兰属植物的生活型、光合途径及其生态适应

兰科(Orchidaceae)植物的保护和可持续利用是当前人们关注的重要问题之一。兰科兰属(Cymbidium)植物是我国的传统名花和植物保护中的旗舰类群，具有广泛的地理分布以及多样化的生态特征、生活型和光合代谢途径, 这为研究兰科植物的生态进化与适应提供了一个独特的系统。本项目拟通过野外观测和同质园实验，对兰属植物的光合途径、叶片结构、气孔结构、叶脉密度、水分传导、养分含量、光合特性及水分利用效率进行研究，阐明不同生活型兰属植物的叶片功能性状差异，及其对水分适应和养分适应的意义；并利用系统发育独立比较方法，分析兰属植物叶片功能性状的进化式样及性状间的进化关联性，阐释兰属植物生态适应策略的进化与环境适应性，为其保护利用提供科学依据。

兰科植物具有重要的观赏和药用价值，也是重要的保护类群。兰科中70%以上的物种生活于林冠。通常，林冠不稳定的水分和养分供应会使兰科植物遭受更多的环境胁迫，但附生兰适应林冠环境的机制仍不清楚。研究发现：（1）叶片性状在兰属植物种间存在显著的变化，但只有叶片表皮导度、气孔指数和导管直径表现出系统发育保守性；（2）地生兰和附生兰在生理生态功能上存在实质性的分异，附生种的叶片肉质化程度更高，组织储水能力更强，表现出更高的耐失水能力和耐旱性；（3）兰属中所有的地生种和绝大部分附生种均为典型C3植物，仅纹瓣兰和硬叶兰两种植物表现为兼型景天酸代谢(CAM)类型，说明CAM代谢有助于提高兰属植物的水分利用效率，但不是兰属植物适应附生生境的关键策略；（4）兰属植物的水分储存能力和耐旱性间存在进化关联，而叶脉密度与气孔密度、最大光合速率间的关系很弱，这是因为储水能力减弱了光合作用和蒸腾对当前水分供应的依赖，因此增加叶片的水分储存能力能使植物体内的水分平衡和生理功能在水分胁迫时维持更长时间，是兰属植物适应附生生境的重要策略之一；（5）叶片增厚从进化上有助于提高兰属植物的储水能力和耐旱能力，而气孔指数增加则加快失水，不利于耐旱性增强；（6）叶片氮含量和氮/磷比在地生与地生兰属植物间存在显著差异，说明附生兰可能受氮供应的限制；（7）附生兰和地生兰的资源利用效率存在差别。附生兰比地生兰水分利用保守，具有更高的水分利用效率，且更能适应高的光照环境。施肥明显增加附生兰和地生兰的叶片元素含量、叶绿素含量和光合速率，但光合速率的增幅不如元素含量明显；（8）兰科植物物种丰富度随海拔的变化表现为单峰式样。气候对这一海拔梯度格局的形成具有更强的解释力；（9）温度和水分条件影响兰科植物的物种丰富度和生活型分化的主要环境因素，附生兰比地生兰有更高的温度和降雨量需求。研究结果对认识兰科植物的生态适应以及兰花的保护利用具有重要意义。项目发表了12篇研究论文（其中11篇为SCI论文），培养了4名研究生。