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Current Biology | 花色素沉积快速响应全球臭氧和温度变化

来源：花匠小妙招时间：2024-11-06 09:05

责编 | 逸云

人类活动造成的臭氧层破坏是加剧全球气候变化的关键因素之一，臭氧的持续减少造成陆地和水生生态系统所面临的紫外线辐射加剧，并对生物健康造成威胁【1】。尽管《蒙特利尔议定书》的实施部分抑制了臭氧降解，但是在当前排放情况下，紫外线增加仍是整个生态系统面临的严峻生态问题。从生态学和进化的角度分析，紫外线的加剧同时也会驱动生物的性状协调响应以缓解紫外线胁迫，比如可以吸收紫外线的色素沉积（Pigmentation）是不同生物中均存在的一种保护机制【2】。在植物中的研究发现，随着臭氧层破坏加剧，植物表皮组织中类黄酮等色素积累也随之增加，并作为植物吸收紫外线的主要保护机制【3】。此外，开花植物的花瓣由于在空间上具有可变的紫外线吸收/反射特性而引起关注。花瓣中吸收紫外线的面积比例（UVP，UV proportion）还会影响植物授粉，因为较大的UVP可以减少紫外线从花瓣向花药上的反射，从而提高花粉活力和育性【4】。尽管紫外线辐射对花卉色素沉积的促进作用已经被报道，但是这种表型响应的主要驱动因子和影响因素尚不清楚。

近日，美国克莱姆森大学（Clemson University）的 Matthew H. Koski及其合作者在 Current Biology在线发表了一篇题为 Floral Pigmentation Has Responded Rapidly to Global Change in Ozone and Temperature的研究论文，通过对跨越42个物种、77年时间（1941年到2017年）的1283个花朵标本色素沉积的变化研究，评估了色素沉积与臭氧及温度变化的关系以及造成不同分类单元间差异响应的原因。

该研究首先对所有标本进行系统分类和筛选，如花型（花药裸露：花瓣放射状对称或呈放线状；或隐藏：花瓣呈双边对称）、地理空间（纬度，经度，海拔）、季节及标本的历史时长等。通过对标本进行紫外线拍照并进一步分析了单个花瓣上的UVP以衡量色素沉积。结果表明，在全球范围内，整个分类单元中的花瓣紫外线色素沉着程度平均每年增加约2％，并且这种变化受到时间的影响最大。

该研究还通过模型验证了UVP与标本收集时的臭氧水平的负相关关系，即臭氧下降幅度更大的分类单元中色素沉积更多。此外，该研究发现色素沉积与花型有关。结果显示，花药暴露的物种中色素沉积随紫外线升高的变化更为明显，这可能是由于这些物种经历了更严峻的臭氧下降；而花药隐藏物种的色素沉积随着温度升高而降低，这可能与紫外线色素沉积的温度调节作用有关。

The Magnitude of Climatic Change Predicts Variation in the Magnitude of Temporal Change in UV Floral Pigmentation among Taxa

总之，该研究揭示了花卉色素沉积对人为气候变化的快速响应并解析了分类单元之间差异反应的原因。该研究表明，全球变化可能通过影响色素沉积而改变授粉从而影响植物的繁殖适应性。该研究为首次将不同分类单元中的色素沉积变化与臭氧和温度变化进行了关联。

参考文献

【1】Roulin, A. (2014). Melanin-based colour polymorphism responding to climate change. Glob. Change Biol. 20, 3344–3350.

【2】Crozier, L.G., and Hutchings, J.A. (2014). Plastic and evolutionary responses to climate change in fish. Evol. Appl. 7, 68–87.

【3】Searles, P.S., Flint, S.D., and Caldwell, M.M. (2001). A meta-analysis of plant field studies simulating stratospheric ozone depletion. Oecologia 127, 1–10

【4】Koski, M.H., and Ashman, T.-L. (2015). Floral pigmentation patterns provide an example of Gloger’s rule in plants. Nat. Plants 1, 14007

原文连接：

https://www.cell.com/current-biology/fulltext/S0960-9822(20)31267-7

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