(fā)育保守性(親緣關(guān)系相近的物種性狀相似)，而氣孔密度、氣孔指數(shù)、葉脈密度表現(xiàn)明顯的趨同性。無論是否考慮系統(tǒng)發(fā)育，葉脈密度與氣孔大小、氣孔密度顯著相關(guān)，表明氣孔和葉脈在發(fā)育和功能上是協(xié)同的，這種協(xié)同對于優(yōu)化兜蘭屬植物的光合碳同化和資源投資具有重要意義。在不考慮系統(tǒng)發(fā)育的影響時，葉片下表皮厚度與氣孔密度、氣孔面積、氣孔大小顯著相關(guān)，但考慮去除系統(tǒng)發(fā)育的影響后，它只與氣孔大小相關(guān)，而且角質(zhì)層厚度、葉肉厚度等結(jié)構(gòu)性狀均不與氣孔形態(tài)相關(guān)，說明葉片結(jié)構(gòu)和氣孔形態(tài)不必在進(jìn)化上關(guān)聯(lián)。這些研究結(jié)果有助于闡釋蘭科植物水分適應(yīng)策略的進(jìn)化。

研究結(jié)果以“Evolutionary association of stomatal traits with leaf vein density in Paphiopedilum, Orchidaceae”為題發(fā)表于PLoS ONE [7(6): e40080]上，文章鏈接為：http://www.plosone.org/article/info%3Adoi%2F10.1371%2Fjournal.pone.0040080。該項(xiàng)研究得到了國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(31170315, 30770226)的經(jīng)費(fèi)支持。