植物雄蕊合生的多样性、适应意义及分类学意义初探

定义并总结了雄蕊合生现象,对雄蕊合生的类型、适应意义、进化及分类学意义进行了初步的讨论和总结.本文定义"雄蕊合生"为,花内雄蕊与雄蕊之间部分或整体的结合生长,既包括愈合与黏合,也包括结合紧密的贴生和靠生.根据雄蕊合生部位的不同,将雄蕊合牛分为"花丝合生"、"花药合生"和"花丝花药均合生"等三大类.每一类中还存在着合生程度不同的子类型.雄蕊合生的结构还可能进一步与柱头或花柱合生在一起,形成"合蕊柱"一类的复杂结构.雄蕊合生在裸子植物较进化的科如百岁兰科和买麻藤科中就出现了,在种子植物中集中分布在近50个科内,且从系统关系来看,雄蕊合生各个类型可能发生过多次进化上的反复.在被子植物中,花丝合生类型更多地与较早进化的类群联系在一起,且多出现在离瓣花中;花药合生及花丝花药均合生则较晚进化,多与有着明显花冠筒的合瓣花伴随出现.这暗示着,雄蕊的合牛结构有可能与花部其他特征一起影响了植物的繁殖过程,具有一定的适应意义.目前,还没有实验研究针对雄蕊合生各个类型开展实验以揭示其发育机制和适应意义.理论上,花丝合乍能增强雄蕊的强度,有时候还形成了围绕子房与花柱的杯状、管状或环状结构,能对子房和花柱有着保护作用且承受传粉者在花内移动的压力:花丝合生还可将雄蕊固定在一个较为稳定的位置,使得花药接触传粉者身体的部位相对固定,减少了花粉浪费.花药合生能将花内花药都集中到同一个位置,花粉接触传粉者身体的同一部位,从而降低花粉损耗和提高异交授粉的准确性.花丝花药均合生可以同时具有以上两种合生方式的适应意义,而且还极大改变了雄蕊的结构与空间位置,改变了花药与柱头之间的空间位置(雌雄异位),对花内自交可能性和雌雄功能干扰有着潜在的影响.雄蕊合生各个类型的适应意义及其对访花者类型与行为和植物繁殖策略的影响,还需要开展实验进行针对性的研究.由于雄蕊形态与结构较为稳定,雄蕊合生的不同方式以及合生程度可以作为科与种的分类参考.     

花内雄蕊分化及其适应意义

对花内雄蕊存在显著分化的现象进行了分析与归纳, 总结了花内雄蕊分化的各种主要形式及其繁殖适应意义。“花内雄蕊分化”是指花内雄蕊与雄蕊之间存在显著分化的现象, 这一概念可以把二强雄蕊、四强雄蕊和异型雄蕊等以往单独进行研究的相关性状结合起来, 并明确区分了几种新的花内雄蕊分化形式, 以期更准确全面地认识这些相关性状的适应意义与进化。该文将花内雄蕊分化区别为花丝的分化、花药的分化、雄蕊合生的分化、雄蕊运动的分化、退化雄蕊5大类。花丝的分化主要是花丝长度的分化, 如四强雄蕊、二强雄蕊和单强雄蕊; 花药分化主要指花药颜色、花药与花粉粒大小和花药开裂时间等的分化; 雄蕊合生的分化主要体现为花内部分雄蕊合生而部分雄蕊离生; 雄蕊运动的分化指的是花内雄蕊在运动时间或方式上存在差异, 造成雄蕊处于不同的成熟阶段和位于不同的空间位置; 退化雄蕊则是花内部分雄蕊失去了生产花粉的繁殖功能, 通常也发生了花药形态上的巨大改变。异型雄蕊不仅存在花丝和花药的形态分化, 还存在着明显的功能分化, 是分化程度很高的一类特殊的花内雄蕊分化形式。一些特殊的繁育系统, 如异长花柱和镜像花柱等在种内不同个体上存在着不同形式的花内雄蕊分化。花内雄蕊分化在花内造成了多个不同的花药位置, 在很大程度上影响了雌雄异位程度, 对植物自交与异交水平、花内雌雄功能干扰等有着潜在作用; 花内雄蕊分化形成的多个不同空间位置的雄蕊还增加了对多种访花者的吸引与适应潜力, 有可能影响到访花者的类型与访花行为, 得以适应多种传粉者。此外, 花内雄蕊分化可将花粉逐渐分批次分发给访花者, 提高花粉散布效率, 可看成是“花粉呈现理论”所指的花粉装配与分发机制之一。现有的实验研究发现, 花内雄蕊分化能够吸引传粉者、保护正常花药和花粉、促进花粉散发(降低花粉竞争)、实行延迟自交和降低花内雌雄功能干扰等。花内雄蕊分化还缺少系统研究, 有些雄蕊分化形式如单强雄蕊和雄蕊运动的分化还没有针对性的实验揭示其适应意义, 鸭跖草科和某些豆科植物的雄蕊三型分化等现象也缺少进化适应意义的研究。花内雄蕊分化对植物雌性和雄性适合度可能不同的影响、如何与访花者相互作用、如何与其它花部特征一起影响植物繁殖过程等, 可能是这一领域值得今后优先研究的课题。     

