系统发育关系对气孔频度法重建古大气CO₂浓度的影响分析——以苏铁属（Cycas）植物为例

【作者】 梁水清； 苏涛； 李楠；

【机构】 中国科学院西双版纳热带植物园； 中国科学院大学； 中国科学院深圳仙湖植物园；

【摘要】 气孔是植物与外界进行气体交换的重要场所之一。部分陆生维管植物气孔频度与大气CO₂浓度具有相关关系（正相关或负相关）,利用这种相关性,以化石植物的现生最近亲缘种作为代理种,则可重建地质历史时期的大气CO₂浓度。尽管这一方法在研究古大气CO₂浓度变化历史中广泛应用,但是该方法尚存在不确定性:气孔频度对大气CO₂浓度变化的响应关系具有高度的种间特异性,目前对于同一属的植物对CO₂浓度变化响应的异同及其规律还不清楚。这些不确定性可能导致利用气孔频度法时,选择不同现生代理种重建相同地质历史时期的大气CO₂浓度值,其结果出现明显的差异。作为叶片的重要性状之一,气孔频度不仅受到环境因子（主要是大气CO₂浓度）的影响,而且有可能受到显著的系统发育关系的影响,目前还缺乏相关的研究。本实验以西双版纳热带植物园（版纳园）及深圳仙湖植物园（仙湖园）栽培种植的16和25种苏铁属（Cycas）植物为研究材料（其中C.pectinata,C.segmentifida,C.micholitzii,C.guizhouensis,C.hainanensis,C.panzhihuaensis,C.sexseminifera,C.szechuanensis,C.fairylakea,C.parvula,C.siamensis,C.rumphii,C.hongheensis 13个种为两地共有种）,每个种选取3个成熟个体并于植株朝南向阳处选择3个成熟羽叶,在每个羽叶中部位置采集1枚羽片作为一个样品。每样品剪取羽片中部位置制作角质层光镜切片,每样品统计3个视野的气孔频度值（包括气孔密度和气孔指数）,使用Blomberg’s K值法进行系统发育信号检测。结果显示,版纳园和仙湖园苏铁属气孔密度变化范围分别为50（C.guizhouensis）-82 （C.siamensis）个/mm2和47（C.segmentifida）-95（C.taitungensis）个/mm2;两园气孔指数的范围为4.97（C.guizhouensis）-7.76（C.siamensis）%和4.69（C.seemanni）-7.66（C.siamensis）%。对于同种植物,两园有11个种的气孔密度和6个种的气孔指数在统计学上存在显著差异（P<0.05）。系统发育信号检测结果发现,两园的苏铁属植物气孔频度受系统发育影响均不显著。结果证明气孔频度受到环境因素的影响,因而能够用于古大气CO₂浓度重建,但是需要注意不同种对于大气CO₂浓度响应的差异性。更多还原