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秋海棠属单裂组是一个亚洲分布组。本文对该组的中国产种类进行了分类学、形态学、细胞学、繁殖生物学、传粉生物学和雌雄配子体发育等方面的研究,探讨了以球茎种类为主的国产单裂组植物的保护生物学。主要的研究结果如下:
1.分类学
提出中国产单裂组种类的新的分类系统,补充描述了各个种的形态特征,特别对花序类型进行了长期的持续观察,并描述了本组的3个新种。发现凤山秋海棠雌花子房的基部或稍远离的部位着生有小苞片,而几乎所有中国产秋海棠种类不存在小苞片。在野生条件下,小叶秋海棠存在重瓣的变异植株,可供培育新的重瓣类园艺品种。
2.形态学
(1)对本组中国产种类的宏观形态进行了总结,存在较高的多样性。
(2)通过与其它组的比较研究,发现中国秋海棠植物在花粉形态上也存在较高的多样性。尽管花粉形态在分组上的意义不明显,但对于区分种、鉴定新种有一定的参考价值。推测秋海棠植物中花粉较大的类型为较原始的种类,而花粉较小的为较进化的类群,便于雌雄异株种类的昆虫远距离携带。
(3)与花粉形态一样,中国秋海棠属植物的种皮形态也存在极高的多样性。种皮微形态在组的划分上能提供一定的价值。该属植物的种皮为网格状纹饰,有利于种子沾在岩石壁上。对于同一种类不同居群的种皮形态研究表明,该性状在种内稳定,即对于区分种有一定的借鉴意义。秋海棠属植物的种子近距离的散布主要为风播和重力作用,远距离的散布为水流冲刷、人类散布,以及可能存在的动物传播。
3.细胞学
对本组9个种类中的6个进行了细胞学的研究:独牛(2n=30)、小叶秋海棠(2n=28)、石生秋海棠(2n=24)、凤山秋海棠(2n=24)、一点血(2n=24)、青城山秋海棠(2n=24)。其中,后5种的染色体数目为首次报道。秋海棠属植物在染色体数目上也存在多样性,即便是在同一个组内,染色体数目也不一致,但在相同种的不同的居群中却相对稳定,没有发现多倍化或异常的染色体数目。对于中国产单裂组的种类,我们推测其染色体数目为下行的非整倍性变异,由广布种独牛的2n=30,通过染色体数目的减少,逐渐分化出2n=28和2n=24的种类。染色体数目尽管不能为分组提供有利的证据,但对定种和杂交种有一定的意义。
4.保护生物学
中国秋海棠属单裂组的植物大多为中国特有种类,其在野生环境下的资源状况不容乐观。其中石生秋海棠仅1个分布于石林景区内的居群,受人为干扰比较严重,并且种群分布零散。以石生秋海棠和小叶秋海棠为例,进行了传粉生物学、繁殖生物学和胚胎学等方面的研究。
(1)传粉生物学
传粉生物学的研究表明,这两种秋海棠植物是自交不亲和,必须由蜂类或蝇类等传粉昆虫的参与。小叶秋海棠不同的居群中传粉昆虫不同,因而结实率不同,主要的繁殖方式存在较大差异,并且这种差异已经表现在形态方面。由于所处的特殊生境,石生秋海棠的分布比较零星,因此要求较大的昆虫承担传粉任务。研究表明,其有效的传粉昆虫仅一种,这也是其结实率不太高的主要原因之一。
(2)繁殖生物学
大部分单裂组植物具有两种繁殖方式:营养繁殖和有性生殖。营养繁殖中又分为球茎靠接增殖、伸长的根状茎末端产生新的球茎、叶片基部产生新植株以及珠芽繁殖等几种情况。对石生秋海棠进行的为期一年的球茎生长情况追踪表明,对于单个的球茎而言,寿命是有限的,把营养传给新的球茎,这对其自身而言也是一种更新。光照培养箱中的种子萌发实验表明,除了较为广布的独牛和小叶秋海棠外,其它种类的萌发率均较低。而水培养比一般培养的萌发要快,但抑制根的生长。种子密度对萌发率有一定的影响,但程度不高。
(3)雌雄配子体发育
以石秋海棠和小叶秋海棠为例,研究了秋海棠植物的雌雄配子体发育情况。实验结果表明:石生秋海棠和小叶秋海棠的胚胎发育方式为蓼型,胚珠为具内外两层珠被的倒生胚珠,雌雄配子体的发育均正常,并不是濒危的限制因子。
中国秋海棠属单裂组植物的保护生物学研究表明,以石生秋海棠为例,本组植物濒危的主要原因来自于人类活动的干扰而对其生境造成的破坏。我们采取了一些就地保护和迁地保护的措施来增强种群的繁衍能力。例如在石生秋海棠的原生地播种,在引种地采用叶片扦插和组织培养等方式进行种群的扩繁获得成功。