马先蒿属植物花冠分化与繁殖适应的研究进展

结合已有的研究报道和作者近年来的工作,对马先蒿属（Pedicularis）植物的花冠多样化成因与繁殖适应特性进行了总结和探讨。通过对该属4种进化花冠型的花器官发生和分化的研究发现,花部各器官在发生和发育初期基本一致,后期上唇形态的分化是导致成熟花形态结构产生较大差异的重要阶段。孢粉学研究认为,花冠类型与花粉萌发孔类型之间具有显著相关性;萌发沟的演化可能与繁殖适应有一定的关系。分子系统学研究表明,多样化的花冠类型在不同的谱系内经过若干次的独立进化而表现出了高度的平行演化（parallelism）。传粉生物学研究证实,该属植物花冠多样化与其主要传粉者熊蜂属（Bombus）昆虫的传粉行为存在较为密切的关系。具有相同（似）花冠类型的马先蒿可能被同种或不同种的熊蜂以相同的方式访问,但在花粉落置位置上存在显著差异,这可能有助于同域分布重叠的物种间在生殖上的机械隔离,而花冠的分化在一定程度上促进了新的物种形成。     

马先蒿属花冠形态的多样性与传粉式样的关系

马先蒿属(Pediculais)是有花植物中花冠形态多样化最为集中的属。该属主要的传粉者是熊蜂属(Bormbus)昆虫;在北美,熊蜂和蜂鸟是马先蒿植物一些种类有效的传粉者;也发现壁蜂(Osmia)为其传粉。不同的传粉机制要求某一特定的取食式样储藏和释放花粉。本文讨论了花冠类型的进化趋势与传粉式样和花粉形态的关系。传粉者的选择压力是决定花冠多样化的重要因素之一;花冠类型与传粉者和传粉行为紧密相关。马先蒿植物和传粉者的相互依赖与其花冠类型、功能和物候互相适应,但花冠类型与花粉形态两者之间似乎没有明显的一一对应关系。通过北美、日本和喜马拉雅不同地理分布马先蒿种类的比较研究表明,具有相同花冠类型的种类有着相同的传粉方式,花冠形态与传粉式样存在紧密的协同进化关系。     

马先蒿属花冠无喙类的花器官发生

对花冠无喙类密穗马先蒿(Pedicularis densispica)和大王马先蒿(P．rex)的花器官电镜扫描发现,两种不同花冠型(无齿和具齿)的马先蒿花部器官发生和发育初期十分相似,表现为明显的单轴对称。2个萼片原基首先发生于花顶的近轴侧位,然后沿花顶边缘向远轴端发育形成--马蹄形结构。密穗马先蒿在近轴中部又出现1枚萼片原基,随后马蹄形结构分化出4枚萼片,并与近轴中部的原基愈合后构成5齿萼片;而大王马先蒿的2齿萼片直接由马蹄形结构发育而成。5枚独立的花瓣原基随后发生,但发育相对滞后;除近轴中部位置1枚空缺外,4枚雄蕊原基与花瓣原基位置呈交互发生;2个心皮原基同时在拱形花顶的近轴和远轴端发生,剩余的花顶形成中间的隔膜,并与2个心皮形成中轴胎座。对马先蒿与金鱼草(Antirrhinum majus)和毛地黄(Digitalis purpurea)花器官发生和发育初期的特征进行了比较,讨论了马先蒿属花冠对称性变化的意义。     

引起花冠管长度演化的可能因子与例证

多样的花冠形态具有保护花内性器官、吸引传粉者等多种作用,管状花的出现被认为是花瓣演化的一个变革性事件。自达尔文以来,学者们试图回答的一个经典问题是：长花冠管的演化是否由传粉者口器与花冠管之间长度的“军备竞赛”引起？人们已在长花冠管的多个类群中开展了实验,试图寻找交互选择引起的动植物之间协同演化的证据。本文总结了影响植物花冠管长演化的生物因素和非生物因素,探讨了传粉者、盗蜜者、植食者、光照、水分等因素在花冠管长演化中扮演的角色,重点梳理了传粉者介导花冠管长演化的4个潜在路径,以期为进一步探究植物花冠管长度的演化提供新的思路和方向。     

