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中科院华西生态公园察觉我国被子植物新记录物

发布时间:2019-09-12 11:44编辑:科学浏览(169)

    中科院华南植物园发现我国被子植物新记录物种

    中国科学院华南植物园植物科学研究中心科研人员近期在珠海万山群岛发现了我国被子植物的一个新记录物种——海厚托桐。该植物隶属于大戟科厚托桐属,是近10年来在我国发现的第12个被子植物新记录属或新属,使我国被子植物属的数量增加至3112个。

    大戟科植物是被子植物的一个大科,拥有超过5000个种,300个属,几乎广布全球,但是主要分布在热带和亚热带地区。中国科学院西双版纳热带植物园科研人员在对元江干热河谷进行植被调查时发现一种未能定种的大戟科植物,通过与中科院昆明植物研究所科技人员合作,对其形态学和分子系统学深入研究,确认这种大戟科植物属于风轮桐族下一个全新的属。为了纪念版纳植物园创始人蔡希陶,科研人员将该种植物命名为希陶木(Tsaiodendron dioicumY.H. Tan, Z. Zhou & B.J. Gu),属名为希陶木属(Tsaiodendron Y.H. Tan, H. Zhu & H. Sun)。

    海岸桐(Guettarda speciosa)是西沙群岛林冠层的优势植物,在热带亚热带岛屿中分布也极其广泛。这种典型的岛屿植物为研究植物远距离扩散的相关生态和进化问题提供了很好的研究素材。对西沙群岛的海岸桐居群的繁殖生态学研究发现其具有异型自交不亲和性。该繁育系统在岛屿扩散中往往处于劣势。那海岸桐为何在岛屿间扩散时并未受其限制呢?结合传粉生态位理论,中国科学院华南植物园系统发育与繁殖生态学研究组徐苑卿等在研究员张奠湘和副研究员罗中莱的指导下对其在岛屿扩散中的适应提出了一个新解释。

    本报讯(记者朱汉斌 通讯员周飞)中科院华南植物园植物科学研究中心科研人员近期在珠海万山群岛发现了我国被子植物的一个新记录物种——海厚托桐。该植物隶属于大戟科厚托桐属,是近10年来在我国发现的第12个被子植物新记录属或新属,使我国被子植物属的数量增至3112个。相关学术论文发表于《植物分类学》杂志。

    通常人们人为,在珠三角地区发现我国被子植物属级以上新记录的可能性极小,这是因为一方面,珠三角地区经济发达,城市化程度较高,导致该地区的原生植被相对较少;另一方面,珠三角地区的植物利用历史悠久,植物学研究实力雄厚,对本地区植物的家底了解得比较透彻。事实上,珠三角地区除了陆地区域,在珠江入海口及其附近沿海地区存在着数量众多的海岛,这些岛屿离大陆的距离近至几公里,远至几十公里,大部分岛屿由于极少受到人类活动的干扰,一些重点保护野生植物、珍稀濒危植物、极小种群植物甚至新物种可能藏身岛上而不为外人所知。

    希陶木属在形态学上与其近缘属最大的区别在于其雌雄异株,雌雄花着生于退化的短枝上,雌花存在花盘等。在系统发育关系上,它与风轮桐族下的白大凤属(Cladogynos)形成姐妹群,与蝴蝶果属(Cleidiocarpon)、头花巴豆属(Cephalocroton)等属亲缘关系较近。另外通过对该物种的分化时间进行研究后发现,该属在大约在10.42个百万年前与白大凤属分离,该时间正好与哀牢山的隆升、红河河谷开始深切以及干热气候随之在这里形成的时间正好吻合,因此,希陶木属的形成可能与这一地质历史事件对其祖先类群的隔离有关。

    一般认为,岛屿中的植物大部分由远距离扩散而来,其中自交不亲和的种占少数。根据Baker’s law,经远距离扩散后,由于配子及传粉者缺乏,自交亲和的植物在殖民新生境时更具优势;而严格异交的种类将会面临有性繁殖的困难。普遍上看,岛屿中的植物大部分都是自交亲和的,自交不亲和的物种仅占18%,显著低于大陆上约50%的比例。因此可以想见,拥有自交能力的物种往往是更出色的殖民者。

