亚马逊卡廷加植物铁元素组织定位揭示系统发育驱动的适应策略

本研究针对铁(Fe)过量对植物的毒性问题，通过组织化学分析、扫描电镜(SEM)和能谱(EDS)技术，系统比较了亚马逊卡廷加生态系统中单子叶与双子叶植物对铁吸收、转运及储存的差异机制。发现单子叶植物通过根表铁斑(iron plaque)形成和内皮层屏障实现铁排斥，而双子叶植物依赖酚类化合物螯合及叶肉细胞储铁，揭示了系统发育驱动的生态位分化策略，为极端环境植物适应性提供新见解。

　　

在亚马逊东部铁富集的卡廷加生态系统中，铁(Fe)既是植物必需营养元素，也是潜在毒性因子。其氧化还原特性(Fe²⁺/Fe³⁺转换)虽支撑光合作用等关键生理过程，但过量积累会导致活性氧(ROS)爆发。卡廷加地貌包含开放带、草原和灌丛三种生境，形成独特的铁胁迫梯度。尽管前人关注了铁代谢分子机制，但不同进化谱系植物在自然生态系统中的铁适应策略差异仍不明确。为此，研究人员选择六种代表性物种（单子叶与双子叶各三种），首次系统解析了铁组织分布与系统发育的关联规律。

研究采用组织化学染色结合扫描电镜-能谱联用(SEM-EDS)技术，样本来自巴西卡拉加斯国家森林（北纬5°52′-6°32′，西经49°53′-50°49′）的典型生境。通过比较根叶铁分布模式发现：单子叶植物如Axonopus carajasensis通过根表铁斑沉积和外皮层木质化实现铁排斥，同时将铁隔离于叶维管束鞘细胞液泡；而双子叶植物如Mimosa acutistipula则利用叶肉细胞储铁，辅以酚类化合物螯合。特别值得注意的是，Paspalum cangarum等物种的腺毛可捕获铁颗粒，防止气孔堵塞。单子叶植物根部的通气组织(aerenchyma)进一步促进水涝条件下的铁斑形成。

【Roots】部分显示，禾本科物种根表铁斑与内皮层凯氏带协同作用，有效阻隔铁内流。双子叶植物根表皮和周皮则呈现高强度铁信号，暗示不同的吸收途径。【Phylogeny-driven strategies】章节指出，单子叶植物的"排斥-隔离"策略与双子叶植物的"螯合-储存"策略具有功能趋同性，这种分化可能源于各自祖先对湿地（单子叶）和旱地（双子叶）的适应遗产。

结论表明，系统发育历史深刻塑造了植物铁调控策略：单子叶植物依赖物理屏障（铁斑、内皮层）和细胞分区，双子叶植物侧重化学调控（酚类、有机酸）。这些发现不仅解释了卡廷加生态系统多谱系共存的机制，还为作物铁毒抗性育种提供新思路——例如通过模拟自然选择压力下的进化方案。论文发表于《Flora》，其创新性在于将传统组织学技术与生态进化理论结合，填补了铁代谢研究从分子机制到生态系统尺度的空白。