花冠对紫茉莉繁殖适合度的影响

以授粉后具花闭合特性的紫茉莉为研究材料,通过在不同天气状况下作去花冠和存留花冠处理,观察花冠对花粉活力、柱头可授性及结实率等繁殖特性的影响。结果表明:紫茉莉自然存留花冠比去花冠的花粉活力、柱头可授性、柱头上的花粉数及柱头上花粉萌发率各指标达最高值的时间重叠性更强,并以阴天存留花冠的最强。存留花冠通过这种时间的重叠性来保证花粉在柱头上的萌发,产生了有利的繁殖适合度。越晚去花冠结实率越高,结实率呈现花闭合自然存留花冠>花冠闭合期去花冠>散粉初期去花冠>花冠展开期去花冠的规律。因此,花冠对紫茉莉繁殖适合度具有利影响。紫茉莉花冠的存留提高了繁殖适合度,增强了对环境的适应能力。     

蝶形花亚科植物花部适应机制与传粉系统

蝶形花亚科(Papilionoideae)植物种类丰富、繁育系统多样,与其传粉者关系密切,主要表现在花部适应与传粉系统的形成。蝶形花形态复杂,为完全花,花萼、花瓣5基数,花萼呈箭头状,相邻花瓣螺旋轮生,旗瓣较大位于最外边,两片翼瓣紧贴旗瓣着生并包裹两片合生的龙骨瓣,龙骨瓣内包裹着雌、雄蕊,雌蕊位于正中央,雄蕊轮生,构成二体雄蕊(多数9+1,少数5+5)。对蝶形花亚科植物的花部特征、传粉功能群、酬物与传粉系统构建进行了回顾,重点论述了蝶形花形态和化学组成与传粉系统的进化关系以及花粉呈现机制。其中,泛化的传粉系统以蜂媒传粉为主,同时存在鸟媒传粉、蝙蝠传粉和松鼠传粉等方式,花部结构和传粉者的相互选择和相互适应推动了传粉系统的演化。花粉释放是体现蝶形花植物与其传粉功能群相互作用的重要方面,二者协同进化形成了以下4种花粉呈现机制:弹花机制、活塞机制、瓣膜机制和毛刷机制。蝶形花的花部特征与传粉功能群的相互作用形成相应的传粉系统,而传粉系统是执行传粉功能的重要集合体,各个构件的相互协调和适应保证了蝶形花亚科植物传粉过程的顺利完成。     

菊花花部特征及花冠精油组分与访花昆虫的相关性

 菊花(Dendranthema morifolium)是异花授粉植物, 具有自交不亲和特性。其自然授粉的主要媒介为蜂类和蝶类。我们对19个菊花品种的花色、花朵繁密度、花冠直径、管状花花盘直径、株高以及花冠精油组分与访花蜂数和访花蝶数的相关性进行了研究。结果表明, 黄花色系较吸引西方蜜蜂(Apis mellifera)访花; 菊花的花朵繁密度、花冠直径、管状花花盘直径均与访花蜂数有显著相关性, 而株高与访花蜂数无相关性。大红蛱蝶(Vanessa indica)青睐红色花, 其访花蝶数与花朵繁密度、管状花花盘直径均有显著相关性, 而花冠直径和株高与访花蝶数无相关性。经气相色谱-质谱(GC-MS)分析得知, 不同菊花品种花冠精油的组分不同, 其主要成分均为单萜和倍半萜类及其含氧衍生物; 并且不同品种含有某些特定的花冠精油组分, 其中樟脑萜(r = –0.909, p<0.05)和6,10,14-三甲基-2-十五酮(r=0.882, p<0.05)与访花蜂数呈一定的相关性, α萜品醇(r=0.979, p<0.01)、顺柠檬烯氧化物(r=0.979, p<0.01)、金合欢烯氧化物(r=0.979, p<0.01)、p-mentha-6,8-dien-2-ol,cis- (r=0.973, p<0.01)、p-menth-1-en-8-ol (r=0.962, p<0.01)和4-萜品烯醇(r=0.957, p<0.05)与访花蝶数呈一定相关性。     

