植物繁育系统研究的最新进展和评述

 植物繁育系统是当今进化生物学研究中最为活跃的领域。繁育系统是指代表所有影响后代遗传组成的有性特征的总和,主要包括花形态特征、花的开放式样、花各部位的寿命、传粉者种类和频率、自交亲和程度和交配系统,其中交配系统是核心。我们重点综述了植物 有性繁育系统研究中1）传粉模式的多样性,2）从历史发生角度利用系统发育方法检验花性状的演化和繁育系统的生态转变过程,3）近交衰退对植物生殖史的影响及其机制和4）混和交配系统的时空动态、维持机理以及进化趋势的最新研究结果。总结了繁育系统在研究花适应性、物种形成机制和濒危植物     

高等植物的散布与进化I．散布体类型、数量、寿命及散布机制

散布和繁殖是目前植物进化生物学研究的热点之一。散布对植物的进化过程,如地理分布格局、物种形成等具有重要的影响。本文对植物散布过程中涉及到的各种因素如散布体及其数量和寿命,散布机制进行了系统的总结,并对散布体与各种散布机制之间的适应关系作了分析。     

高等植物的散布与进化Ⅰ.散布体类型、数量、寿命及散布机制

散布和繁殖是目前植物进化生物学研究的热点之一.散布对植物的进化过程,如地理分布格局、物种形成等具有重要的影响.本文对植物散布过程中涉及到的各种因素如散布体及其数量和寿命,散布机制进行了系统的总结,并对散布体与各种散布机制之间的适应关系作了分析.     

姜科、闭鞘姜科植物繁育系统与传粉生物学的研究进展

综述了姜科Zingiberaceae植物繁育系统和传粉生物学方面的研究及其进展。姜科有50余属1500多种,是一个泛热带分布的、动物传粉的单子叶植物大科。姜科植物中存在着雌花两性花异株、雄花两性花同株、花柱卷曲性、雄性先熟、自交不亲和等多种性表达方式和花部机制。姜科植物重要的传粉动物包括各种蜂类、天蛾、蝴蝶、鸟类等,不同的传粉动物对应不同的花部特征。在相对有限的研究中,姜科植物展现出了一些独特的传粉和繁育机制,在豆蔻属Amomum、山姜属Alpinia等植物中发现的花柱卷曲性被认为是植物界中一种独特的促进异交的行为机制,在对黄花大苞姜Caulokaempferia coenobialis的研究中发现了植物界中一种全新的花粉滑动自花传粉机制,这些新的研究和发现丰富了我们对姜科植物传粉和繁育系统多样性的认识。本文提出了今后姜科植物繁殖生物学研究的建议:对更多未知姜科植物类群的传粉和繁育系统进行研究;从系统发育的角度开展姜科不同类群植物的传粉和繁育系统的演化研究;对花柱卷曲性这一独特的性多态现象开展全面深入的研究。     

中国植物系统和进化生物学研究进展

植物系统和进化生物学旨在探讨植物物种多样性的起源、多样化及其进化的机制, 是综合性越来越强的研究领域。2017年在深圳召开的第19届国际植物学大会(IBC 2017)为中国学者提供了一次难得的展示自身实力的机会和舞台, 同时也极大地推动了中国植物系统与进化生物学领域的研究。值此大会召开5周年之际, 本文拟就中国系统和进化生物学领域近年来取得的主要进展和突破做一简要回顾, 以帮助读者了解中国植物系统和进化研究的发展态势, 并在此基础上展望未来该领域的发展趋势以及面临的机遇和挑战。在过去5年中, 中国学者在植物系统与进化生物学领域的各个方面均取得了令人鼓舞的成绩和突破, 涉及植物起源和物种多样性格局的演变、植物分类和系统发生重建、物种形成和适应性进化、种间互作和协同进化、新性状的起源及其进化发育机制、植物多倍化的机制和多倍体进化、物种濒危机制和物种保护以及栽培植物的起源和驯化等等。这些研究成果不仅在数量上而且在质量上有显著提升, 受到国际学界的广泛关注, 意味着中国学者已经成为国际该领域研究的重要力量, 并将在国际植物系统和进化研究领域发挥更大的作用。     

