为探讨叶表皮微形态特征的分类学意义,以中国产花楸属(Sorbus)冠萼组(sect. Aria)和落萼组(sect. Micromeles)11种1变种单叶类群为研究对象,利用光学显微镜和扫描电镜对其特征进行观察。结果如下:单叶花楸的叶表皮细胞呈多边形或不规则形;多边形细胞的垂周壁平直或弧状,不规则形细胞的垂周壁弧状或波状;表皮细胞面积在分类群间差异显著,且上表皮细胞面积均大于下表皮细胞;细胞表面纹饰有脊状、条状、皱褶、次生加厚、局部加厚,蜡质纹饰有壳状、颗粒状、片状、线状;叶光滑或具毛,毛被的位置、颜色、疏密和类型是重要的物种鉴定特征;气孔均为无规则型,分布于下表皮脉间区,保卫细胞具环形外缘、两极有或无T型加厚;气孔的长、宽、面积、密度和气孔指数在分类群间差异显著。由此,叶表皮微形态特征对单叶花楸的物种界定和鉴定具有重要价值。
以热带胎生睡莲‘鲁比’(Nymphaea ‘Ruby’)和‘蓝鸟’(N. ‘Blue Bird’)的胎生与非胎生叶片为材料,非胎生睡莲‘蓝星’(N. ‘Colorata’)叶片为对照(CK),测定并比较3个品种的叶片形态特征参数,并采用石蜡切片技术观察卷叶期和展叶后的叶片解剖结构,旨在探讨热带睡莲叶片形态特征与胎芽发育的关系。结果表明:3个品种均具有典型的热带睡莲特征,‘鲁比’和‘蓝鸟’的胎生叶片除叶脐形成胎芽以外,叶长、叶宽和叶面积略低于非胎生叶片,但差异均不显著(P>0.05),而叶片解剖结构特征参数随着叶片的发育发生了改变。胎生睡莲展叶后叶片上、下表皮以及海绵组织厚度较卷叶期变薄,均高于非胎生叶片,而栅栏组织厚度、栅海比较卷叶期增加,且低于非胎生叶片,说明胎芽的发育导致栅栏组织结构紧密度降低,而海绵组织结构疏松度增加,但与叶片整体厚度无关;非胎生品种‘蓝星’叶片栅海比和细胞结构紧密度均显著高于胎生品种的叶片。各指标的可塑性变异较高,且存在一定的相关关系,具有明显的协同进化趋势。主成分分析显示,上下表皮厚度、海绵组织厚度、栅栏组织厚度、栅海比、叶片组织结构紧密度和疏松度均可视为反映睡莲胎生叶片解剖结构特征的主要指标。因此,胎生叶片通过改变叶肉组织结构的方式来响应胎萌的发生。
为讨论叶表皮毛状体特征的分类学价值和系统学意义,借助体视显微镜和扫描电镜对中国杨属(Populus)33个物种的叶表皮毛状体进行了观察和分析。结果表明:杨属物种叶片毛状体整体上是非腺状的、简单的、基底固定的;除胡杨(P. euphratica)叶表皮没有毛状体外,其余物种叶表皮均被有毛状体,但毛状体的分布、形态、长度等在物种间存在不同程度差异。毛状体外形(圆柱状至条带状)、弯曲程度(直立至曲卷)、相对于叶表皮表面的方向(伏贴或不伏贴)及毛状体长度具有一定的分类学意义。结合分子系统发育研究提供的进化框架,本研究认为杨属叶表皮毛状体特征在亚属水平难以区分,但胡杨亚属(subg. Turanga)和白杨亚属(subg. Populus)在种间水平可区分很多物种,尤其是白杨亚属内的物种毛状体差异大;脂杨亚属(subg. Tacamahaca)内叶片毛状体相似且稳定,但不同分支上的叶片毛状体在长度上有差异。毛状体特征整合后可划分为以下类型:无毛、毡毛、绢毛、短柔毛和长柔毛。
青海湖流域位于青海省东部(36°15′~38°15′N,97°50′~101°45′E),处于青藏高原和黄土高原的过 渡地带,海拔3 160~4 953 m,全区面积约29 660 km2,属于高原大陆性气候。该区有种子植物823种,隶属于 61科231属,依次为青海种、科、属数的23.13%、62.89%和38.82%。区系分析结果表明:(1)该区系的种类仅有2.78种/km2,这在唐古特地区的众多自然区域中相对并不丰富。(2)包括中国特有植物种类在内,该区系的温带成分占99.00%,以绝对优势确定了本区系明显的温带性质。(3)木本种类少,少有古老的和原始的类群,而是以多年生草本为核心的植物区系。(4)该区的一些中国特有种是经其广布的亲缘种衍生而来,这是该区系年轻和衍生的性质的具体体现。(5)我国华北区系和西南高山区系均对该区具有不同程度的影响。(6)特有属少,特有种多数为水生植物,表现出青海湖独特而隐域性的水湿环境的特化结果。(7)中国特有种的核心成分是出现种类最多的甘肃—西藏—四川亚型。而在青藏高原植物亚区中,该区隶属于其中的唐古特地区。
