蕨类植物Doryopteris（属于凤尾科）在脱水诱导下产生的向性运动的解剖机制

《Protoplasma》：Anatomical mechanisms underlying desiccation-induced nastic movements in Doryopteris ferns (Pteridaceae)

研究五类蕨类植物叶片缺水时卷曲机制，发现表皮脱水收缩、叶肉细胞重组及维管束结构改变共同驱动可逆卷曲，其组织变形具有湿度响应特性并减少机械损伤。

　　

摘要

几种属于Cheilanthoideae亚科的蕨类植物在缺水条件下会表现出可逆的叶片卷曲现象。然而，这种行为背后的解剖学机制尚未得到充分理解。为填补这一知识空白，我们提出以下假设：叶片在脱水过程中的折叠是由能够实现组织可逆变形的结构特征所驱动的。这些组织可能通过不对称收缩在叶片上产生不同的张力。它们的吸湿性可能促进脱水时的被动卷曲以及补水时的展开。为了验证这一假设，我们分析了五种Doryopteris物种（D. arifolia、D. collina、D. concolor、D. lorentzii和D. pentagon）的叶片在正常水分状态和诱导缺水状态下的变化。样本被收集并用福尔马林-醋酸-酒精溶液固定，然后通过光学显微镜和扫描电子显微镜进行观察。首次详细描述了D. arifolia和D. collina的解剖结构，并报告了所有研究物种在这两种生理状态下的结构变化。在缺水条件下，表皮细胞因脱水而收缩，导致叶片外壁出现小褶皱；叶肉层变薄，薄壁细胞重新排列，使叶片中央区域的细胞间隙增大，同时边缘部分变得更为紧密。维管束中的韧皮部及相关薄壁组织发生收缩；大型石细胞和木质化细胞的腔隙形状和大小也发生了变化；叶柄与维管束类似，其韧皮部也出现了塌陷现象。这些结果表明，Doryopteris叶片的卷曲是表皮、叶肉层及支持组织对水分流失共同作用的结果。组织的可逆变化减少了机械损伤，并使叶片在补水后能够重新展开，从而增强了其对湿度变化的适应性。