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原創(chuàng) 高天陽 中國科學院昆明植物研究所

水澇是一個農(nóng)業(yè)上經(jīng)常發(fā)生的非生物脅迫。它會引發(fā)根系缺氧，進而導致生理代謝紊亂與氧化損傷，阻礙植物生長發(fā)育，甚至造成死亡。蘭科（俗稱蘭花）是全球重要的觀賞和藥用植物，在自然生境中具有附生、地生和腐生三種生活型，每種生活型反映了其水分和養(yǎng)分適應策略。其中，附生型和地生型蘭花微生境的水分異質(zhì)性明顯。有研究假設認為，對水澇環(huán)境的不耐受性是驅(qū)動植物向附生生活型演化的重要因素。此外，在生產(chǎn)栽培上，水分過多經(jīng)常導致蘭花根系腐爛和死亡。目前，人們對附生型和地生型蘭花的干旱適應機制已有較深入的認識，而關于其水澇脅迫耐受性和適應機制的研究缺乏。中國科學院昆明植物研究所張石寶團隊通過一系列研究工作，系統(tǒng)揭示了附生型與地生型蘭花響應和適應水澇脅迫的策略和機制。

為了理解蘭花適應不同水分生境的形態(tài)結(jié)構基礎，研究團隊對蘭屬15種附生型和9種地生型植物的根和葉片解剖性狀進行了比較研究，發(fā)現(xiàn)附生型物種普遍具有更厚的根被組織和更大的木質(zhì)部導管，這有利于在短暫的降水事件中快速吸收和運輸水分，體現(xiàn)了“快速吸水－高效輸水”的耐旱適應特征。地生型物種則擁有更發(fā)達的根皮層，如更大的皮層面積、皮層細胞長度及皮層/中柱比，這有助于在土壤積水時促進內(nèi)部氧氣擴散，增強耐澇性。這些表明，附生型與地生型蘭花已在長期演化中形成了與各自水分環(huán)境相匹配的形態(tài)結(jié)構性狀。相關成果以Differentiation in water adaptation strategy between epiphytic and terrestrial species of Cymbidium,Orchidaceae為題發(fā)表于AoB Plants（DOI: 10.1093/aobpla/plaf030）。中國科學院昆明植物研究所博士研究生高天陽為論文第一作者，張石寶研究員為通訊作者，張偉副研究員參與了研究工作。

研究團隊以蘭屬附生型植物西藏虎頭蘭（Cymbidium tracyanum）和地生型植物墨蘭（C. sinense）為研究對象，通過模擬控制實驗，整合形態(tài)學、生理學、代謝組學和轉(zhuǎn)錄組學方法，研究了其對水澇脅迫的敏感性和響應差異，發(fā)現(xiàn)西藏虎頭蘭對水澇脅迫更敏感，表現(xiàn)出更嚴重的根際缺氧、根系活力下降、可溶性糖耗竭以及氧化損傷，并傾向于激活次生代謝途徑，大量合成防御化合物。這種高投入的“防御導向型”策略雖然可能增強短期抗逆性，卻因大量消耗資源而加劇了能量危機，最終導致生理機能崩潰。相反，墨蘭則通過“穩(wěn)態(tài)維持型”策略，優(yōu)先積累脂類等初級代謝產(chǎn)物，有效維持能量供應、氧化還原平衡和膜結(jié)構穩(wěn)定，表現(xiàn)出更強的耐澇性。相關成果以A multi-omics comparative analysis reveals differential responses of epiphytic and terrestrial orchids in Cymbidium to waterlogging為題發(fā)表于Environmental and Experimental Botany（DOI: 10.1016/j.envexpbot.2025.106268）。昆明植物研究所博士研究生高天陽為論文第一作者，張石寶研究員為通訊作者，已畢業(yè)碩士研究生劉寧宇和在讀博士研究生周貝蓓參與了研究工作。

水澇脅迫后的恢復能力對提高植物耐受性具有關鍵作用。研究團隊進一步聚焦于對水澇敏感的西藏虎頭蘭，探究其水澇脅迫后的恢復機制。研究發(fā)現(xiàn)，西藏虎頭蘭在水澇后恢復過程中會被誘導形成大量側(cè)根，這與其根系功能修復和活力恢復同步。轉(zhuǎn)錄組分析和植物激素檢測表明，水澇期積累的乙烯在恢復初期發(fā)揮了早期信號作用。通過外源施加乙烯前體ACC實驗證實，乙烯能夠直接誘導西藏虎頭蘭形成側(cè)根，并同時激活茉莉酸信號轉(zhuǎn)導途徑。加權基因共表達網(wǎng)絡分析進一步鎖定 CtNAC68 和CtWRKY65 兩個關鍵轉(zhuǎn)錄因子作為乙烯-茉莉酸信號交叉對話的核心樞紐，調(diào)控側(cè)根發(fā)育相關基因的表達。這一發(fā)現(xiàn)首次在附生型蘭花中揭示了水澇后通過乙烯-茉莉酸信號通路協(xié)同驅(qū)動側(cè)根形成的適應機制，為理解其生態(tài)適應提供了新視角。相關成果以Ethylene promotes lateral root formation following waterlogging in an epiphytic orchid,Cymbidium tracyanum為題發(fā)表于Plant Physiology and Biochemistry（DOI: 10.1016/j.plaphy.2025.110575）。昆明植物研究所博士研究生高天陽和已畢業(yè)碩士研究生劉寧宇為論文第一作者，張石寶研究員為通訊作者，博士后涂夢玲和碩士研究生羅海翠參與了研究工作。

上述研究揭示了附生型和地生型蘭花對水澇脅迫的敏感性差異，并從多維度闡釋了兩種生活型蘭花響應和適應水澇脅迫的機制，尤其發(fā)現(xiàn)附生型蘭花可通過乙烯-茉莉酸信號通路調(diào)控水澇后的側(cè)根形成增強其適應和恢復能力。這些研究結(jié)果深化了對蘭科植物適應與進化的理解，并為生產(chǎn)栽培管理提供了重要的科學依據(jù)。研究工作得到國家自然科學基金項目（32170393）、國家重點研發(fā)計劃（2024YFF1306703）、云南省重點研發(fā)計劃（202403AC100032）等項目的支持。

文：高天陽