竹類作為全球生產(chǎn)力最高的生態(tài)系統(tǒng)之一，兼具碳匯、水土保持等重要生態(tài)功能，但由于竹類植物其淺根系與高的需水量使其易對干旱敏感。此前學界對竹類水分調(diào)節(jié)機制的認知多集中于根系或莖稈，葉片結(jié)構(gòu)在其干旱應(yīng)對中的作用尚未明確。

近日，中國科學院西雙版納熱帶植物園(以下簡稱“版納植物園”)植物逆境生態(tài)學研究組研究人員選擇了9種具有不同最大高度(2.6米至40.8米)竹子，通過穩(wěn)定性同位素分析、葉片持水能力及解剖結(jié)構(gòu)研究，系統(tǒng)測定其水分吸收深度、葉片保水能力及干旱響應(yīng)過程中泡狀細胞形態(tài)特征的變化。研究結(jié)果表明所有供試竹類50%的水分來自30厘米以上的淺層土壤，且葉片飽和含水量低、脫水速度快(到達70%含水量的脫水時間74.5-250.4分鐘)，表明竹類植物普遍具有淺根系及較弱的葉片持水能力(圖1)。進一步研究表明，葉片保水能力與旱季正午水勢呈顯著正相關(guān)，而泡狀細胞占葉橫截面積比例是影響葉片卷曲效率與保水能力的關(guān)鍵解剖性狀。研究同時發(fā)現(xiàn)，干旱過程中葉片泡狀細胞密度高且細胞體積較大的竹種，能在失水早期快速驅(qū)動葉片卷曲以減少暴露面積，顯著提升旱季黎明前葉片水勢。并在正午最大限度降低蒸騰失水，使其正午維持相對較好的葉片水分條件(圖2)。值得注意的是，竹類株高與葉片水勢無顯著關(guān)聯(lián)，提示高大竹種可能通過莖稈儲水等補償機制抵消高度帶來的水力劣勢(圖3)。

該研究首次揭示泡狀細胞結(jié)構(gòu)與葉片保水能力在竹類植物干旱響應(yīng)過程中的協(xié)同作用，為竹類抗旱育種提供了研究靶點。未來需進一步探索泡狀細胞形態(tài)變化與水分運輸?shù)姆肿訖C制，以更精準預測氣候變化下竹類生態(tài)系統(tǒng)的韌性。相關(guān)研究成果以“Bulliformcell- induced leaf curling contributes to water loss and water potential regulation of bamboos during dry season”為題發(fā)表于國際植物生理學Physiologia Plantarum上。版納植物園植物逆境生態(tài)學研究組副研究員Amy Ny Aina Aritsara為第一作者，陳亞軍研究員為通訊作者。該研究獲得國家自然科學基金、中國博士后科學基金、云南省科學基金、版納植物園“十四五”專項的聯(lián)合支持，并得到版納植物園園林園藝中心的大力協(xié)助。

圖1.9種竹類植物的葉片失水趨勢

圖2.泡狀細胞結(jié)構(gòu)、葉片保水能力和葉片儲存能力對葉片水勢的日間和季節(jié)變化的影響

圖3.竹類植物葉片的卷曲行為以及其對葉片水分和水勢調(diào)控的作用