沙蓬（Agriophyllum squarrosum）是一種系統(tǒng)發(fā)育位置較為基部的雙子葉植物，歷經(jīng)長期的自然選擇，在流動沙丘多變和惡劣環(huán)境中演化形成了多種特異的形態(tài)結(jié)構(gòu)。近期，中國科學(xué)院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院趙鵬善課題組結(jié)合細(xì)胞生物學(xué)和生理生態(tài)學(xué)相關(guān)研究方法，揭示了葉片結(jié)構(gòu)及表皮毛在沙蓬植株發(fā)育早期水分調(diào)控方面所發(fā)揮的關(guān)鍵作用，也為沙蓬的馴化育種提供了新的遺傳資源。

研究通過葉片組織切片發(fā)現(xiàn)，沙蓬葉片呈現(xiàn)出類似單子葉植物的雙面氣孔型等面葉結(jié)構(gòu)，即葉片近遠(yuǎn)軸面都有氣孔器、柵欄組織和平行葉脈。這種獨(dú)特的葉片結(jié)構(gòu)不僅顯著提高了光合作用的效率，還增強(qiáng)了沙蓬對沙漠環(huán)境的適應(yīng)性。進(jìn)一步結(jié)合葉片內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)特征和碳同位素分析（δ13C值為-28.57‰），確認(rèn)了沙蓬屬于碳三（C?）植物，從而解決了長期以來關(guān)于沙蓬光合作用途徑的爭議。

研究人員采用掃描電鏡技術(shù)，定義了沙蓬表皮毛形態(tài)應(yīng)為“dendritic-like”。組織切片結(jié)果表明，沙蓬多分枝狀表皮毛為多細(xì)胞非腺體型。通過對比野生型沙蓬（沙坡頭基因型，SPT）和表皮毛減少突變體（astcl1）發(fā)現(xiàn)，野生型沙蓬苗期離體葉片水分散失和葉綠素析出速度更快，而astcl1離體葉片失水速率較慢，葉片角質(zhì)層顯著增厚。同時，甲苯胺藍(lán)染色顯示，表皮毛著色程度遠(yuǎn)高于葉片鋪板狀細(xì)胞。這些結(jié)果表明，表皮毛是沙蓬葉片非氣孔水分運(yùn)移的主要途徑。

這項研究揭示了沙蓬表皮毛在葉片水分調(diào)控中的關(guān)鍵作用，特別是在干旱環(huán)境中如何通過調(diào)節(jié)水分吸收和散失來適應(yīng)沙漠環(huán)境。這些發(fā)現(xiàn)不僅增進(jìn)了對沙蓬適應(yīng)性特征的理解，還為選育適合干旱區(qū)種植的作物提供了理論依據(jù)。研究團(tuán)隊將進(jìn)一步開展田間試驗，驗證表皮毛缺失突變體（astcl1）是否適合作為單一馴化性狀改良新品系進(jìn)行規(guī)模種植。

研究成果以Monocot-like leaf structure and trichome-water relations in early growth stages of the C3 plant sand rice (Agriophyllum squarrosum)為題發(fā)表在Plant Science期刊上。西北研究院已畢業(yè)博士研究生冉瑞蘭為論文第一作者，趙鵬善研究員、崔曉云副研究員為論文共同通訊作者。

論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.plantsci.2025.112480