商陆属植物的花器官发

为进一步研究商陆科的系统位置提供花器官发生和发育的证据,在扫描电子显微镜下观察了商陆Phytolacca acinosa、多雄蕊商陆P. polyandra和垂序商陆P. americana的花器官发生。结果表明： 商陆属植物花被的发生均为2/5型螺旋发生。在同一个种不同的花蕾中,花被的发生有两种顺序：逆时针方向和顺时针方向。远轴侧非正中位的1枚先发生。雄蕊发生于环状分生组织。在单轮雄蕊的种中8-10枚雄蕊为近同时发生;两轮雄蕊的种8枚内轮雄蕊先发生,6-8枚外轮雄蕊随后发生,内轮雄蕊为同时发生,外轮雄蕊发生次序不规则。心皮原基也发生于环状分生组织,8-10枚心皮原基为同时发生。在后来的发育过程中,商陆的心皮发育成近离生心皮雌蕊;其他2种心皮侧壁联合发育成合生心皮雌蕊。对商陆属植物花器官发生的类型及发育形态学做了分析,结果支持商陆科在石竹目系统发育中处于原始地位的观点。     

商陆属植物的花器官发生

为进一步研究商陆科的系统位置提供花器官发生和发育的证据,在扫描电子显微镜下观察了商陆Phytolacca acinosa、多雄蕊商陆P. polyandra和垂序商陆P. americana的花器官发生.结果表明: 商陆属植物花被的发生均为2/5型螺旋发生.在同一个种不同的花蕾中,花被的发生有两种顺序:逆时针方向和顺时针方向.远轴侧非正中位的1枚先发生.雄蕊发生于环状分生组织.在单轮雄蕊的种中8-10枚雄蕊为近同时发生;两轮雄蕊的种8枚内轮雄蕊先发生,6-8枚外轮雄蕊随后发生,内轮雄蕊为同时发生,外轮雄蕊发生次序不规则.心皮原基也发生于环状分生组织,8-10枚心皮原基为同时发生.在后来的发育过程中,商陆的心皮发育成近离生心皮雌蕊;其他2种心皮侧壁联合发育成合生心皮雌蕊.对商陆属植物花器官发生的类型及发育形态学做了分析,结果支持商陆科在石竹目系统发育中处于原始地位的观点.     

Curcuminoids as inhibitors of thioredoxin reductase: A receptor based pharmacophore study with distance mapping of the active site

Curcumin is the yellow pigment of turmeric that interacts irreversibly forming an adduct with thioredoxin reductase (TrxR), an enzyme responsible for redox control of cell and defence against oxidative stress. Docking at both the active sites of TrxR was performed to compare the potency of three naturally occurring curcuminoids, namely curcumin, demethoxy curcumin and bis-demethoxy curcumin. Results show that active sites of TrxR occur at the junction of E and F chains. Volume and area of both cavities is predicted. It has been concluded by distance mapping of the most active conformations that Se atom of catalytic residue SeCYS498, is at a distance of 3.56 from C13 of demethoxy curcumin at the E chain active site, whereas C13 carbon atom forms adduct with Se atom of SeCys 498. We report that at least one methoxy group in curcuminoids is necessary for interation with catalytic residues of thioredoxin. Pharmacophore of both active sites of the TrxR receptor for curcumin and demethoxy curcumin molecules has been drawn and proposed for design and synthesis of most probable potent antiproliferative synthetic drugs.     

Comparative morphology of the carpel in the Liliaceae: Hewardieae, Petrosavieae, and Tricyrteae

The young pistils in the melanthioid tribes, Hewardieae, Petrosavieae and Tricyrteae, are uniformly tricarpellate and syncarpous. They lack raphide idioblasts. All are multiovulate, with bitegmic ovules. The Petrosavieae are marked by the presence of septal glands and incomplete syncarpy. Tepals and stamens adhere to the ovary in the Hewardieae and the Petrosavieae but not in the Tricyrteae. Two vascular bundles occur in the stamens of the Hewartlieae and Tricyrtis latifolia. Ventral bundles in the upper part of the ovary of the Hewardieae are continuous with compound septal bundles and placental bundles in the lower part. Putative ventral bundles occur in the alternate position in the Tricyrteae and putative placental bundles in the opposite. position in the Petrosavieae. The dichtomously branched stigma in each carpel of the Tricyrteae is supplied by a bifurcated dorsal bundle.