中新網(wǎng)昆明2月1日電(記者 胡遠航)植物為什么發(fā)育出豐富多彩的苞片？中國科學院昆明植物研究所孫航院士團隊在對喜馬拉雅—橫斷山冰緣帶“溫室植物”——蓼科的塔黃和苞葉大黃等進行長期研究的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)、全面總結(jié)了被子植物苞片的生態(tài)功能及其進化驅(qū)動機制。研究結(jié)果顯示，植物的苞片可能受到多種因素的選擇，故而呈現(xiàn)豐富多樣的形態(tài)特征。
相關(guān)研究成果于近日發(fā)表于生物學旗艦期刊Biological Reviews。
圖為豐富多彩的苞片。中國科學院昆明植物研究所 供圖
苞片，是一種高度特化的、與花相關(guān)，但又是非花起源的似葉器官。苞片具有豐富多樣的形態(tài)特征：顏色方面，具有從綠色到白色、紅色、黃色、粉色和紫色以及多色，甚至隨著發(fā)育時間的不同，苞片顏色發(fā)生改變；形狀方面，包括了葉形、杯形、船形和花瓣狀以及長絲狀等；大小方面，苞片呈現(xiàn)出巨大的變異，有的寬達近80厘米，有的卻只有區(qū)區(qū)1毫米，相差近800倍。苞片著生位置多樣，有著生在花序梗的基部，有著生在小花梗上，有的則密集著生形成杯狀或鐘狀。
苞片廣泛分布于被子植物的各個類群，為多次獨立起源。在眾多具有苞片的植物類群中，最受關(guān)注的是蓼科大黃屬植物——塔黃。該植物在開花時，整個花序被乳黃色苞片包裹，形成內(nèi)部中空的結(jié)構(gòu)，狀如寶塔，高達2米，被稱為“溫室植物”。
自1855年英國人虎克首次在錫金發(fā)現(xiàn)塔黃以來，特化苞片的進化適應(yīng)機制一直備受植物學家和生態(tài)學家的關(guān)注。一個多世紀以來，研究人員普遍認為植物發(fā)育苞片主要是為了吸引傳粉者。然而，在許多植物類群，苞片與花的發(fā)育并不同步，如：塔黃的苞片從開花前一直保留至種子成熟，說明苞片應(yīng)當還具有其他方面的功能，即受到非傳粉者選擇壓力的驅(qū)動。
中國科學院昆明植物研究所孫航院士團隊基于對塔黃和苞葉大黃等進行的長期研究，發(fā)現(xiàn)苞片具有吸引傳粉者、防御植食者、幫助種子擴散、適應(yīng)非生物脅迫因子、進行光合作用促進種子發(fā)育等多重功能，甚至在不同發(fā)育時期遭受不同的選擇壓力。
研究團隊還構(gòu)建了一個來自41個科、包含256個物種或類群的數(shù)據(jù)庫，結(jié)果顯示，83.2%的植物物種或類群的苞片具有多種功能。例如，塔黃的苞片在開花前為花器官的發(fā)育提供保護作用，花期則通過增溫、防雨、防紫外線和防風等促進花粉發(fā)育與萌發(fā)、以艷麗的顏色吸引傳粉昆蟲，果實發(fā)育期則為種子和傳粉蕈蚊幼蟲的發(fā)育提供良好的“微環(huán)境”。黃蓉花的苞片在開花前為綠色，具有光合作用的功能，花期變?yōu)榘咨蜃仙绕G麗的顏色吸引傳粉昆蟲，并分泌脂類化合物作為傳粉昆蟲的回報，開花結(jié)束后又變?yōu)榫G色進行光合作用促進種子發(fā)育并隱蔽果實減少植食者取食。
研究人員認為，探討苞片進化與適應(yīng)意義的研究，僅關(guān)注一個或幾個因素時，這些因素的選擇壓力會被低估或高估，應(yīng)同時考慮所有可能的選擇因素；并采用多組學手段，從機制上深入回答苞片的進化與生態(tài)功能。(完)
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