科技日報記者 張蘊
青藏高原特有的植物唐古特大黃（Rheum tanguticum Maxim. ex Balf）葉片形態竟為“三維立體”。2月17日，記者獨家從中國科學院西北高原生物研究所獲悉，該所科研人員對唐古特大黃生長過程中葉片形態變化研究發現，堅固的三維形態葉片是唐古大黃在進化過程中為適應青藏高原強烈的太陽輻射和低溫而形成的一種策略。這一結果旨在揭示青藏高原植物利用葉片立體形態化解當地輻射強、氣溫低的植物生存矛盾，自身攜帶“溫控系統”實現汲取水量少、自身能耗低，以發揮最大生長作用。相關論文《青藏高原大黃的獨特葉片結構對其適應性的潛在作用》2月14日在《plants-Basel》雜志在線發表。
唐古特大黃為蓼科大黃屬多年生草本植物，其干根和根莖入藥，具有瀉熱通腸、涼血解毒、逐瘀通經之功效，為《中國藥典》收載的三種“正品大黃”之一。主要分布在青藏高原東緣，青海及甘肅四川、西藏與青海交界一帶，海拔在2300米至4200米之間，是青藏高原特有物種。論文共同通訊作者、青藏高原標本館工程師李文靖獨家向科技日報記者介紹，葉片是重要植物器官，為適應不同環境，葉片具有高度的可塑性。青藏高原平均海拔在4000米以上，年平均溫度低。青藏高原生存的大多數植物物種葉片都較小，而唐古特大黃的葉片是一個例外。“過去對唐古特大黃的研究主要集中在化學成分、藥理特性和遺傳多樣性方面。然而，關于葉形及其變化在唐古特大黃生長和適應方面的研究很少。”李文靖坦言。
青藏高原雖然氣溫低、但光輻射強，葉片太大可能造成灼傷曬傷。研究人員發現，多年生唐古特大黃最大葉片面積達近一平方米（0.97m2），且葉片大小和形態生長過程發生改變，從小的卵圓形平面形態逐漸成為大的三維立體形態。這一獨特形成的三維葉片形態，出于植物自身適應性在青藏高原產生的奇妙變化。李文靖介紹：“三維葉片形態是一種新的適應形式。唐古特大黃可通過葉片形態來調節溫度，減少單位葉面積上的光輻射量，達到提高葉片溫度和避免高溫傷害之間的平衡。利用外部結構來降溫，降低蒸騰作用能耗，利用最少的水和最少的能量，有效解決青藏高原輻射強和溫度低對植物生長不利的矛盾?！?/p>
值得一提的是，唐古特大黃葉片的獨特性使得這一植物對于水的需求量相對較少，使其能在青藏高原長出大的葉片，進而產生較高初級生產力，這一研究結果也間接證明唐古特大黃可以增加其生存地區的碳匯能力。
李文靖還表示，對唐古特大黃葉片結構的研究發現，其啟示性意義大于實際應用價值。以往，科研人員更為關注植物葉片的平面形態，很少關注葉片的三維形態。這對相關領域后續開展現象背后的分子機理研究、提高植物光合利用率和水分利用率等方面有較高的潛在價值。亦可為植物學和高原生物適應性等相關研究領域拓展新思路和新方向。此外，該結果在如何提高干旱農業區植物水分利用率、農作物如何避免高溫傷害等方面具有潛在的應用價值。
圖1 a：唐古特大黃葉片大小的變化。b：野外生長的唐古特大黃。c：一級脈上的夾角（α），二級脈上的夾角（β）。d：不在同一平面上去除葉片后的五條一級脈。（李文靖供圖）
左圖：生長在同一地點的不同年齡的唐古特大黃。右圖：葉片的可見光圖像及紅外成像圖像。（李文靖供圖）
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