近日，我所生态与环境研究中心副主任白坤栋研究员团队协同园林园艺研究中心副主任韦毅刚研究员团队在业界公认的国际农林科学类顶级期刊Plant and Soil（IF5y = 3.761）上发表有关洞穴植物叶片元素含量的生态与进化机制的研究论文“Contrasting effects of light, soil chemistry and phylogeny on leaf nutrient concentrations in cave-dwelling plants”，白坤栋研究员为该论文的第一作者和通讯作者。该研究得到国家自然科学基金、广西自然科学基金、广西科技攻关项目以及广西喀斯特植物保育与恢复生态学重点实验室建设专项等项目的资助。
洞穴植物是一类在洞穴生长的植物的统称，主要以蕨类和草本植物为主。洞穴植物只有吸收生长的必需营养元素才能生长和完成生活史。然而，驱动洞穴植物叶片元素组成变异的因素在国内外都缺乏研究。我所科研人员经过研究并首次系统阐明光、土壤化学和系统发育对洞穴植物叶片元素组成的影响。研究发现，不同洞穴之间植物叶片元素含量变化较小，这是因为洞穴叶片元素含量与可获得光和土壤元素含量的相关性不显著。叶片钙、镁和氮含量有显著的系统发育信号，而其它元素含量（即磷、钾、硫、铁、锰和锌）的系统发育信号不显著。叶片元素含量的进化速率随着系统发育信号下降而加快，而且草本植物比蕨类植物有较快的进化速率。这些叶片元素含量不同的系统发育保守性最有可能是Omstein-Uhlenbeck进化过程导致的，即对叶片磷、钾、硫、铁、锰和锌含量是朝向一个最优值的稳定选择，而对叶片钙、镁和氮含量是朝向草本植物比蕨类植物有较高最优值的稳定选择。因此，洞穴植物叶片元素含量对洞穴环境是趋同适应，但是会表现不同程度的系统发育保守性并导致洞穴中草本和蕨类植物的叶片营养多样性。
论文链接：https://link.springer.com/article/10.1007/s11104-020-04422-6
Fig 1. An overview on (a) Celing cave, (b) Lihu cave and (c) Yangzi cave in subtropical regions in southern China
华南亚热带地区三个典型洞穴的概貌
Fig. 2 Phylogenetic tree construction by neighbor-joining method using the rbcL sequences of the herbs (close symbols) and ferns (open symbols) in Celing cave (circles), Lihu cave (triangles) and Yangzi cave (squares). The bootstrap values are shown at the branching points and family divisions are marked by the broken line on the right side of the tree
洞穴植物的系统发育关系
洞穴植物叶片元素含量的系统发育信号及进化过程
洞穴草本和蕨类植物的叶片元素含量差异
洞穴光环境与叶片元素含量的关系
洞穴植物叶片与土壤元素含量的关系
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