山地未来许建初教授与团队在《奥布植物》(AoB Plant)杂志发布地衣共生藻研究新发现,《共生绿藻的获取使得绿藻型地衣和绿藻-蓝藻型地衣都能够在低湿度和无液态水的条件下进行光合作用》,此研究结果作为主编推荐的论文(Editor's Choice)的形式发表。
许建初教授
中国科学院昆明植物研究所Fiona Ruth Worthy博士为本文第一作者,许建初研究员和王欣宇副研究员为通讯作者。《Aob Plants》(奥布植物)是一本由牛津大学出版社出版的植物科学类学术刊物,主要刊载植物科学相关领域研究成果与实践。
地衣是真菌和藻类(或蓝细菌)通过互惠共生而组成的复合体,它的共生藻主要分为绿藻和蓝细菌(蓝藻)两大类,通常地衣只选择其中一类进行共生,即蓝藻型地衣(cyano-lichen)或者绿藻型地衣(chloro-lichen)。蓝藻需要有液态水才能进行光合作用,而绿藻则可以在没有液态水的条件下通过气态水进行光合作用。近期,中国科学院昆明植物研究所研究人员在对青藏高原的肺衣属(Lobaria)的研究中发现,蓝藻型肺衣的共生藻层中同时也出现了绿藻。据此研究人员推测,这类蓝藻型肺衣获取绿藻是一种偶然现象,跟绿藻共生或许是对高海拔地区低温干旱环境的适应性表现。
蓝藻型的肺衣(左图,裂芽肺衣Lobaria isidiosa)和绿藻型的肺衣(右图,王立松肺衣Lobaria wanglisongiana)
为了验证这些假设,研究人员在2000米—4000米海拔范围内采集了大量蓝藻型和绿藻型肺衣的标本,并通过测量叶绿素(chlorophyll b)的含量,以及切片观察的方法来确定是否存在共生绿藻。同时通过多基因测序确定其系统发育关系和共生关系,并使用密闭的气体交换系统测量了不同湿度条件下的光合速率。
研究结果表明:在所有的蓝藻型肺衣样品的共生藻层中,都同时观察并检测到了绿藻,表明这类地衣并不只与蓝藻共生,同时也选择了与绿藻共生,并且这一现象在整个青藏高原地区的蓝藻型肺衣属中普遍存在;蓝藻型肺衣与绿藻型肺衣的叶绿素含量基本一致,表明其共生绿藻的出现并非偶然,而是一个稳定的共生藻;由于有了共生绿藻,蓝藻型肺衣即使在完全干燥的状态下,也具备了在没有液态水的条件下进行光合作用的能力。
该研究对地衣共生藻的选择和构成提出了新的认知,也证实了肺衣在极端环境中的适应能力及其适应策略,为藻菌共生机理的探索和适应性演化研究奠定了良好基础。