中国当今的经济在迅速发展,但其生物多样性遭受入侵物种的危害也日益加重。空心莲子草是严重危害我国生态系统的外来入侵种之一,其强大的适应性和迅速繁殖的能力,导致本土植物种类锐减、航道堵塞、农田减产、群落物种多样性下降以及原生生态系统遭受破坏等。国内对空心莲子草的研究多集中于危害和防除方面,少有对不同生境空心莲子草进行比较的研究,而少数与此相关的研究也只阐明了其解剖结构的变化对比,对其适应不同生境的机制的研究还不够深入。植物叶片对环境变化响应迅速且其较高的含水量可促进植物生理活性,因此,以空心莲子草叶片的水分关系为切入点,研究其在水陆生境下相应的叶片水力性状及其它重要生理过程(如光合和抗旱性)的变化,有利于深入了解不同生境下空心莲子草的适应机理,进而为防治空心莲子草的入侵提供理论依据。本研究于中国科学院华南植物园内,选取不同生境(包括水生生境和陆生生境)下空心莲子草成熟个体,通过测定心莲子草叶片与水分运输相关的一系列功能性状(包括叶片导水率、瞬时水分利用效率、膨压丧失点、比叶面积以及气孔交换参数)和结构性状(包括叶片厚度、栅栏组织的厚度和宽度、海绵组织厚度、叶片上下表皮厚度、角质层厚度、气孔大小、气孔密度和末端叶脉密度),结合植物叶片细胞质膜水通道蛋白表达量的变化,一方面分析不同生境下空心莲子草叶片的解剖结构、导水能力、抗旱能力和光合能力的变化,揭示其在水陆生境广泛分布的机理;另一方面鉴定调控空心莲子草水分关系的关键水通道功能基因,探究其在不同生境下对空心莲子草叶片水分运输的调控机制。研究发现,不同生境下空心莲子草的生理生态性状呈现显著差异。陆生生境空心莲子草的角质层厚,气孔小而密,而水生生境空心莲子草的叶片、栅栏组织和海绵组织厚度大,此外,陆生生境的空心莲子草比水生生境的空心莲子草具有更高的叶片导水率、光合速率和抗旱性。通过荧光定量PCR技术测定空心莲子草在水陆生境中细胞质膜水通道蛋白基因在m RNA水平的表达量,结果表明,空心莲子草的水通道蛋白基因表达量在两种生境中只有一个基因表达量存在显著差异,即Ap PIP2-3基因在水生生境中表达量显著高于陆生生境的空心莲子草,其它水通道蛋白基因(Ap PIP1-1,Ap PIP1-2,Ap PIP2-1和Ap PIP2-2)表达量在两种生境中没有显著差异。研究表明,陆生生境空心莲子草的叶片结构有利于减少水分的散失,增强抗旱性;而水生生境空心莲子草的叶片结构更倾向于水分和资源的储存。同时,陆生生境空心莲子草较高的叶片导水率、光合速率和抗旱性,说明其具有更强的资源获取和抗干旱胁迫能力,更有利于种群的扩散。空心莲子草叶片水通道蛋白的研究结果表明,Ap PIP2-3基因可能对于水生生境空心莲子草的水分转运发挥着重要的作用,但总体来说,不同生境下空心莲子草的水通道蛋白对环境因子变化的响应与调控,仍需进一步的研究。综上所述,本研究以空心莲子草叶片水分生理生态性状为切入点,整合分子水平细胞膜水通道基因的转录表达差异,在一定程度上揭示了空心莲子草在不同生境下的适应性的机理,可为空心莲子草的防治提供理论依据。