九种维管植物水力性状的演化趋势

维管植物从蕨类植物、裸子植物到被子植物的演化过程中,生理结构和功能都被认为更趋向于适应干旱的环境。但是关于3类植物是否提升了水分传导和水分利用效率的研究目前多基于叶脉和气孔的形态结构推断,而对水分传导速率的直接测量则集中于被子植物内部。因此,同时测定3类植物叶片和枝条尺度的水力性状,可以研究维管植物水力性状的演化趋势和协同演化关系。该研究测定了中国科学院华南植物园内的蕨类植物(芒萁(Dicranopteris pedata)、华南毛蕨(Cyclosorus parasiticus)、乌毛蕨(Blechnum orientale)),裸子植物(罗汉松(Podocarpus macrophyllus)、竹柏(Podocarpus nagi)、落羽杉(Taxodium distichum))和被子植物(海南木莲(Manglietia fordiana var.hainanensis)、东京油楠(Sindora tonkinensis)、羊蹄甲(Bauhinia purpurea))共9种植物的水力结构与功能的相关性状。发现9种植物从原始到更演化物种的枝条比导水率(K_S)、叶片比导水率(K_L)和叶片水力导度(K_(leaf))依次升高;叶片蒸腾速率(E)和潜在水分利用效率(WUEi)升高趋势不显著;气孔面积指数(SPI)和木材密度(WD)在3个类群间无明显变化趋势。水力功能性状在枝条(K_S)和叶片(K_L、K_(leaf)和E)尺度显著相关,但和两个结构性状并无显著相关性。对显著相关的性状进行系统发育独立差分析发现相关性依然存在,表明枝条导水和叶片导水、叶片失水的协同性独立于系统发育而存在。该文以9种维管植物为例,发现演化过程中水分传导相关的功能性状有显著提升,且导水和失水的性状存在着协同演化关系。上述维管植物水力性状演化趋势的结论需要对更多物种、更精细的水力结构性状的进行测定验证。