中国黄耆属单蕊亚属的研究

单蕊亚属subgenus Monadelphia隶属于黄耆属Astragalus Linn.,是我国特有的一个亚属。此亚属早在60年代郑斯绪即拟建立,但一直未得正式发表。直到1979年5月,李沛琼和倪志诚借投《西藏黄耆属新分类群》一文之便,才在《植物分类学报》17卷2期中代予发表。     

光果甘草二体雄蕊的发育及其适应意义

甘草属(Glycyrrhiza)植物具“9 + 1”二体雄蕊, 其中9枚合生雄蕊的上部花丝分离, 分离的花丝在发育过程中存在由早期长、短交错的二组排列方式转变为后期以雄蕊管最长的1枚雄蕊为中心向两边渐次缩短的倒“V”形排列。为了解这种雄蕊发育动态、分化现象及发育成熟后的适应意义, 该文以光果甘草(G. glabra)为实验材料, 比较了雄蕊发育过程中的形态变化、成熟花粉的理化性质及在传粉中的作用。结果显示: 雄蕊发育早期长、短两组雄蕊在花药大小与形状上存在分化, 但后期伴随着花丝的快速生长与花粉的成熟、散出, 花药大小与形状趋于一致; 花粉组织化学成分及授粉成功率无差异, 但成熟花粉的数量和花粉活力存在差异; 去雄处理虽然使访花者在一天内的两个访花高峰期的访花频次降低, 但结实率高于自然对照, 说明以异交为主的花去除雄蕊后, 降低了雌、雄蕊间的功能干扰, 提高了传粉昆虫的授粉率; 发育早期长、短交错排列的二组雄蕊到成熟期时发生的倒“V”形排列的转变, 使不同数量与活性的花粉分布在花内不同空间, 最大化接触访花者, 实现了资源节约, 提高了雄蕊的雄性适合度, 即在有限的空间内用最节约的雄性资源投入、使传粉空间与传粉几率最大化的方式, 来提高雄性功能。     

云烟85胞质雄性不育烟草雄蕊发生的细胞学观察

雄性不育烟草MS云烟85的雄性败育发生在雄蕊原基分化后至孢原细胞形成前,在开放花朵中常能见到败育的雄蕊,其特征是花丝缩短,花药畸形、内无花粉或花粉空瘪。与正常烟草(保持系)子房由2心皮组成不同,雄性不育烟草MS云烟85子房都由3心皮组成。     

商陆属2种植物花器官发生过程观察

该研究采用扫描电镜观察红蕊商陆(Phytolacca esculenta)和浙江商陆(Phytolacca zhejiangensis)的花器官发生过程,以明确商陆属植物花的基数,以及雄蕊和雌蕊是否具有叶性器官发生的特点,阐明商陆属植物花发生的模式。观察结果显示:(1)红蕊商陆和浙江商陆在花原基发生后,小苞片以2/5圆周相继发生,花被片的发生紧接小苞片的发生进行,花被与小苞片的发生均有顺时针和逆时针方向,且二者的发生方向始终一致。(2)花被发生结束后,雄蕊在花顶端分生组织的环状分生组织上发生,没有明显的发生顺序,近似同时发生;2轮雄蕊时内轮雄蕊先发生;外轮雄蕊有少数有时偶然与花被互生,但因外轮雄蕊数多于花被数,雄蕊与花被常不互生,也没有规律性。(3)红蕊商陆和浙江商陆的心皮都在雄蕊发生后,紧接着开始发生,且雌蕊与雄蕊(或内轮雄蕊)互生发生;心皮没有发生的先后次序,且每个心皮在基部连成一个整体形成雌蕊基部并发育成为子房。(4)红蕊商陆和浙江商陆的花基数为5,雄蕊和雌蕊的发生及数目不符合5基数的特点。研究认为,红蕊商陆和浙江商陆为5基数花,该研究结果不支持商陆属植物为3基数花的发生模式。     

