乾旱（drought）對植物演化的影響

 

圖片來源：維基百科

乾旱（drought）對植物短期的影響是很明顯的。但是對植物是否會有長期的影響呢？在人類的研究上曾經發現，飢荒會對基因的甲基化發生影響。對植物是否也會發生一些演化上的影響？

美國的研究團隊，利用了從標本館收集的一年生車前屬植物（Plantago patagonica）的種子，在溫室條件下種植。

這些種子來自於2003年至2014年間在亞利桑那州北部五個地點採集的樣本。這些種子代表了「乾旱前」的基因型，並與2019年秋季在相同地點採集的「乾旱後」基因型進行了比較。這次乾旱期約持續了5至16年，表明這些標本館種子在被用於實驗前存放了5至16年。

研究團隊進行了以下的比較研究：

1. 資源分配比較：研究比較了後代與祖先植物在生殖和植物組織上的資源分配。
2. 生長和繁殖特徵：分析了植物的種子數量、種子質量、葉子質量和生殖努力等特徵，並與祖先植物進行了比較。
3. 抗旱能力：透過實驗，研究評估了後代植物在模擬乾旱環境下的存活能力，並與祖先植物進行了比較。

其中資源分配比較實驗的進行方式如下：

植物生長條件: 所有植物（祖先和後代）在溫室中共同生長條件下培育，以確保環境因素的一致性。
水分處理: 實施不同的水分處理，包括「濕潤」、「中等」和「乾燥」，以模擬不同的水分狀況。
接著研究團隊測量種子數量、種子質量、葉質量和生殖努力（總地上生物量中分配給種子質量的比例）。並使用統計方法分析資源分配的差異，包括生殖組織和植物組織（地上和地下）的投資變化。

研究團隊發現，後代植物群體在資源分配上發生了顯著變化，相比於祖先植物，它們在繁殖組織上的投資減少，而在地上和地下的植物組織上的投資增加。另外在抗旱能力實驗中，祖先植物與後代植物顯示出了差異。這些差異反映在他們對乾旱環境的適應能力上，其中後代植物展現出更好的適應性和存活能力。這說明了植物在面對乾旱等極端環境壓力時的迅速進化和適應性變化。

這些結果證明了在特定情況下，標本館的種子可作為未來復活實驗的未開發來源。當然，也證明了有時候例行的採集與保存也會出現意想不到的價值喔！

參考文獻：

Christie K, Pierson NR, Holeski LM, Lowry DB. Resurrected seeds from herbarium specimens reveal rapid evolution of drought resistance in a selfing annual. Am J Bot. 2023 Dec 15:e16265. doi: 10.1002/ajb2.16265. Epub ahead of print. PMID: 38102863.