中国石松类和蕨类植物多样性研究进展

石松类和蕨类植物是维管植物的第二大类群, 其起源可追溯到4亿年前。在被子植物出现之前, 石松类和蕨类植物在古地球生态系统中占主导地位, 其重要性一直延续到现在。自20世纪40年代开始, 中国石松类和蕨类植物研究就令世界瞩目, 尤其是2017年第19届国际植物学大会在中国深圳召开后的5年时间里, 中国石松类和蕨类植物研究更是面向世界、走向国际, 研究更为广泛的科学问题, 在物种多样性、保护、系统演化和生态适应性等方面取得了一系列重要研究进展。2017-2022年, 多个中国研究团队利用多组学数据构建了世界石松类和蕨类植物科级水平的生命之树并提出了关键性状孢子囊环带演化的新模式; 解决了石松类和蕨类植物中目级、科级、属级和种级众多关键的系统分类学等问题, 发表了106个新分类群; 开展了大量的植物区系调查和研究, 出版了6部中国石松类和蕨类植物多样性专著和1部世界性专著; 对65种国家重点保护的石松类和蕨类植物进行了迁地保护, 同时实现了桫椤科、水蕨属(Ceratopteris)、观音座莲属(Angiopteris)和鹿角蕨(Platycerium wallichii)等重点保护类群的孢子繁殖; 在系统发育框架下, 研究了石松类和蕨类植物的生态修复功能和生态适应性演化。通过对2017-2022年研究成果的总结和思考, 本文对未来石松类和蕨类植物的发展提出以下建议: (1)提高中国寡型科属以及世界性大科大属的关注力度; (2)加强西藏、四川等薄弱地区石松类和蕨类植物的调查研究, 并结合新技术, 如DNA条形码等以提高区系调查中物种鉴别的效率和准确性; (3)运用多学科交叉的研究方法厘清各科、属、种间系统关系的同时, 还应加强系统和生态适应性演化之间的协同研究; (4)关注石松类和蕨类植物系统位置作为陆生维管植物演化起点的共性科学问题; (5)加强石松类和蕨类植物系统分类学与生态学、植物化学、保护生物学等学科间交叉合作研究。     

建兰水晶艺叶片的超微结构和转录组学分析

水晶艺建兰(Cymbidium ensifolium)因其叶片上呈现出白色透明状,犹如水晶而得名,观赏价值高,但是其形成机理不明确。该研究以建兰‘铁骨水晶’为试验材料,通过对水晶叶片和绿色叶片进行显微结构和超微结构观察,并结合转录组测序等方法,探索建兰水晶艺叶片形成的原因。结果表明:(1)建兰‘铁骨水晶’水晶叶片比绿色叶片薄,叶肉细胞数量减少,形状不规则,且叶绿体含量少;水晶叶片的表皮气孔数量较绿色叶片显著减少;水晶叶片的叶肉细胞中叶绿体结构发育不良,叶绿体双膜和类囊体膜模糊,细胞中存在着大量的嗜锇颗粒。(2)转录组数据分析显示,水晶叶片中与光合作用-天线蛋白、光合作用等代谢途径相关的基因表达量显著下降,而与色素合成代谢途径相关的基因表达量上升。研究推测,建兰水晶艺叶形成的原因可能是由于与光合作用相关的基因表达量降低,导致叶绿体发育不良,叶绿素合成受阻,从而形成白色透明状叶片。     

建兰叶艺品种光合色素含量及叶绿素荧光特性分析

以建兰栽培品种‘八宝奇珍’Cymbidium ensifolium ‘Ba Bao Qi Zhen’为材料,对其正常绿色叶片及黄化变异叶片的光合色素含量、叶绿素荧光参数进行比较。结果表明,‘八宝奇珍’黄化变异叶片的叶绿素总量、叶绿素a 和叶绿素b 含量均显著低于正常绿色叶片,且随着黄化面积的增大呈现递减趋势;黄化变异叶片的初始荧光量(Fo)、最大荧光产量(Fm)、Kautsky 诱导效应最大荧光(Fp)、稳态光适应光化学淬灭系数(qP)以及光适应稳态荧光产量(Ft_Lss)均显著低于正常绿色叶片;PSⅡ原初光能转化效率(Fv/Fm)与正常绿色叶片无明显差异;稳态非光化学荧光淬灭系数(NPQ)高于正常绿色叶片。     

