时培建
国际植物学重大发现:分层网状叶脉系统气孔的空间抑制关系被剖析出来
2021-9-27 10:14
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许多双子叶植物的叶脉呈现为分层的网状模式,多级网略构成一个个小的网眼,而气孔作为植物叶片气体和水分蒸发的主要通道,镶嵌于其中。既然许多植物进化出网状叶脉模式,这种模式必然对对于提高叶片内的水分流动效率具有重要作用,而水分出自叶脉后经叶肉细胞到达气孔路径的均质性势必能够得到保证,否则气孔必然在叶脉附近而回避分布于网眼之中心。但是如果均质性得到保证,则气孔在网眼内部的空间排列可以均匀有致。显然,这种均匀有致必然联系于两点:(1)网眼大小;(2)不同网眼大小和周围叶脉混合级别水分传输效率相互匹配。


我们提出了一个重要假说,即不管网眼大小的差异程度如何,因为其与叶脉混合级别相互匹配,则网眼内气孔分布必然是相互均匀的,在较大距离尺度上则呈现随机性。


为此,我课题组和欧州、澳洲相关专家开展了这样的一个研究,使用重复性点格局分析方法(目前国内除我团队外的所有研究人员都是使用非重复性(即单一)空间点格局分析方法),研究气孔中心在叶片不同位置的空间关系,我们采用木兰科含笑属一种植物,采集12片叶子,对其左半边(因为左右对称)划分横3断层纵6断层(每片叶子共计18个切片),每个小切片选择1.2乘0.8毫米的区域,采用一定方法得到该区域内所有气孔中心平面坐标。而后又采集额外的60片叶子,值研究叶片最宽处的3个断层的空间关系。


研究结果有重大发现:气孔中心在75到100微米以下,呈现空间抑制关系,表明气孔在此距离尺度下区域分布较为均匀;而超过此尺度,气孔之间缺少空间互作(可理解为随机)。本研究没有发现任何气孔空间聚集性(即不存在气孔更偏向于某个区域或者线性区域如沿叶脉附近区域)的证据。因此,本研究论证了分层网状叶脉使得网眼内气孔分布趋于均匀和随机,按时叶片水分流动路径在不同网眼内较为均质,揭示了植物叶片进化层面的高级性。本研究同时还在一定程度上印证了气孔之间至少间隔一个表皮细胞空间假说!系国际植物学界的重大发现。


本研究主要由南京林业大学时培建博士带领的研究生团队完成,在方法论上得到了国际空间统计学大师级科学家Peter J. Diggle教授和Rolf Turner教授的指导,在叶片权衡进化分析上得到了叶片研究领域国际著名科学家Ulo Niinemets教授的指导,他们都是本研究的合作者;重复性空间点格局分析最早由Diggle教授提出,但是目前相关软件包没有此函数,由时培建博士基于R软件编写完成。研究成果于近期在牛津大学出版社的《Annals of Botany》上在线发表。刚一发表,就有大量研究人员私下联系索要全文。但因为我方经费短缺,并没有选择OA选项,涉及版权问题,不能私下发送,希望诸位理解,可以在贵机构图书馆下载。


郑重声明:时培建团队连续多年没有受到中国国家自然科学基金委或者省一级基金的资助,所花研究经费主要系由时培建本人从个人收入中支付,因此,本研究与中国国家自然科学基金委无关!


此外,作为中国人,我非常渴望将这些研究成果以中文的形式第一时间告知国人,因为实验室做了八个物种的,其中六个物种采集的叶片来自3-5棵木兰属和含笑属植物,所投在Annals of Botany只是其中的一种含笑属植物罢了,最好的自然留给国人。更强有力的证据则却取决于多个物种的论证,所以将六个物种的数据(显示了类似但有所不同的结果)汇总撰写出高质量的中文,同时期投在了国内号称排名第一的某植物学生态学报上,结果悲剧了,等待了漫长的时间,国外知名植物学期刊都接受发表了我们一种的数据,而国内某植物生态学报则拒稿!当然,作为一名科学家,我们时刻需要面对拒绝,面对各式各样的拒绝,不管是某某自然科学基金委的还是某所谓国内号称国际领域权威期刊的拒绝,live with them! 目前中文稿件正在修改格式,计划投《生态学报》。如再遇不测,只好修改英文投免费的国外SCI期刊了。其实我都没有钱支付中文的版面费了,只是如果发某某植物生态学学报,则学校的绩效奖励和版面费大体相互抵消,所以才敢写中文。不曾想到,好心当成驴肝肺,揣着和氏璧去献宝,结果热脸遭遇了冷屁股,我了去。


原文链接:

https://doi.org/10.1093/aob/mcab106



引用格式:

Shi, P., Jiao, Y., Diggle, P.J., Turner, R., Wang, R., Niinemets, ü. 2021. Spatial distribution characteristics of stomata at the areole level in Michelia cavaleriei var. platypetala (Magnoliaceae). Annals of Botany, in press, https://doi.org/10.1093/aob/mcab106

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