2022年中国植物科学重要研究进展

2022年中国科学家在植物科学主流期刊发表的论文数量相比2021年显著增加,在防止“多精受精”分子机制,胞外pH感受器,叶绿体蛋白运输通道结构,作物高产、优质、耐逆、抗病及共生固氮机制,被子植物自交不亲和性的起源和演化机制,甘蔗和玉蜀黍种质资源演化等方面取得了重要研究进展。其中,“水稻抗高温基因挖掘及调控新机制”入选2022年度中国生命科学十大进展。该文总结了2022年度我国植物科学研究取得的成果,简要介绍了30项有代表性的重要进展,梳理了植物科学研究中所使用的实验材料,以帮助读者了解我国植物科学的发展态势,进而思考如何更好地开展下阶段研究和服务国家需求。     

中国葡萄科-新组合——狭叶乌蔹莓

将产于中国海南的Cayratia mollissima var.lanceolata C．L．Li．提升为种：Cayratia lanceolata（C．L．Li）J．Wen＆Z．-D．Chen（狭叶乌蔹莓）,本种与产于马来西亚和印度支那的C．mollissima在果实与叶形态上差异显著。     

中国西南地区与台湾种子植物间断分布现象

中国西南地区和台湾植物的间断分布是东亚生物地理学上一个十分有趣的研究课题。该文对种子植物进行了统计,发现有50属具有该分布式样的种对或种（包括变种和亚种）;30属呈台-琼（至粤南）-西南间断分布,而其中大多数类群的分布区在粤南-桂南-滇南,即中国热带线以南。统计结果显示,有41属被子植物在台湾和西南之间呈连续分布;有35属从台湾分布至海南（和/或华南）或至福建（和华南）。中国台湾和大陆之间类群的连续分布,以及两者植物区系的巨大相似性表明,台湾作为大陆性岛屿,与中国大陆曾经属于一个统一的植物区系。新近纪以来台湾中央山脉和中国西南至东喜马拉雅地区均经历了海拔升高的过程,形成相似的低至中、高山生境;在第四纪冰期,一些类群在这两个地区之间形成连续的分布区。后来全球气温升高,这些植物类群从低海拔向高海拔山区迁移,由于华东至华中和华南缺少高山生境,使得原来连续分布的某些类群或其祖先类群在中国西南和台湾两地之间灭绝,从而形成间断分布。同时,台湾与大陆失去陆地连接后造成分类群在台湾和西南地区的隔离分化,以及中国南端热带生境的不连续性导致热带植物属种分布区的破碎也是形成台湾和西南间断分布的重要因素。最后将西南和台湾间断分布类群归纳为3种类型：孑遗型、分化型和热带型。     

中国西南与台湾地区维管植物的间断分布格局及形成机制

植物的间断分布格局及其形成机制是植物地理学研究的重要问题之一。本文在对中国大陆与台湾名录整理比较的基础上,对中国西南与台湾地区的植物间断分布格局及形成机制进行了分析。结果表明,两地同种型间断分布的维管植物有198种(包括变种和亚种),隶属于56科129属,其中蕨类植物86种,裸子植物3种,双子叶植物56种,单子叶植物53种;两地异种型间断分布的维管植物有22属,隶属于15科,其中蕨类植物6属,裸子植物1属,双子叶植物7属,单子叶植物兰科8属。间断分布类群以草本植物为主,主要是蕨类和兰科植物。间断分布类群在台湾地区主要分布在中部到东北部,在大陆的分布主要集中在川东–鄂西地区、川西–滇西北地区–藏东南地区和滇东南–桂西–黔西南地区。在垂直高度上,海拔1,550–2,350m是间断分布类群最集中分布的海拔范围。我们推测中国西南与台湾地区的间断分布类群有3种来源:北半球温带、中国西南和热带亚洲来源。     

岩蕨科、球盖蕨科的系统位置：叶绿体DNAtrnL-F区序列证据

岩蕨科(Woodsiaceae)和球盖蕨科(Peranemaceae)历来被多数学者认为是亲缘关系密切的两个科,它们的系统位置一直存在争议,两科曾被放入三叉蕨科(Aspidiaceae)、碗蕨科(Dennstaedtiaceae)、鳞毛蕨亚科(Dryopteridoidaae)及鳞毛蕨科(Dryopteriaceae)蹄盖蕨亚科(Athyrioideae)中。根据岩蕨科1种、球盖蕨科3种、蹄盖蕨科8种、鳞毛蕨科2种及1种外类群假大羽铁角蕨(Asplenium pseudolaserpitiifolium)的cpDNA基因trnL-F区序列建立的系统树,结果显示,岩蕨科和球盖蕨科的亲缘关系较远,岩蕨科与蹄盖蕨科有密切的亲缘关系,球盖蕨科与鳞毛蕨科亲缘关系较近,岩蕨科和球盖蕨科是处于不同进化线上的植物。秦仁昌（1978）和Pichi-Sermolii（1977）的系统将二者分别作为独立的科是合适的。     