中国野生兰科植物资源与保护利用现状*

兰科(Orchidaceae Juss.)是被子植物最大科之一,广泛分布于各种陆地生态系统中,具生态、观赏、药用、食用、文化、科研等多重价值,一直以来都是备受关注的重点保护类群。中国是野生兰科植物资源最为丰富的国家之一,具有从原始类群到高级类群的一系列进化群以及复杂多样的地理分布类型。对中国野生兰科植物资源现状和濒危、保护情况进行综合阐述、分析,并针对未来兰科植物资源的可持续利用进行展望。新版《国家重点保护野生植物名录》的发布打开了我国兰科植物保护新局面,加强对我国源远流长的兰文化和散落民间的相关传统知识的归纳整理及科学普及,重视兰科生物文化多样性的保护工作,并根据传统知识线索,探索兰花新品种和药食新资源,不仅可能成为兰科资源保护和利用的新思路和新动力,也将有助于我国生态文明建设和经济社会可持续发展。     

兰科植物菌根真菌研究新见解

兰科(Orchidaceae)在地球生命系统演化中占有十分重要的地位,几乎全部兰科植物均处于不同程度的濒危状态,研究兰科菌根真菌对于保护珍稀濒危兰科植物具有重要意义。该文在对菌根真菌相关的概念及研究方法进行综述的基础上,对兰科菌根真菌的主要类群、特异性及其与兰科植物稀有性之间的关系,以及兰科菌根真菌与兰科植物之间的营养关系和进化关系进行了总结。兰科菌根真菌的研究方法可以归纳为经典研究方法、早期分子生物学方法、rDNA片段高通量测序法、宏基因组学方法。兰科菌根真菌类群主要隶属于担子菌门(Basidiomycota)、子囊菌门(Ascomycota)和毛霉门(Mucoromycota)。根据兰科菌根真菌特异性与否,首次明确了兰科菌根真菌定植关系可分为三大类:特异性定植、广泛性定植和特异-广泛兼性定植。根据营养关系特点,首次将兰科植物与菌根真菌之间的营养关系划分为三大类:兰花单向利好型、典型共生型、分工合作型。兰科菌根真菌特异性与兰科植物稀有性之间的关系呈现出两面性,而兰科菌根真菌与兰科植物之间是否存在协同进化关系还需要更多的研究才能阐明。此外,该文还对兰科菌根真菌领域今后的研究提出了一些思路。     

广东兰科植物2种新记录

报道广东省2种兰科植物新记录：永泰卷瓣兰(Bulbophyllum yongtaiense J. F. Liu, S. R. Lan & Y. C. Liang)和低地羊耳蒜(Liparis formosana Rchb.f.)。活体植株保存在深圳市兰科植物保护研究中心种质资源库,凭证标本保存于深圳市兰科植物保护研究中心标本馆(NOCC)。     

冻伤蓝变对广义虾脊兰属植物中4种吲哚基衍生物含量的影响

以6种广义虾脊兰属植物和2种树兰亚科植物为材料,利用液相色谱 串联三重四极杆质谱仪(LCMS QQQ)测定了冻伤处理前后花和叶片中靛苷、靛红、靛蓝和靛玉红4种吲哚基衍生物的含量,分析广义虾脊兰属植物吲哚基衍生物的生成及种属间含量的差异。结果显示：(1)4种吲哚基衍生物在所测定的6种广义虾脊兰属植物中均被检出,但在2种树兰亚科植物五唇兰和足茎毛兰中均未被发现。(2)在所测定的6种广义虾脊兰属植物花和叶片中,冻伤处理后的靛蓝、靛玉红和靛红含量均显著上升,而靛苷含量显著下降,同时花中的吲哚基衍生物含量均高于叶片。(3)6种广义虾脊兰属植物花和叶中吲哚基衍生物总含量以黄兰花最高,三褶虾脊兰叶最低。研究表明,冻伤处理引起靛苷向靛蓝的大量转化是导致冻伤后广义虾脊兰属植物组织中呈现出蓝色的主要原因,推测吲哚基衍生物可能也是一类与植物防御相关的化合物,在植物抵御逆境中扮演着重要的角色。     