为探究唐古特红景天(Rhodiola tangutica)在青藏高原的潜在适宜分布及其生态适应性,基于唐古特红景天青藏高原38个分布位点以及当前和未来5个时期7个环境因子,利用MaxEnt模型构建唐古特红景天分布与环境因子的关系模型,模拟和验证当前时期1970—2000年与SSP245情景模式下未来4个时期(2030s、2050s、2070s和2090s)的潜在地理分布格局。结果表明:(1)海拔(Alt)和最干月份降水量(Bio14)是影响唐古特红景天地理分布格局的最主要生态因子,贡献率分别为89.3%和4.9%。(2)当前气候背景下,唐古特红景天在青藏高原地区的适宜分布区总面积为195.21×104 km2,主要位于青海南部和东北部、四川西北部及西藏中部等。(3)与当前时期相比,未来4个时期唐古特红景天的适宜分布区总面积变化不太明显,但高适宜区面积却有所增加,呈现出向青藏高原中部集中分布的趋势。
为了解蒙古高原第三纪孑遗珍稀濒危物种蒙古扁桃(Amygdalus mongolica)潜在分布特征及其对未来气候变化的响应,利用121个蒙古扁桃种群分布点数据,选取气候和土壤变量,通过在R软件Biomod2建模平台构建物种综合适宜生境模型(CHS),模拟当前气候条件和预测未来两个时期(2050S和2090S)共3种不同气候情景下(SSP1-2.6、SSP3-7.0和SSP5-8.5)蒙古扁桃的潜在分布、时空演变特征及适宜生境迁移。结果显示:气候适宜性模型(EM)的TSS>0.75,分布限制模型(Li )的受试者工作特征曲线(ROC)>0.90,表明选择综合适宜生境模型能精确地模拟不同气候情景蒙古扁桃潜在地理分布特征。当前气候条件下蒙古扁桃的适宜生境面积为64.00万km2,占全国总面积的6.67%,主要分布于蒙甘宁等地,少量分布于青海、新疆、陕西、山西、河北等地。未来(2050S、2090S)SSP1-2.6、SSP3-7.0、SSP5-8.5三种气候情景下,蒙古扁桃的适宜生境面积均呈现出减少趋势,且2090S不同气候情景下适宜生境面积均小于2050S。蒙古扁桃适宜生境质心整体上有逐步向西和向高纬度地区迁移的趋势。
东北地区是中国野生茶藨子属(Ribes L.)重要的分布区之一,很多资料对该区茶藨子属的记载是不全面甚至是错误的,急需对该地区野生茶藨子属的种类及分布情况进行归纳总结。通过对东北地区野生茶藨子属进行实地考察,查阅《中国植物志》《东北植物检索表》《东北维管束植物考》等志书,相关论文和植物名录,以及植物智、中国植物图像库、中国数字植物标本馆和中国珍稀濒危植物信息系统等网站,结果表明:东北地区野生茶藨子属共有6个亚属22种(含8个变种)。黑龙江省野生茶藨子属种类最多,有12种2变种,吉林省有8种4变种,辽宁省有5种4变种,内蒙古自治区东部有7种2变种。东北地区野生茶藨子属主要分布于大兴安岭地区、小兴安岭地区、长白山区和辽东半岛沿岸及岛屿;东北地区该属种类和亚属的数量在水平分布上具有一致性,小兴安岭地区的野生茶藨子属无论在种数上还是在亚属的数量上都是最多的,是东北地区野生茶藨子属的现代分布中心;东北北部地区的茶藨子属以两性花类群为主,而东北南部地区多为单性花类群。该属从低海拔(≤200 m)到高海拔(1 800~2 100 m)均有分布,且多数种类集中分布于海拔300~800 m。该属特有现象十分明显,国内区域特有种多达15种(含6变种),占比68%。东北地区野生茶藨子属种类繁多、资源丰富、分布广泛且发展潜力巨大,但其生存环境面临威胁,应当密切关注其种群数量及分布区域的动态变化,以便采取措施及时予以保护。