二态混合交配系统的适合度优势及其维持机制研究进展

由开花受精花(chasmogamous, CH)和闭花受精花(cleistogamous, CL)构成的二态混合交配系统植物有着特殊的繁殖策略, 对其进行深入研究有助于理解植物交配系统的维持机制、进化趋势以及植物对环境变化的应对策略。本文综述了国内外关于CH-CL系统两型花研究的文献资料, 包括非生物因素和生物因素对该繁育系统两型花的生长、发育及相对比例的影响, 两型花的维持机制及进化意义, 阐明了CH-CL系统的研究现状及科学问题, 重点评述了基于近年来对CH-CL系统研究成果的新认识。作者提出, 精确地检测两种花型的后代在异质生境下以及在生活史的不同阶段的适合度差异是十分必要的; 微环境(种子的散布模式及位置效应)对两型花种子萌发和子代生长发育的影响非常重要; 两型花表达的时空差异(即开花模式及对异质生境的敏感性差异)的表达机制可能与内源激素的水平变化相关; 对于多年生具CL系统植物来说, 不同性质、不同来源的后代在居群中的分布式样及对居群遗传结构的影响很可能是该系统维持的重要机制。因此, 深入研究和科学认识二态混合交配系统对认识整个植物界繁育系统的进化有十分重要的意义。     

植物与草食动物之间的协同适应及进化

通常协同进化是指一个物种 (或种群 )的遗传结构由于回应于另一个物种 (或种群 )遗传结构的变化而发生的相应改变。广义的理解 ,协同进化是相互作用的物种之间的互惠进化。生物之间、特别是植物与草食动物之间的协同适应与进化 ,已经成为生物进化、生态、遗传等学科十分关注的问题 ,可能成为生物学中各学科研究的交汇点或结点。作者具体阐述了 :(1)生物之间协同进化的研究意义 ,包括对生物学与生态学的价值 ;(2 )生物之间协同进化研究的限制或困难 ,诸如时间、研究对象、进化等级尺度和研究方法的限制 ;(3)植物与草食动物之间协同进化的主要研究对象 (系统 ) ,即昆虫传粉系统、昆虫诱导植物反应系统、种子散布系统、以及大型草食动物采食与植物反应系统 ;(4 )植物与草食动物之间协同进化的主要研究内容 ,包括适应特征 (性状 )——物种的可塑性 ,以及适应机制——物种适应过程与策略两个方面 ;(5 )植物与草食动物之间协同进化研究的存在问题及研究方向     

逆境诱导植物开花的研究进展

植物在长期的进化过程中形成了对环境改变的适应机制。在逆境条件下,例如干旱、高盐、低温、强光、弱光、紫外线等,植物会提前开花结实以尽早完成其生命周期,这种生物学现象被称为"逆境诱导的开花"。植物的这种避逆应激反应不但在进化上具有非常重要的生物学意义,而且对农业生产也具有重要的指导意义。逆境诱导植物开花与光周期、春化、环境温度、自主途径、赤霉素和年龄等开花途径的分子调控机制不同,有其自身的特点。文中对逆境诱导植物开花的研究历史、代谢调控以及分子机制等进行了阐述,并展望了未来的研究方向。     

喜读《植物进化生物学》

最近有机会读了《植物进化生物学》(陈家宽、杨继主编,武汉大学出版社,1994年11月出版)一书,颇感新颖,印象深刻。全书共11章,各章独立阐述植物进化生物学领域中的一个重要问题,而又互相联系,组成一个整体,系统介绍了植物进化生物学研究的最新进展,而又以理论性强为显著特色。 该书使人印象最深刻的是第一章及第十一章,即居群生物学与进化生物学,作者从介绍居群概念入手,继而对居群生物学的基础理论、研究方法以及居群生物学与进化生物学     