现存被子植物原始类群及其植物地理学研究

在吸取各学派对被子植物原始类群界定的基础上,根据八纲系统,提出被子植物原始类群有60科的新见解,并以分子系统学提出的狭义的基部类群32科为对比,进行了植物地理学研究。以科为性状,以Takhtajan 划分的世界植物区系的“区”为OTU,UPGMA分析显示：(1)东亚区确是一个十分特殊的区,它既与北美东、西部(北美大西洋区、马德雷区)有密切关系,但更接近印度支那区;(2)环太平洋的4个地区集中了较多的原始被子植物的科,它们是东亚地区,北美东部和西部地区,部分热带亚洲、澳大利亚东部和西南太平洋岛屿地区,中、南美热带地区。这种分布格局显然和被子植物起源地与扩散以及太平洋的形成历史有关。     

2004 年中国植物科学若干领域研究进展

随着模式植物拟南芥(Arabidopsis thaliana)和水稻(Oryza sativa)基因组测序工作的完成, 国际植物科学的研究在近年来得到了极大的推动。我国植物科学领域也在整体上取得了重大进展, 特别是水稻基因组框架图(Yu et al., 2002)和4 号染色体基因组精细图(Feng et al., 2002)以及水稻控制分蘖的MOC1基因发现(Li et al., 2003)等重大研究成果在Science和Nature等国际顶级科技刊物上的发表, 使国际科学界对中国的科学研究水平刮目相看, 亦使中国科学家为之振奋。据不完全统计, 2004年中国科学家本土取得研究成果在植物科学专业顶级学术刊物The Plant Cell、The Plant Journal 和Plant Physiology 上发表的论文有2 2 篇, 在其他重要综合性期刊Nature、Science、PNAS、Trends in Plant Science、Molecular Biolgy and Evolution、Ecology Letters和Conservation Biology等上也有论文发表, 这反映了我国科研总体水平正在迅速提高。本文基于我国科学家发表在这些著名刊物上的成果对《植物学通报》的读者作一简单介绍, 希望从一些侧面反映我国科学家在本土所做研究的主要进展, 由于篇幅有限, 不能对每个领域各项逐一介绍, 收集文献不尽完善请同行和读者见谅。下面就不同研究领域举例作一介绍。     

Eastern Asian endemic seed plant genera and their paleogeographic history throughout the Northern Hemisphere

We review the fossil history of seed plant genera that are now endemic to eastern Asia. Although the majority of eastern Asian endemic genera have no known fossil record at all, 54 genera, or about 9%, are reliably known from the fossil record. Most of these are woody （with two exceptions）, and most are today either broadly East Asian, or more specifically confined to Sino-Japanese subcategory rather than being endemic to the Sino-Himalayan area. Of the ＂eastern Asian endemic＂ genera so far known from the fossil record, the majority formerly occurred in Europe and/or North America, indicating that eastern Asia served as a late Tertiary or Quaternary refugium for taxa. Hence, many of these genera may have originated in other parts of the Northern Hemisphere and expanded their ranges across continents and former sea barriers when tectonic and climatic conditions allowed, leading to their arrival in eastern Asia. Although clear evidence for paleoendemism is provided by the gymnosperms Amentotaxus, Cathaya, Cephalotaxus, Cunninghamia, Cryptomeria, Glyptostrobus, Ginkgo, Keteleeria, Metasequoia, Nothotsuga, Pseudolarix, Sciadopitys, and Taiwania, and the angiosperms Cercidiphyllum, Choerospondias, Corylopsis, Craigia, Cyclocarya, Davidia, Dipelta, Decaisnea, Diplopanax, Dipteronia, Emmenopterys, Eucommia, Euscaphis, Hemiptelea, Hovenia, Koelreuteria, Paulownia, Phellodendron, Platycarya, Pteroceltis, Rehderodendron, Sargentodoxa, Schizophragma, Sinomenium, Tapiscia, Tetracentron, Toricellia, Trapella, and Trochodendron, we cannot rule out the possibility that neoendemism plays an important role especially for herbaceous taxa in the present-day flora of Asia, particularly in the Sino-Himalayan region. In addition to reviewing paleobotanical occurrences from the literature, we document newly recognized fossil occurrences that expand the geographic and stratigraphic ranges previously known for Dipelta, Pteroceltis, and Toricellia.     

榛属（桦木科）花序及花的形态发生

在扫描电镜下观察了桦木科榛属榛、毛榛和滇榛的花序和花的形态发生过程。榛属雌花序由多个小聚伞花序螺旋状排列组成;每个小花序原基分化出1枚初级苞片和一团小花序原基分生组织,由小花序原基分生组织分化形成2个花原基;每个花原基分化出2个心皮原基,形成二心皮雌蕊;雌蕊基部有2层花被原基,内层花被原基环状,外层花被发生于花原基近轴面和远轴面,近轴面和远轴面的花被不均等分化,外层花被发生早于内层花被。雄花序为柔荑状,由多个小聚伞花序螺旋状排列组成。每个小花序原基分化出1枚初级苞片和一团小花序原基分生组织,由小花序原基分生组织分化出2枚次级苞片和4。6个雄蕊原基,形成4—6枚雄蕊,每个雄蕊具4个药囊,在雄蕊原基分化形成4药囊雄蕊过程中．出现雄蕊原基纵裂。并且花丝纵裂至基部。为进一步全面探讨桦木科属间系统演化关系提供了证据。