黃雙全教授研究組探索紅葉之謎取得新進(jìn)展
時(shí)間：2021-04-13 12:41:01學(xué)院：生命科學(xué)學(xué)院學(xué)校：武漢大學(xué)
每到秋天，人們都被“萬(wàn)山紅遍，層林盡染”的自然景觀所陶醉、所震撼。綠葉為什么要變色呢？植物是地球生態(tài)系統(tǒng)中的生產(chǎn)者，將光能轉(zhuǎn)化為自己和其它生物可以利用的化學(xué)能。光合作用的主要色素是葉綠素，由于在葉子生命周期中存在大量的葉綠素，所以我們看到的葉子主要是綠色的。
在北溫帶的森林中，落葉的樹(shù)葉子在秋天常常變?yōu)榧t色或者黃色。早期人們認(rèn)為秋葉在凋落之前變色，是因?yàn)槿~子逐漸衰老，其中的葉綠素分解；但是調(diào)查發(fā)現(xiàn)，很多植物鮮艷的秋葉是因?yàn)楹铣闪诵碌纳?，并不是原有色素的顯現(xiàn)。例如，在哈佛大學(xué)樹(shù)木園中約70%的木本植物在葉子衰老過(guò)程中產(chǎn)生了“花青素”。二十世紀(jì)英國(guó)著名的進(jìn)化生物學(xué)家威廉·漢密爾頓認(rèn)識(shí)到秋葉顏色的變化是一個(gè)能源消耗的過(guò)程，植物付出了較高的代價(jià)：失去了光合作用，而且要合成新的色素。漢密爾頓等提出一個(gè)有趣的假說(shuō)，紅葉可能是給植食性昆蟲(chóng)（蚜蟲(chóng)等）的警戒視覺(jué)信號(hào)：警告昆蟲(chóng)別來(lái)秋葉上產(chǎn)卵過(guò)冬，這樣植物在來(lái)年受到蟲(chóng)害的幾率就低。
葉子除了衰老時(shí)變?yōu)榧t色，很多種類(lèi)植物的幼葉也是紅色的，而不是綠色。只要留意一下身邊的植物，例如樟樹(shù)、桂花樹(shù)，幼葉不為綠色而是帶明顯的紅色。對(duì)新加坡一個(gè)自然保護(hù)區(qū)內(nèi)的熱帶森林的樹(shù)木調(diào)查表明，60%的樹(shù)種幼葉表現(xiàn)出延遲變綠的現(xiàn)象。為什么新生的葉子不是綠色的呢？
如果漢密爾頓的觀點(diǎn)是對(duì)的，含花青素的紅色樹(shù)葉可以降低了蟲(chóng)害，幼葉為紅色就比為綠色的獲得了較高的生存機(jī)會(huì)。那為什么有些植物的葉子在生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中一直是綠色的呢？
為回答這個(gè)問(wèn)題，武漢大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院的博士生陳穎卓在導(dǎo)師黃雙全教授的指導(dǎo)下，利用業(yè)余時(shí)間對(duì)校園及附近的76種木本植物進(jìn)行了觀察研究。記錄植物幼葉、成葉和老葉的顏色，并對(duì)比幼葉和成葉的一系列機(jī)械保護(hù)結(jié)構(gòu)（表皮毛、復(fù)表皮和角質(zhì)層加厚等）。他們發(fā)現(xiàn)，幼葉為綠色的樹(shù)種具有明顯的保護(hù)結(jié)構(gòu)，幼葉為紅色的物種具有保護(hù)結(jié)構(gòu)的比例要少得多；對(duì)各項(xiàng)特征的系統(tǒng)學(xué)分析表明，在植物演化過(guò)程中，一旦紅葉特征丟失，綠葉會(huì)迅速演化出高水平的機(jī)械保護(hù)來(lái)補(bǔ)償紅色的缺失。這些結(jié)果說(shuō)明，相對(duì)于紅色幼葉，綠色幼葉減少敵害的方式是采用機(jī)械的防御策略來(lái)保護(hù)自己。這項(xiàng)工作考慮植物防御的多樣性策略，研究葉色變化的適應(yīng)意義，分析了前人研究紅葉中忽視的一個(gè)方面，為解釋紅葉的進(jìn)化意義提供了新的線索。其相關(guān)成果在國(guó)際知名雜志《Oikos》上在線發(fā)表，"Chen Y-Z & Huang S-Q. Young leaves that are red have relatively poor mechanical defense"。
該工作采用簡(jiǎn)單的徒手切片，在顯微鏡下觀察植物的葉片特征。所用的方法和實(shí)驗(yàn)儀器簡(jiǎn)單，大一的學(xué)生都具備的實(shí)驗(yàn)技能?？梢?jiàn)，觀察了解身邊的生物，也能探索有趣的自然之謎。
桂花樹(shù)的幼葉不是綠色，而是帶明顯的紅色。
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