与陆生植物相比，水生植物的生存环境已经发生了根本性的变化，由此沉水植物演化出了一系列较为特殊的功能性状，对周围环境的响应机制也有其特殊之处。武汉植物园水生植物生物学学科组科研人员在水生植物功能性状及对环境响应研究开展了一系列研究，取得如下进展：
1、沉水植物对不同盐度的响应
人们对盐分影响植物生长发育的认知可能已有上千年。实验中通过设置不同的盐度梯度，发现穗状狐尾藻在盐度5‰条件下原有茎尖会死亡，同时形成新的矮化茎尖。解剖结构的研究表明植物茎尖表皮细胞形态发生显著变化。相关研究结果以“Responses of five submerged macrophytes to NaCl salinity in a tropical mesocosm study”为题发表在Fundamental and Applied Limnology上。本文第一作者为海南大学陈涛，共同通讯作者为海南大学尹黎燕和武汉植物园操瑜副研究员。论文DOI:10.1127/fal/2020/1303.
2、沉水植物对螺类密度的响应
螺类与沉水植物存在较为复杂的交互作用，一种是通过取食附着藻促进植物的生长，一种是通过直接取食抑制植物的生长。本实验通过设置不同的螺类密度对四种沉水植物生长与繁殖的影响进行了分析，研究结果表明：高密度条件下，沉水植物生长受到了显著的抑制，而且不同植物的功能性状响应也有所不同，茎杆较细的尖叶眼子菜(Potamogeton oxyphyllus)在高密度螺类处理中株高显著矮于低密度螺类出。相关研究结果以“Responses of four submerged macrophytes to freshwater snail density (Radix swinhoei) under clear-water conditions: A mesocosm study”为题发表在Ecology and Evolution上。本文第一作者是武汉植物园水生植物生物学课题组支永威，通讯作者为操瑜副研究员。论文DOI: 10.1002/ece3.6489。
3、沉水植物对新型污染物的响应
狸藻是大型无根水生植物，通常生长在小湖泊和池塘中。一株狸藻可以拥有成百上千个捕虫囊来捕获和消化猎物。这些捕虫囊（长1-5毫米）由外壁和顶部的单个阀门组成。除了植物表面进行的正常养分吸收外，捕虫囊还用于捕获小的猎物，这些猎物是狸藻养分的主要来源。添加新型污染物微塑料的受控实验结果表明狸藻的生长显著的受到微塑料的抑制，可能的毒理机制是，狸藻可以通过捕虫囊摄入大量的微塑料，并且微塑料也可以粘附在植物上。同时，通过模型计算探讨了EC50在毒理学中的应用。相关研究结果以“Bladder entrance of microplastic likely induces toxic effects in carnivorous macrophyte Utricularia aurea Lour”为题发表在Environmental Science and Pollution Research上，本文第一作者是武汉植物园水生植物生物学课题组周靖喆，通讯作者为操瑜副研究员。同时以“Letter to the editor: Proteomic responses to silver nanoparticles vary with the fungal ecotype”为题发表在Science of the Total Environment上。本文第一作者是海南大学黄家权教授，通讯作者为江红生副研究员。论文DOI: 10.1007/s11356-020-09529-y及10.1016/j.scitotenv.2020.140705.
4、沉水植物功能性状研究（叶片长度和碳酸氢根的利用）
叶片是植物光合作用的重要器官，叶片长度作为植物性状中的一个重要指标，一直以来都是相关研究的重点。世界上叶片最长的陆生木本植物是棕榈树科的Raphia regalis，叶长可达25 m。最长的陆生草本植物百岁兰属（Welwitschia）、海芋属（Alocasia）和Musa的植物叶片可达3 m（除去叶柄）。目前关于陆生植物叶片的最大长度的限制原因已有较多研究，认为最大叶长主要受限于叶脉直径和叶密度，但对于沉水植物的叶片最大长度及其限制因素仍然是未知的。
具有带状叶片的沉水被子植物通常具有较长的叶片，且此类植物的长度通常代表植物的最大高度和捕光能力。本研究通过对淡海水中48种带状沉水被子植物的最大叶长数据进行收集整理，发现澳大利亚苦草（Vallisneria australis）的叶片最长，为300 cm（图1）。鉴于水生被子植物起源于陆生植物，二者具有相似的生理基础（如营养需求和氧气输送），但由于水陆生境的不同，随着沉水植物对水环境的不断适应，二者的叶片性状存在差异较大，因此，限制沉水植物叶片伸长的因素可能与陆地植物不同。研究表明，光照不是调节淡水湖泊中沉水植物最大带状叶长的唯一影响因素，其它生物因素（如叶片寿命和密度）和非生物因素（如水力阻力）可能参与调节。该研究是对带状叶沉水植物最大叶长限制因素的初步探索，仍需更多相关工作（如叶片寿命）去研究限制其最大叶长的主要因素。相关研究结果以“Is there a maximum length of strap-like leaves for submerged angiosperms?”为题发表在Aquatic Botany上。本文第一作者是武汉植物园水生植物生物学学科组刘洋，通讯作者为操瑜副研究员。论文DOI: 10.1016/j.aquabot.2019.103184。
水分胁迫不再是沉水植物光合作用的主要限制因素，CO2成为沉水植物光合作用的首要限制因子。虽然CO2能轻易的穿透生物膜，但它在水中的扩散速率比在空气中要低104倍，此外由于水体与植物体边界厚的静水层的阻挡，使得沉水植物光合作用常受到低CO2供应的胁迫；而喀斯特地区水体中的无机碳含量常常非常高，沉水植物的光合无机碳利用策略可能与其他地区不同。本研究选取典型喀斯特地区的一条河流研究河流上下游沉水植物的无机碳利用能力，结果从河流上游到下游优势的沉水植物的主要无机碳利用途径从CO2转变为HCO3- 。相关研究结果以“ Different mechanisms of bicarbonate use affect carbon isotope composition in Ottelia guayangensis and Vallisneria denseserrulata in a karst stream”为题发表在Aquatic Botany上。本文第一作者是武汉植物园水生植物生物学学科组江红生，通讯作者为海南大学尹黎燕教授。论文DOI: 10.1016/j.aquabot.2020.103310 。
图1 穗状狐尾藻对不同盐度梯度的响应
图2 不同螺类密度对四种沉水植物生长及繁殖的影响
图3 新型污染物微塑料对水生植物狸藻的影响
图4 河流上下游的无机碳形式及沉水植物无机碳利用方式的模式图
