河岸蕨类植物 Osmunda lancea 可育叶柄的机械柔性：短期繁殖器官的低成本适应策略

本研究针对河岸环境频繁洪水冲击下蕨类植物繁殖器官的适应机制，通过对比分析河岸种Osmunda lancea与内陆近缘种O. japonica可育叶柄的形态学、解剖学及力学特性，首次揭示可育叶柄通过缩短厚壁细胞长度、降低细胞壁密度实现高柔性，以低成本策略保障短期孢子传播。该发现为理解植物繁殖器官的环境适应提供了新视角。

　　

在全球气候变化导致极端水文事件频发的背景下，河岸植物如何应对洪水冲击成为生态学研究的重要课题。蕨类植物Osmunda lancea作为典型的河岸物种，其不育叶已证实具有窄披针形羽片和柔性叶柄的适应性特征，但负责短期孢子传播的可育叶是否具有类似机制尚属未知。东京城市大学综合科学与工程研究生院的研究人员通过对比O. lancea与内陆近缘种O. japonica，首次系统解析了可育叶柄的机械适应性策略，相关成果发表于《Scientific Reports》。

研究团队运用三点弯曲试验测定叶柄弯曲强度(σ_max)、断裂应变(ε_break)和弹性模量(E)，结合组织离解法测量厚壁细胞长度，并通过细胞壁面积占比和密度分析揭示结构基础。样本采集自日本山梨县鹤河流域的天然种群，确保生态代表性。

可育叶柄的种间差异

O. lancea可育叶柄断裂应变显著高于O. japonica(10.04% vs 7.28%)，但弹性模量无显著差异。解剖显示其厚壁细胞长度显著缩短(725.37 vs 788.94 μm)，细胞壁密度却更高(0.12 vs 0.11×10^-3 g/mm³)，表明通过细胞尺寸调控而非材料刚度实现柔性。

可育与不育器官的权衡

虽然O. lancea可育叶柄与不育叶柄柔性相当，但其弯曲强度(5.04 vs 11.03 N/mm²)和弹性模量(327.14 vs 589.58 MPa)显著更低。解剖特征显示可育叶柄厚壁细胞壁面积占比更低(40.20% vs 53.01%)，胞质截面积更大，印证其采用薄壁细胞构建的低成本策略。

该研究揭示O. lancea通过两种互补策略适应河岸环境：不育叶采用高强度设计保障长期光合作用，而可育叶通过缩短细胞长度增加界面可动性，配合薄壁细胞结构实现"低成本高柔性"的短期繁殖策略。这种分化适应为理解植物器官功能专化提供了新案例，也为预测气候变化下河岸生态系统演变提供了力学依据。值得注意的是，可育叶柄的短暂地表存在期(约1个月)显著降低其遭遇洪水的概率，这种"时间规避"与"结构柔性"的组合策略，彰显了植物在资源分配与风险规避上的进化智慧。