    自2013年以来,科研人员对我国热带海岛和海岸带的重点保护野生植物和特有生物资源进行了大规模的考察。此次在万山群岛发现的厚托桐属植物海厚托桐,从未在我国大陆地区的生态系统中有过报道,进一步证明了海岛生态系统的特殊性。

    自2013年以来,在科技部、中科院以及广东省林业厅的支持下,研究人员对我国热带海岛和海岸带的重点保护野生植物和特有生物资源进行了大规模考察。考察结果发现,海洋岛屿的生物栖息地、岛屿群落物种组成和结构、岛屿生物资源的种类、岛屿植物对高温、高盐、干旱极端环境的适应方式以及遗传结构等方面极为特殊,和其它生态系统相比具有明显的不可替代性。此次在万山群岛发现的厚托桐属植物海厚托桐,从未在我国大陆地区的生态系统中有过报道,进一步证明了海岛生态系统的特殊性。

    目前,希陶木仅被发现分布于元江海拔350-550m干热河谷热带季雨林和稀树灌草丛林下。相关文章以Molecular phylogenetic analyses of Euphorbiaceae tribe Epiprineae, with the description of a new genus,Tsaiodendrongen. nov., from south-western China为题发表于国际植物学期刊《林奈植物学报》(Botanical Journal of the Linnean Society)。

    研究发现海岸桐具有异型自交不亲和性,却又是典型的海岛植物。这与Baker’s law的预测形成了鲜明的反差。异型自交不亲和性是异型花柱(heterostyly)植物所特有的繁育系统。在异型花柱植物居群中,花根据柱头的位置高低可以分为二型或三型。异型自交不亲和性指的是一种花型的柱头和自株花粉及同型异株花粉均不亲和。作为一种促进异交的机制,其在岛屿植物中少有报道。异型花柱植物在殖民岛屿时,不仅需要多个个体,还需要不同花型的个体。而且,两种花型比例的稳定平衡需要异交来维持,否则会出现居群中偏向某一花型的情况,而这往往会导致异型自交不亲和性的破损。西沙群岛的海岸桐具有长柱和短柱两种花型,以及严格的异型自交不亲和性。此外其岛上的居群花型比为1:1,说明其已形成完整的有性繁殖居群。就是这样一种严格异交的植物,海岸桐却广布于热带海岛地区,并已成为许多岛屿的优势种。相比于它的两个可自花授粉但却狭域分布的姐妹种,海岸桐在海岛中的扩散和殖民似乎一点也不受异交所困扰,成为一个强悍的异交殖民者。这与Baker’s law所推断的自交殖民优势完全相反。所以,海岸桐到底是由什么秘技加持而赢得海岛“C位”?

    全世界共有大戟科厚托桐属植物30种,主要分布在拉丁美洲、美国南部以及太平洋和印度洋的热带海洋岛屿上。海厚托桐主要分布于马来西亚和菲律宾等地的热带海洋岛屿及海岸带,该植物为小型灌木,株型优美,高约1~1.5米,叶表面特化为蜡质,种子位于不开裂且具有空腔的果实中,表现出对热带海洋岛屿高温、高盐、干旱以及海水传播植物种子的高度适应性。

    大戟科厚托桐属植物全世界共有30种,主要分布在拉丁美洲、美国南部以及太平洋和印度洋的热带海洋岛屿上。海厚托桐主要分布于马来西亚和菲律宾等地的热带海洋岛屿及海岸带,该植物为小型灌木,株型优美,高约1至1.5米,叶表面特化为蜡质,种子位于不开裂且具有空腔的果实中,表现出对热带海洋岛屿高温、高盐、干旱以及海水传播植物种子的高度适应性。