植物防御反应与动物免疫应答的的比较及其对应性初探

动物经过数亿年的进化直到脊椎动物阶段出现了渐为完整的免疫系统。植物在与各种病原的共进化过程中亦发展了身的防御系统。随着对植物抗病性的概念及植物防御机制的不断认识,人们发现它与动物的免疫应答有着众多的对应性,这些对应性是否表明植物的防御系统与动物的免疫系统在进化具有同一性,是否表明它们在防御反应上具有类似的机制值得深思。     

植物防御反应与动物免疫应答的比较及其对应性初探

动物经过数亿年的进化直到脊椎动物阶段出现了渐为完整的免疫系统。植物在与各种病原的共进化过程中亦发展了自身的防御系统。随着对植物抗病性的概念及植物防御机制的不断认识,人们发现它与动物的免疫应答有着众多的对应性。这些对应性是否表明植物的防御系统与动物的免疫系统在进化上具有同一性,是否表明它们在防御反应上具有类似的机制值得深思 。     

系统与进化植物学国家重点实验室

系统与进化植物学国家重点实验室的历史可追溯到1928年在北平成立的静生生物调查研究所植物部和1929年成立的国立北平研究院植物研究所。1987年经中国科学院批准正式成立了中国科学院植物研究所系统与进化植物学开放研究实验室,2001年更名为“系统与进化植物学重点实验室”。2005年3月国家科技部正式发文批准成立“系统与进化植物学国家重点实验室”,依托单位是中国科学院植物研究所。实验室的总体定位和研究方向是利用多学科研究手段,开展植物物种多样性的起源和演化、系统发育重建以及进化机制等重大基础理论研究,取得具有重要国际影响的原创性研究成果,培养该领域的高层次人才。主要研究领域为植物分类、区系和生物地理学,植物的起源和系统发育重建,居群生物学和保护遗传学,进化发育和进化基因组学。     

植物进化发育生物学的形成与研究进展

植物进化发育生物学是最近十几年来才兴起的一门学科, 它是进化发育生物学的主要分支之一。进化发育生物学的产生经历了进化生物学与胚胎学、遗传学和发育生物学的三次大的综合, 其历史可追溯到19世纪初冯.贝尔所创立的比较胚胎学。相关研究曾沉寂了近一个世纪, 直到20世纪80年代早期, 动物中homeobox基因被发现, 90年代初花发育的 ABC模型被提出, 加之对发育相关基因研究的不断深入, 才使基因型与表型联系了起来, 进而促进了进化发育生物学的飞速发展。目前进化发育生物学已成为21世纪生命科学领域的研究热点之一。本文详细阐述了进化发育生物学产生和发展的历程, 综述了最近十几年来植物进化发育生物学的主要研究进展。文中重点介绍了与植物发育密切相关的MADS-box基因在植物各大类群中的研究现状, 讨论了植物进化发育生物学领域的研究成果对花被演化、花对称性以及叶的进化等重要问题的启示。     

植物进化发育生物学的形成与研究进展

植物进化发育生物学是最近十几年来才兴起的一门学科,它是进化发育生物学的主要分支之一。进化发育生物学的产生经历了进化生物学与胚胎学、遗传学和发育生物学的三次大的综合,其历史可追溯到19世纪初冯.贝尔所创立的比较胚胎学。相关研究曾沉寂了近一个世纪,直到20世纪80年代早期,动物中homeobox基因被发现,90年代初花发育的ABC模型被提出,加之对发育相关基因研究的不断深入,才使基因型与表型联系了起来,进而促进了进化发育生物学的飞速发展。目前进化发育生物学已成为21世纪生命科学领域的研究热点之一。本文详细阐述了进化发育生物学产生和发展的历程,综述了最近十几年来植物进化发育生物学的主要研究进展。文中重点介绍了与植物发育密切相关的MADS-box基因在植物各大类群中的研究现状,讨论了植物进化发育生物学领域的研究成果对花被演化、花对称性以及叶的进化等重要问题的启示。     