探讨云南不同地理单元的物种、特有种、受威胁物种的组成及其系统发育多样性的变化,为云南生物多样性保护及资源可持续利用提供科学基础。在完善云南单子叶植物物种数据库的基础上,使用物种丰富度、加权特有性、受威胁程度、系统发育多样性、系统发育特有性、进化特异性全球濒危度指数等指标,揭示云南单子叶植物的空间分布格局,并整合自然保护地的分布,确定云南生物多样性保护的关键区域。结果表明:云南单子叶植物的物种丰富度与系统发育多样性、加权特有性与系统发育特有性、受威胁指数与进化特异性全球濒危度指数均显著(P<0.001)正相关;西北部、南部和东南部具有最高的物种组成和系统发育组成多样性和特有性;除西北部和东南部,其他区域的标准化系统发育多样性均较高;云南西北部、南部和东南部是单子叶植物的重点保护区域,采取有效措施加以保护,将有助于维持该地区生物多样性的进化历史和进化潜能。
保护植物通常拥有较高的利用价值或种群数量较少,是目前面临生存威胁最高的植物类群,也是生物多样性保护重点关注的对象之一。通过对文山州重点保护野生植物系统调查,分析其丰富度及地理分布,采用濒危系数、遗传价值系数、保护系数和利用价值系数4项指标,确定权重,再计算重点保护野生植物的优先保护综合值,据此划分物种的优先保护等级。结果表明:文山州分布重点保护野生植物387种,包括国家一级重点保护野生植物36种、二级259种,云南省Ⅱ级重点保护野生植物24种、Ⅲ级78种;国家重点保护野生植物中,兰科(Orchidaceae)植物112种,占38%,是文山州重要的保护类群。水平分布上,南部的麻栗坡县、马关县和西畴县物种丰富度较高,分别为228、224、200种,中北部的广南县、丘北县和砚山县物种丰富度偏低,分别是87、68、 52种;垂直分布上,海拔1 301 ~1 500 m是重点保护野生植物最集中的区域;所以在生物多样性保护中,需要重点关注南部区域和海拔1 301 ~1 500 m的区域。优先保护综合值是0.372~0.940,其中Ⅰ级39种,Ⅱ级142种, Ⅲ级123种,Ⅳ级83种。古林箐秋海棠(Begonia gulinqingensis)、云南金花茶(Camellia fascicularis)、滇南风吹楠(Horsfieldia tetratepala)、丘北冬蕙兰(Cymbidium qiubeiense)、光萼厚轴茶(Camellia crassicolumna var. multiplex)、无斑兜兰(Paphiopedilum henryanum var. christae)、六角莲(Dysosma pleiantha)和绿花杓兰(Cypripedium henryi) 8种虽然未被列入《中国生物多样性红色名录——高等植物卷(2020)》受威胁物种,但在文山州分布个体数量少、受人为干扰明显、保护价值高,评估为Ⅰ级优先保护,属于亟需拯救和保护的对象。
为探究糙果紫堇(Corydalis trachycarpa)的潜在适宜分布区,明确其适宜的生存环境,旨在为糙果紫堇的资源利用和保护提供一定的理论依据。基于糙果紫堇现有的分布位点、气候变量和环境变量数据,利用MaxEnt模型和ArcGIS软件模拟糙果紫堇当前气候条件下(1970—2000年)和未来SSP 245情境模式下4个时期(2021—2040年、2041—2060年、2061—2080年、2081—2100年)在我国的潜在分布区,分析限制其分布的环境因子。结果表明:(1)影响糙果紫堇分布的最主要环境变量分别是海拔(Alt,贡献率60.9%)、温度季节性变化标准差(bio4,贡献率11.1%)、最暖季度降水量(bio18,贡献率9.4%)、降水量变异系数(bio15,贡献率7.0%),这4个变量的累计贡献率高达88.4%;(2)当前气候条件下,MaxEnt模型预测糙果紫堇的潜在分布区总面积约 174.94万km2,主要分布在青藏高原东部的四川西北部、甘肃南部、西藏东部、云南西北部和青海等地;(3)与当前气候条件下相比,SSP 245情境下未来4个时期糙果紫堇高、中、低适生区面积均有所增加,呈现向云南、西藏东部等低纬度地区扩张的趋势。
