在“云量少、日照强”的荒漠地区，水分是制约植物生长的关键因素，一些植物不得不进化出狭线形或退化成锥刺的叶片，以便减少太阳辐照和水份过分流失。然而，在干旱与半干旱地区广泛分布生长的沙生亚乔木树种沙枣 (Elaeagnus angustifolia L.) 却生有宽阔的披针形叶片。

那这种沙枣叶片在面对严酷的外部干旱压力，采用何种有效的策略进行高效利用水分和免受阳光辐射灼伤，对于诠释沙枣能幸存于干旱环境极其重要。

来自南京大学生命科学学院田兴军教授团队在 Biology 期刊发表了相关的解析文章，首次揭示了沙枣叶片集水及光反射的全新机制，该项研究对于理解干旱地区植物的大中型叶片是如何应对干旱环境压力具有一定的指导意义。

图1 沙枣叶片形貌特征

沙枣中型叶片呈披针形。a.野外沙枣树; b.叶子正面表面有少量的鳞片覆盖，呈暗绿色; c.叶子背面表面有大量伞状棘轮鳞片全覆盖，呈灰白色; d.叶正面SEM图; e.叶背面SEM图。

图2 沙枣叶片捕水和反光机制图

在夜晚或阴天，沙枣叶片背面伞状棘轮鳞片捕获和输运空气中的水滴，被叶片气孔吸收；在白天太阳辐照强时，沙枣叶片背面翻转，伞状棘轮鳞片可以反射太阳光中的紫外射线和近红外射线，降低叶片吸收热量，减少叶片蒸腾作用。

田兴军教授团队研究发现，沙枣是常年生活在“干旱和半干旱”地区的沙生亚乔木树种，披针形中型叶片，叶正、背面均被有银白色鳞片。团队首先对鳞片进行了结构学研究，发现沙枣的鳞片呈伞状棘轮结构。

伞状棘轮鳞片具有一维与二维组成三维的特殊空心界面结构，该界面结构可以捕获空气中的水分并定向输运到叶表气孔，进一步研究发现伞状棘轮鳞片的周缘一维锥状体结构可以有效地捕获空气中的水汽，而锥状体之间呈辐射状可对液体有聚集作用，聚集后通过二维伞面结构表面的楔形沟槽将水定向输运至中心点伞柄处，汇集成大液滴，最终水滴由伞柄基部到达叶表气孔，进入叶片内部。同时鳞片的迎光面还可以反射太阳光，其中红外和远红外为反射的主要波段。

在白天正午，沙枣叶片卷曲，将叶背面的全覆盖鳞片暴露在阳光中，由多个伞状棘轮鳞片的背顶部微乳突组成的阵列，反射太阳光中的紫外射线；而伞状棘轮鳞片的伞面结构反射红光射线、蓝光射线及近红外射线，避免叶片被太阳辐照灼伤，降低了叶片的温度，减少了叶片呼吸和水分蒸腾。沙枣叶片背面鳞片能够有选择地反射太阳光的某些波段，并能截留空气中的隐匿降水，成为沙枣适应干旱环境的重要机制。

沙枣叶这种非凡的集水和反光功能。充分诠释了该植物具有宽大叶片的合理性以及该植物的解渴机理。从该植物的结构机理出发，制作仿生材料，可实现干旱多雾地区、高山密林地区的淡水获取，也可实现超疏水材料表面构建具有多棱槽结构的星形阵列的图案化，以及有效提高结露效率并促进露滴快速脱附，为海洋大气的淡水收集、脱盐以及微流体控制等方面提供重要的应用参考。此外，鳞片的仿生材料，也可以用于农业生产上对光波长有选择性透过的大棚仿生膜，通过影响光质而控制植物光合作用的产物，改善农作物的品质。

论文的第一作者为南京大学博士生贝盏临 (现为北方民族大学副研究员)，他长期植根于干旱地区植物适应性的观察研究，具有敏锐的洞察力，发现许多植物适应环境的机制。通讯作者为南京大学田兴军教授。

该项工作在江苏省水利科技项目 (No.ZQ2018107)、国家自然科学基金 (No.32260312、No.31870598)、宁夏自然科学基金 (No.2021AAC03190、No.2023AAC03294) 和北方民族大学白芨滩科研项目 (No.SKBJT202204) 资助下完成。

原文出自Biology 期刊：https://www.mdpi.com/2397656

进入期刊英文主页：https://www.mdpi.com/journal/biology

Biology 期刊介绍

主编：Jukka Finne, University of Helsinki, Finland; Andrés Moya, University of Valencia and CSIC, Spain

期刊主要涵盖细胞生物学、发育生物学、进化生物学、生物化学与分子生物学、微生物学等所有生物领域。期刊被Scopus, SCIE (Web of Science), PubMed 等重要数据库收录。

2023 Impact Factor：3.6(JCR Q1*) 

2023 CiteScore：5.7(Q1**) 

Time to First Decision：16.1 Days 

Acceptance to Publication：2.8 Days 

* JCR Q1 at "Biology"

** CiteScore Q1 at "General Agricultural and Biological Sciences"