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    徐苑卿等科研人员试图由传粉生态位入手来回答这个问题。群落中植物所获得和利用的传粉资源是其传粉生态位。风媒传粉的植物的传粉生态位依赖于风,自花授粉的植物自己就可以获得,而动物传粉的植物则依靠于他们的传粉者。因此对于自交不亲和的动物传粉的物种来说,从传粉者那里获得充分的传粉服务直接决定了有性繁殖的成败与否。没有传粉者,就意味着没有花粉流,也就意味着配子体缺乏。由于自交不亲和性,海岸桐无疑需要依赖传粉者进行有性繁殖。此外,海岸桐是木本植物,几乎没有营养繁殖能力。所以,当其殖民岛屿时,是否有可利用的传粉生态位对其种群的建立起着决定性作用。

    《中国科学报》 (2018-02-26 第4版 综合)

    早在1986年,华南植物园高级工程师陈炳辉就在万山群岛采集了海厚托桐的标本,当时由于缺乏花果等关键特征,无法对其进行准确的物种鉴定。近期,华南植物园副研究员涂铁要和博士研究生李盛春等科研人员在对万山群岛进行植物考察时,采集到了该物种具有花果的完整标本。在查阅大量国内外大戟科植物标本并且进行详细的形态学研究和DNA分析之后,才确定其为我国从未报道过的厚托桐属植物海厚托桐。研究人员发现该植物在我国的分布仅局限于珠江口万山群岛最靠近外海一侧的两个无人小岛上,居群极小,植株总数估计不超过200株。

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    那如何证明这一点呢?简单的逻辑就是没有可获得的传粉生态位的地区,海岸桐无法建立居群。那么可以通过对比其地理分布地区与现有的传粉者的分布来一探究竟。如果说,海岸桐对传粉位有依赖性,那么它将倾向于分布于有传粉者的地区,也就是说它与传粉者的生态位在地理分布上有重叠,或者嵌套。研究人员在永兴岛对海岸桐的传粉观察发现甘薯天蛾(Agrius convolvuli)是其有效传粉者,而岛上的先锋植物厚藤(图片 2Ipomoea pes-caprae)作为甘薯天蛾的寄主,为幼虫提供食物来源,使得甘薯天蛾可以完成生活史。

    此次发现的相关学术论文已发表在国际植物分类学刊物Phytotaxa上。海厚托桐的发现为我国新建的热带海洋岛礁近自然生态系统重建提供了一个优质的候选乡土植物资源,可望为我国海洋生态文明建设做出贡献。

    希陶木

    那么海岸桐的地理分布到底有没有受到传粉生态位的影响?科研人员利用GBIF 的物种分布信息,结合生态位模型,预测了三个物种适生生态位下的分布区域。结果显示三者的分布区在海洋性岛屿上具有良好的重叠。这表明海岸桐、甘薯天蛾、厚藤三者的相互关系在岛屿环境中是具有普遍性的。而结合海岸桐的实际分布点来看,其几乎都倾向于分布在三者的重叠区域。可以推断,海岸桐的扩散对传粉生态位可获得区域是有明显的偏好的。甘薯天蛾和厚藤这两位“邻居”对海岸桐在热带海岛的广泛分布具有重要作用。这进一步印证了传粉生态位可获得性假说。

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    实验数据和模型预测都有效证明,在传粉生态位可获得的情况下,一个自交不亲和的植物不一定就是远距离扩散后殖民新生境时的弱者。该研究结论似乎推翻了Baker的假说,但事实上,从普遍性来说自交的确在岛屿中更为常见。这之间的矛盾提示人们,并不是Baker的推断有失偏颇。Baker’s law是基于配子体缺乏为出发点的,但实际上传粉者更直接地作用于异交植物的配子体交流过程。或许应该重新考虑Baker’s law在理解植物远距离扩散中的适用范畴。

    生于海边岩石和山地上的海厚托桐居群

    虽然该研究只关注了海岸桐一个核心物种,但对于揭示珊瑚岛屿适生植物完整生活史、岛屿植被演替过程有图片 4管中窥豹可见一斑的重要意义。相关研究论文已于近期发表在《科学报告》(Scientific Reports)上。

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    海厚托桐花序和果实

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    华南植物园发现异交海岛植物海岸桐的生存机理

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