中国膨果豆属(豆科)一新组合

原簇毛黄耆亚属的部分种类从黄耆属中分出,在此基础上恢复了膨果豆属,由此也产生了许多新组合。其中,新组合蒺藜叶膨果豆包含了原蒺藜叶黄耆和甘青黄耆。为验证该分类处理的合理性,该文统计分析了蒺藜叶黄耆和甘青黄耆在果实形态上的差异,同时比较了二者的地理分布式样。结果表明:甘青黄耆和蒺藜叶黄耆之间存在着明显区别,甘青黄耆种级的分类学地位应予以保留,新组合为甘青膨果豆[Phyllolobium tangutica(Batalin)Y.Kang M.L.Zhang]。     

空心莲子草雄蕊和雌化雄蕊发育的比较研究

采用形态解剖和石蜡切片法,对空心莲子草雄蕊和雌化雄蕊的形态和结构的发育过程进行了观察.结果显示:(1)在形态上,空心莲子草两性花雄蕊由聚药雄蕊和无药雄蕊构成,二者相间而生成一轮;而空心莲子草雌化雄蕊花的雌化雄蕊由雌化雄蕊和无药雄蕊构成,雌化雄蕊的外形如雌蕊状,其外轮为无药雄蕊,二者前后对应而生,成二轮;(2)在结构上,...     

中国-喜马拉雅三种黄耆属植物与其传粉熊蜂的空间分布预测

依赖于动物传粉获得繁殖成功的植物的分布与其传粉动物的地理分布有着密切联系。预测未来气候变化对植物及其传粉动物地理分布的影响对生物多样性保护具有重要意义。本文通过对中国-喜马拉雅3种黄耆属(Astragalus)植物, 即弯齿黄耆(A. camptodontus)、黑毛黄耆(A. pullus)和笔直黄耆(A. strictus), 及其传粉熊蜂(Bombus)的野外调查, 以及收集来源于数据库的黄耆和熊蜂的543个物种分布点和13个环境因子数据, 结合物种可能出现的完全扩散、不扩散和仅熊蜂扩散3种迁移模式, 利用MaxEnt模型模拟了3种黄耆属植物与2种传粉熊蜂即橘尾熊蜂(Bombus friseanus)和红束熊蜂(B. rufofasciatus)在历史阶段(1970-2000年)和2100年两种温室气体浓度情景(ssp245和ssp585)下的适宜分布区变化。结果表明: 3种黄耆属植物均主要依赖于熊蜂传粉, 黄耆与其传粉熊蜂的主要适宜分布区为中国-喜马拉雅地区, 到2100年它们的分布区呈现向西北方向扩张的趋势, 而在东南部的分布区减少。当模型中考虑与传粉熊蜂的互作后, 3种黄耆属植物的潜在地理分布范围减少了15.83%-83.98%。在温室气体中低浓度情景(ssp245)下, 3种黄耆属植物与其传粉熊蜂的空间匹配增加, 而在高浓度情景(ssp585)下弯齿黄耆、黑毛黄耆与橘尾熊蜂的空间匹配降低; 如果物种不扩散或仅熊蜂扩散, 笔直黄耆与红束熊蜂的空间匹配降低。气候变化和物种的扩散能力可能引起黄耆与其传粉熊蜂出现空间不匹配。同时, 模型预测显示影响黄耆和熊蜂分布的环境因子不同, 但海拔是最主要的环境因子。由于与传粉者的相互作用对许多植物物种的生命周期具有重要意义, 因而本研究可以更好地理解气候变化对植物与其传粉者空间分布的潜在影响, 特别是对那些地理范围受限制的植物。     

蒙古高原黄耆属部分争议种亲缘关系的ISSR分析

采用ISSR分子标记技术对蒙古高原黄耆属属下部分争议类群的亲缘关系进行了研究。用11条ISSR引物对8个种的45份材料进行扩增,共获得条带188条,其中多态性条带178条,多态性条带百分率达94.7%。用NTSYSpc2.10e软件对相关数据进行UPGMA聚类分析,在相似性系数为0.73处,45份材料被划分为7大类群,其中,科布尔黄耆(Astragalus koburensis)与乳白花黄耆(A.galactites)聚为一支,表明前者可能仅是后者的生态型,应当处理为后者的异名;不同产区的糙叶黄耆(A.scaberrimus)和变异黄耆(A.variabilis)分别聚为一支,其各自的形态变异得以区分,但均应属于种内变异的范畴;莲山黄耆(A.leansanicus)与长管萼黄耆(A.limprichtii)分别聚为一支,支持将二者处理为两个相互独立的种。在相似性系数为0.66处,45份材料又被划分为4大类,类群的划分与黄耆属属下"组"的划分接近,但又存有差别。PCoA分析的结果与UPGMA聚类分析基本一致。相关分析结果表明,以组为单位划分黄耆属植物具有合理性,但部分组的设立以及部分种的归属仍需调整,准确地揭示黄耆属植物间的系统进化关系,还需要更多的材料采用多种分子标记方法。