全基因组复制事件的绝对定年揭示莲座蕨属植物的迟滞演化

全基因组复制在维管植物的物种形成过程中普遍存在, 被认为是物种适应极端环境的重要机制之一。确定全基因组复制事件的发生时间对理解生物的适应性演化具有重要意义。然而, 在维管植物, 特别是蕨类植物中, 全基因组复制事件的发生时间及其演化意义仍知之甚少。本研究以蕨类植物重要基部类群——福建莲座蕨(Angiopteris fokiensis)为例, 基于不同采样点(广东、广西、上海)的3个转录组学数据, 利用同义替换率(Ks)和绝对定年的方法分析全基因组复制事件的发生时间和物种单位时间内的分子演化速率, 并对事件发生后保留下的基因进行基因功能注释和富集分析。结果表明, 福建莲座蕨在159‒165 Mya发生了一次全基因组复制事件, 该复制事件优先保留的基因主要与营养代谢、信号传导、适应调节和组织结构生长相关。另外, 福建莲座蕨的分子演化速率为1.66 × 10^‒9 (同义替换/位点/年), 是除裸子植物外, 陆生植物中已知演化速率最缓慢的类群。综合以上研究结果, 我们推测福建莲座蕨全基因组复制的发生可能与裸子植物繁盛、核心被子植物集中兴起或托阿尔阶灭绝事件有关。而复制后显著保留基因可能促进了莲座蕨属(Angiopteris)植物的遗传和形态创新, 从而帮助其快速适应环境的剧烈变化。进一步对该类群植物演化速率缓慢的原因进行讨论, 推测莲座蕨属缓慢的演化速率可能与其本身世代周期长、基因组较大及其生长环境稳定有关。本研究通过分析福建莲座蕨的全基因组复制历史和复制基因的保留模式, 推测全基因组复制事件对促进演化速率较慢的植物适应极端环境变化具有重要意义, 可为理解其他陆生植物的适应性演化提供更多启发。     

管叶槽舌兰新鲜及硅胶干燥根样内生菌多样性研究

管叶槽舌兰(Holcoglossum kimballianum)是一种珍稀濒危兰科植物,其野生种群亟需保护。内生菌对兰科植物的生长发育至关重要,为评估管叶槽舌兰内生菌的多样性、分析采样方式对其内生菌的影响,该文采用高通量测序技术对迁地保育状态下新鲜与硅胶干燥的管叶槽舌兰根内生菌进行研究。结果表明:(1)新鲜及干燥管叶槽舌兰根内生菌物种组成明显不同,管叶槽舌兰内生真菌注释到6门46科51属,内生细菌注释到15门105科178属; 干燥后管叶槽舌兰根内生真菌注释到6门88科116属,内生细菌注释到21门154科336属。(2)迁地保育状态的管叶槽舌兰根样内生菌具有丰富的多样性,并且内生细菌群落丰富度和多样性远比内生真菌群落高; 经硅胶干燥后,内生真菌α多样性指数升高、β多样性指数降低,而内生细菌的α多样性指数降低、β多样性指数则升高。(3)差异显著性真菌黄盖小脆柄菇(Psathyrella candolleana)和刺盘孢属(Colletotrichum)的C. tofieldiae只存在于新鲜根样中,新鲜管叶槽舌兰差异显著性细菌是马赛菌属(Massilia),干燥根样中差异显著性细菌类群包括拜叶林克氏菌科(Beijerinckiaceae)、黄色杆菌科(Xanthobacteraceae)及慢生根瘤菌属(Bradyrhizobium)。(4)共发生网络分析显示,经干燥后管叶槽舌兰根样内生菌群落中占互作主导地位的优势物种和互作模式都发生了改变。综上认为,不同采样处理会影响管叶槽舌兰根内生菌的群落结构,在研究兰科植物根样内生菌时宜使用新鲜的根样。该研究结果为管叶槽舌兰野生种群保护及人工栽培提供了内生菌数据基础,也为兰科植物内生微生物采样方法提供了参考。     

台湾独蒜兰假鳞茎显微及超微结构观察

以休眠期的台湾独蒜兰(Pleione formosana)假鳞茎为试材,利用石蜡切片及透射电子显微镜,分别对假鳞茎的5个部位(假鳞茎基部、假鳞茎中部、假鳞茎外侧、假鳞茎与叶芽相接处、假鳞茎与花芽相接处)进行了系统观察分析。结果发现：(1)台湾独蒜兰假鳞茎5个部位均观察到液泡及不同程度液泡化的细胞,表皮细胞覆着有厚厚的蜡质层。(2)台湾独蒜兰假鳞茎基部、中部、外侧细胞中均存在一定的叶绿体,少量线粒体分布在其周围。(3)假鳞茎薄壁细胞中存在淀粉粒及造粉体,且造粉体伴随有形成淀粉粒的现象。(4)假鳞茎基部、中部、外侧及其与花芽相接处的薄壁细胞壁之间有大量胞间连丝,筛管-伴胞复合体与薄壁细胞间也存在胞间连丝,同时细胞间存在不同形状的细胞间隙。研究结果表明,台湾独蒜兰假鳞茎发挥了其作为储水器官、光合作用场所及储存碳水化合物的功能,同时休眠期间主要以共质体途径进行物质的交换与运输。