作者:孙航等 来源:《生物学综述》 发布时间:2024/2/2 15:27:11
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新研究揭示被子植物“苞片”的5大功能

 

苞片是一种高度特化的、与花相关,但又是非花起源的似叶器官,具有丰富多样的形态特征。一直以来,科学家对其扮演的角色、发挥的功能知之甚少。

近日,中国科学院院士、中国科学院昆明植物研究所研究员孙航带领的科研团队等在长期研究的基础上,揭示了被子植物苞片“吸引传粉者”“防御植食者”“帮助种子扩散”“适应非生物胁迫因子”和“进行光合作用促进种子发育”等五大功能。相关研究成果在《生物学综述》上发表。

苞片广泛分布于被子植物的各个类群,为多次独立起源。在众多具有苞片的植物类群中,最受关注的是蓼科大黄属植物塔黄。这种植物在开花时,整个花序被乳黄色苞片包裹,形成内部中空的结构,状如宝塔,高达2米,被称为“温室植物”。

丰富多彩的苞片。昆明植物所供图

自1855年被发现以来,塔黄苞片的进化适应机制一直备受植物学家和生态学家关注。一个多世纪以来,研究人员普遍认为,植物发育苞片主要是为了吸引传粉者。然而,在许多植物类群,苞片与花的发育并不同步,例如,塔黄的苞片从开花前一直保留至种子成熟,说明苞片应当还具有其他方面的功能,即受到非传粉者选择压力的驱动。

为此,孙航带领科研团队近期在对喜马拉雅—横断山冰缘带的“温室植物”——蓼科的塔黄和苞叶大黄开展了深入研究的基础上,对被子植物苞片的功能与进化机制进行了系统的研究。

研究发现,苞片具有“吸引传粉者”“防御植食者”“帮助种子扩散”“适应非生物胁迫因子”“进行光合作用促进种子发育”等五大功能。

在吸引传粉者方面,苞片通过提供视觉信号、嗅觉信号、回声信号和特殊报酬等来吸引传粉者,并保障植物成功传粉。

在防御植食者方面,苞片通过包裹花序等物理隔离、分泌粘性物质或有毒化合物等化学防御以及隐蔽色来隐蔽花或果实甚至营养器官,减少植食者的取食,增加植物适合度。

苞片能够帮助种子扩散,主要是通过艳丽的颜色或提供可食用的组织吸引食果动物、吸水改变形状实现移动以及形成带状提供浮力帮助风传播等促进种子扩散。

作为适应非生物胁迫因子, 苞片通过透过高热量的长波辐射等特殊解剖特征或减少对流的隔离作用来实现聚热增温、隔离紫外辐射和雨水或保湿,促进花粉萌发或种子发育,或帮助种子“逃离”火的威胁以及保护幼嫩的花器官不受土壤、风、雨或冰雹等的机械伤害。

苞片还可以进行光合作用促进种子发育,部分植物的苞片在开花前、花期或开花后保持绿色或转变为绿色,实现光合,为种子发育提供碳源,或在一定程度上弥补了植物为吸引传粉者或保护繁殖器官而耗费的资源成本。

苞片的多种功能。昆明植物所供图

同时,科研团队通过调查全球探讨苞片功能的文献,构建了一个包含256个物种或类群(来自41个科)的数据库,结果显示,83.2%的植物物种或类群的苞片具有多种功能。科研人员认为,同种植物的苞片通常具有多种功能,甚至在不同发育时期遭受不同的选择压力。

此外,科研团队对未来相关研究提出了框架性的建议。

中国科学院昆明植物研究所研究员宋波和硕士研究生陈佳奇为论文第一作者。孙航院士和英国朴茨茅斯大学教授Scott W. Armbruster为通讯作者。(来源:中国科学报 甘晓 阚宇轩)

相关论文信息:https://doi.org/10.1111/brv.13060

 
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