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为什么叶片有那么多形状?

已有 1339 次阅读 2020-1-8 15:49 |个人分类:为了人类的美好生活|系统分类:科研笔记| 功能性状

结构决定功能。

叶片,有大有小,有长有短,有圆有缺……

叶片的形状必定有其意义。


一篇发表于2017年的Science封面文章[1],揭示了全球尺度上,叶片大小与气候适应性有关。

Leaf size.png

该研究收集了全球682个地点的7670种植物叶片的数据,发现植物叶片大小差异高达10万倍。大的叶片主要出现在光照条件好的湿热环境中,小叶片则是光照条件好的干热环境的典型,小叶片也常见于高纬度和高海拔地区。作者Ian Wright等人通过模拟叶片能量的输入和输出,表明叶片相对于气温的昼夜变化(daytime and nighttime leaf-to-air temperature differences)是决定叶片大小在地理上分布的关键因素。


近日New Phytologist[2]上的一篇文章报道,叶片形状可以预测番茄的产量与品质。

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研究者将不同品种的原生番茄(heirloom tomato)种植在野外,然后在14周内测定了番茄产量和其他果实和叶片的性状。发现叶片光合速率与植株生物量和果实含糖量正相关,但与番茄产量负相关。叶片越圆的品种,番茄含糖量和产量越高。

为什么叶片形状与果实品质和产量相关?该文研究者发现叶片形状并不是通过直接影响叶片糖含量或光合速率来增加产量。因此,这一关系还无法解释。


前段时间Nature Plants[3]的封面文章,描述了卷叶象鼻虫产卵时对叶片形状有选择偏好。

象鼻虫.png

卷叶象鼻虫将叶子卷起来,并在里面产卵,这样为后代提供食物和庇护所。通过对比研究发现,相对于具有深裂形态的叶片,象鼻虫更倾向于卷那些裂纹较浅的叶子。因此,叶片形状可能是影响植物与动物关系的重要因素,但还很少为人所知。


对于后两个案例,到底是个例还是普遍现象,继续深入研究,也是很有意思的。


参考文献

[1] Wright, I.J., Dong, N., Maire, V. et al. (2017). Global climatic drivers of leaf size. Science, 357, 917-921.

[2] Rowland, S.D., Zumstein, K., Nakayama, H. et al. (2019). Leaf shape is a predictor of fruit quality and cultivar performance in tomato. New Phytologist, doi:10.1111/nph.16403.

[3] Higuchi, Y. & Kawakita, A. (2019). Leaf shape deters plant processing by an herbivorous weevil. Nature Plants, 5, 959-964.



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