黃雙全教授研究組探索紅葉之謎取得新進展
時間：2021-04-13 12:41:01學院：生命科學學院學校：武漢大學
每到秋天，人們都被“萬山紅遍，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，落葉的樹葉子在秋天常常變?yōu)榧t色或者黃色。早期人們認為秋葉在凋落之前變色，是因為葉子逐漸衰老，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為合成了新的色素，并不是原有色素的顯現(xiàn)。例如，在哈佛大學樹木園中約70%的木本植物在葉子衰老過程中產(chǎn)生了“花青素”。二十世紀英國著名的進化生物學家威廉·漢密爾頓認識到秋葉顏色的變化是一個能源消耗的過程，植物付出了較高的代價：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有趣的假說，紅葉可能是給植食性昆蟲（蚜蟲等）的警戒視覺信號：警告昆蟲別來秋葉上產(chǎn)卵過冬，這樣植物在來年受到蟲害的幾率就低。
葉子除了衰老時變?yōu)榧t色，很多種類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、桂花樹，幼葉不為綠色而是帶明顯的紅色。對新加坡一個自然保護區(qū)內(nèi)的熱帶森林的樹木調(diào)查表明，60%的樹種幼葉表現(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是對的，含花青素的紅色樹葉可以降低了蟲害，幼葉為紅色就比為綠色的獲得了較高的生存機會。那為什么有些植物的葉子在生長發(fā)育過程中一直是綠色的呢？
為回答這個問題，武漢大學生命科學學院的博士生陳穎卓在導師黃雙全教授的指導下，利用業(yè)余時間對校園及附近的76種木本植物進行了觀察研究。記錄植物幼葉、成葉和老葉的顏色，并對比幼葉和成葉的一系列機械保護結(jié)構(gòu)（表皮毛、復(fù)表皮和角質(zhì)層加厚等）。他們發(fā)現(xiàn)，幼葉為綠色的樹種具有明顯的保護結(jié)構(gòu)，幼葉為紅色的物種具有保護結(jié)構(gòu)的比例要少得多；對各項特征的系統(tǒng)學分析表明，在植物演化過程中，一旦紅葉特征丟失，綠葉會迅速演化出高水平的機械保護來補償紅色的缺失。這些結(jié)果說明，相對于紅色幼葉，綠色幼葉減少敵害的方式是采用機械的防御策略來保護自己。這項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方面，為解釋紅葉的進化意義提供了新的線索。其相關(guān)成果在國際知名雜志《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。所用的方法和實驗儀器簡單，大一的學生都具備的實驗技能?？梢?，觀察了解身邊的生物，也能探索有趣的自然之謎。
桂花樹的幼葉不是綠色，而是帶明顯的紅色。
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