系统与进化植物学开放研究实验室1999年进展与成果简介

中国科学院植物研究所系统与进化植物学开放研究实验室经中国科学院批准,于1987年8月13日正式成立。从成立至今,本室的学术方向是以生物学各学科为手段,从分子、细胞、组织、个体和居群各层次揭示植物物种形成、进化过程和机制,重建系统发育。同时进行生物多样性、特别是保护生     

禾本科植物单锌指家族基因对逆境应答的研究进展

转录调控是植物生长发育、逆境反应、信号转导、抗病性等一系列基因表达的最主要调控形式,转录因子是参与基因转录水平调控过程的重要反式因子。单锌指(DNA binding with one finger,DOF)转录因子是植物特有的一类转录因子,包含一个C_2-C_2锌指结构,其N-末端保守的DOF结构域是能与DNA和蛋白相互作用的双重功能域,在植物生长发育过程中参与多种生物学过程。尽管已有研究报道DOF家族基因参与植物抗逆响应,但其在禾谷类重要粮食作物中的作用机制还极不明确。本文通过对禾本科植物DOF家族基因系统进化分析及组织表达和诱导表达分析,综述了DOF家族基因参与植物胁迫应答方面的相关研究进展,为进一步深入了解禾本科植物抗逆机制提供重要参考。     

植物DNA甲基化研究进展

DNA基化是一种重要的表观遗传修饰方式,强烈地影响植物染色质结构和基因的表达,因此植物DNA基化的研究对植物生长发育及进化过程的研究发展起着重要作用。本文概述了植物DNA基化的特征,并对植物DNA基化的发生机制、生物学功能、检测分析方法等方面进行了综述,旨在深入了解DNA基化对植物的影响。     

核糖核酸酶基因超家族分子进化

核糖核酸酶基因(Ribonuclease A, RNASE A)超家族是进化生物学中研究新基因起源及新功能演变的重要模式系统之一。RNASE A超家族中的很多成员表现出基因复制的进化模式, 而且在适应性(正)选择的驱动下, 发生了功能分化。文章综述了RNASE A超家族成员在不同动物类群中进化模式的研究进展, 包括近年来越来越多在基因组水平上开展的相关研究, 显示该基因超家族可能具有比人们以往认识的更为复杂的基因进化模式。随着越来越多动物基因组数据的产生, 对更多动物代表类群进行RNASE A超家族研究, 将有望揭示新的进化机制和功能分化, 为系统认识动物适应进化的遗传机制奠定基础。     

苏铁类植物传粉生物学研究进展(综述)

苏铁类植物是现存最古老的种子植物,研究其传粉特点,对于研究种子植物的起源与演化、植物与动物的协同进化以及苏铁类植物的繁殖机制、濒危机制有重要意义。本文从苏铁雌雄株开花物候学、传粉媒介及传粉机制等方面,对苏铁类植物传粉生物学相关研究进行综述,并提出今后该类植物传粉生物学研究的建议：对更多苏铁属种类未知的传粉机制进行研究;更广泛地应用排除法研究苏铁类特别是苏铁属植物的传粉媒介,进一步探讨传粉昆虫与苏铁类的共生关系问题。     

雌雄同花植物的性分配

性分配理论假定雌雄功能之间存在着trade-off,对一种性别的投入增多必然会减少对另一性别的投入。雌雄功能投入的适合度曲线的形状决定了哪种繁育系统是进化稳定的。因此,性分配理论可以解释植物繁育系统的进化,尤其被认为是雌雄异株进化的选择机制之一。目前的实验研究分别在物种间、种群间、个体间及花间四个层次上进行:自交率的程度对物种和种群的性分配都有影响;虫媒和风媒植物的性分配是个体大小依赖的;而且花序内花的性分配模式受昆虫访花行为的影响。相对于理论,性分配的实验研究明显滞后,随着分子标记技术的普及,性分配理论将会获得更大的发展。繁殖分配需要进一步与性分配理论结合,尤其在空间尺度上资源分配与繁育系统变化的研究是很有意义的。