【科技日报】最新发现！唐古特大黄长着“控温”的三维形态叶片

　　科技日报记者 张蕴

　　青藏高原特有的植物唐古特大黄（Rheum tanguticum Maxim. ex Balf）叶片形态竟为“三维立体”。2月17日，记者独家从中国科学院西北高原生物研究所获悉，该所科研人员对唐古特大黄生长过程中叶片形态变化研究发现，坚固的三维形态叶片是唐古大黄在进化过程中为适应青藏高原强烈的太阳辐射和低温而形成的一种策略。这一结果旨在揭示青藏高原植物利用叶片立体形态化解当地辐射强、气温低的植物生存矛盾，自身携带“温控系统”实现汲取水量少、自身能耗低，以发挥最大生长作用。相关论文《青藏高原大黄的独特叶片结构对其适应性的潜在作用》2月14日在《plants-Basel》杂志在线发表。

　　唐古特大黄为蓼科大黄属多年生草本植物，其干根和根茎入药，具有泻热通肠、凉血解毒、逐瘀通经之功效，为《中国药典》收载的三种“正品大黄”之一。主要分布在青藏高原东缘，青海及甘肃四川、西藏与青海交界一带，海拔在2300米至4200米之间，是青藏高原特有物种。论文共同通讯作者、青藏高原标本馆工程师李文靖独家向科技日报记者介绍，叶片是重要植物器官，为适应不同环境，叶片具有高度的可塑性。青藏高原平均海拔在4000米以上，年平均温度低。青藏高原生存的大多数植物物种叶片都较小，而唐古特大黄的叶片是一个例外。“过去对唐古特大黄的研究主要集中在化学成分、药理特性和遗传多样性方面。然而，关于叶形及其变化在唐古特大黄生长和适应方面的研究很少。”李文靖坦言。

　　青藏高原虽然气温低、但光辐射强，叶片太大可能造成灼伤晒伤。研究人员发现，多年生唐古特大黄最大叶片面积达近一平方米（0.97m²），且叶片大小和形态生长过程发生改变，从小的卵圆形平面形态逐渐成为大的三维立体形态。这一独特形成的三维叶片形态，出于植物自身适应性在青藏高原产生的奇妙变化。李文靖介绍：“三维叶片形态是一种新的适应形式。唐古特大黄可通过叶片形态来调节温度，减少单位叶面积上的光辐射量，达到提高叶片温度和避免高温伤害之间的平衡。利用外部结构来降温，降低蒸腾作用能耗，利用最少的水和最少的能量，有效解决青藏高原辐射强和温度低对植物生长不利的矛盾。”

　　值得一提的是，唐古特大黄叶片的独特性使得这一植物对于水的需求量相对较少，使其能在青藏高原长出大的叶片，进而产生较高初级生产力，这一研究结果也间接证明唐古特大黄可以增加其生存地区的碳汇能力。

　　李文靖还表示，对唐古特大黄叶片结构的研究发现，其启示性意义大于实际应用价值。以往，科研人员更为关注植物叶片的平面形态，很少关注叶片的三维形态。这对相关领域后续开展现象背后的分子机理研究、提高植物光合利用率和水分利用率等方面有较高的潜在价值。亦可为植物学和高原生物适应性等相关研究领域拓展新思路和新方向。此外，该结果在如何提高干旱农业区植物水分利用率、农作物如何避免高温伤害等方面具有潜在的应用价值。

图1 a：唐古特大黄叶片大小的变化。b：野外生长的唐古特大黄。c：一级脉上的夹角（α），二级脉上的夹角（β）。d：不在同一平面上去除叶片后的五条一级脉。（李文靖供图）
左图：生长在同一地点的不同年龄的唐古特大黄。右图：叶片的可见光图像及红外成像图像。（李文靖供图）

　　责任编辑： 陈可轩

　　来源：科技日报