砂引草属(Messerschmidia L.)在紫草科(BoraginaceaeJuss.)分类系统里位置不稳定,为更好地理解砂引草属的分类学位置,利用常规石蜡制片技术结合光学显微镜观察了砂引草(Messerschmidia sibirica L.)的大小孢子发生及雌雄配子体发育特征。结果如下:(1)花药4室,成熟花药壁由表皮、药室内壁、1层中层和绒毡层共4层细胞构成,双子叶型花药壁发育类型,分泌型绒毡层,成熟绒毡层细胞含2核,表皮宿存,药室内壁不规则2层,具纤维性加厚;(2)小孢子母细胞减数分裂过程中胞质分裂为同时型,小孢子四分体四面体型排列,成熟花粉粒为2-细胞型;(3)胚珠倒生,单珠被,珠孔狭长,具珠被绒毡层,假厚珠心,部分珠心组织宿存至成熟胚囊时期;(4)胚囊发育类型为蓼型,成熟胚囊梭形,极核在受精前融合,反足细胞退化早。砂引草胚胎学特征与天芥菜属(Heliotropium)其他种类胚胎学特征十分相似,稍有不同,鉴于胚胎学特征在属内较为稳定,支持分子系统中将砂引草属置于天芥菜属的分类学处理。
深圳双扇蕨(Dipteris shenzhenensis)是仅在深圳分布的极度濒危(CR)植物。对该种占优势群落进行植物群落学研究分析,结果表明:深圳双扇蕨群落共有维管植物49科73属85种,优势种有深圳双扇蕨大头茶(Gordonia axillaris)、谷木叶冬青(Ilex memecylifolia)、竹叶青冈(Cyclobalanopsis neglecta)、吊钟花(Enkianthus quinqueflorus)、豺皮樟(Litsea rotundifolia var. oblongifolia)、芒萁(Dicranopteris pedata);植株个体随着树木高度增加而减少,呈现“倒J”型分布,是亚热带地区明显特点;各生活型物种多样性及均匀度指数呈现“中间高两头低”的态势;对相同地区不同群落物种多样性指数进行T检验,证明不同群落之间多样性水平无显著差异,同属生态演替的稳定阶段;生态位分析揭示了深圳双扇蕨在群落中的生存状态,说明该种并非广布种,对环境要求苛刻且对资源竞争力差,在群落演替中存在灭绝风险;种间联结分析揭示了该物种与其他优势草本的种间关系,找到了可能的互补与竞争植物。
探究多壁碳纳米管在水蕨配子体发育及孢子体产生中的作用,以期为濒危蕨类植物的保护和繁育奠定基础。以蕨类模式植物水蕨(Ceratopteris thalictroides)为供试材料,设置0(对照)、0.5、1.0、2.5、5.0 mg·L-1多壁碳纳米管5个处理组,采用光学显微镜观察不同质量浓度多壁碳纳米管对水蕨配子体发育及孢子体产生的影响。结果显示:与对照组相比,0.5~2.5 mg·L-1多壁碳纳米管处理可使水蕨孢子萌发提前约15 d,其中,0.5 mg·L-1多壁碳纳米管对水蕨孢子萌发的促进效果最好,0.5~1.5 mg·L-1多壁碳纳米管对丝状体和片状体产生的促进效果最好,2.5 mg·L-1多壁碳纳米管对原叶体和孢子体产生的促进效果最好。高质量浓度(5.0 mg·L-1)多壁碳纳米管处理会导致部分配子体出现畸形,精子器退化,细胞中叶绿体出现失绿现象,部分发育出的孢子体上的细胞也出现叶绿体失绿等衰退现象。此外,多壁碳纳米管的加入促进了水蕨雄配子体的产生。综上所述,0.5~ 2.5 mg·L-1多壁碳纳米管处理可以明显促进水蕨配子体发育和孢子体的产生,且精子器数量明显增多,有雌雄同株和雌雄异株配子体同时出现,高质量浓度多壁碳纳米管处理会使水蕨配子体发育出现“高浓度抑制”现象,在实际应用过程中应根据具体的需要选择相应的添加量。
自小美喙藓属(Eurhynchiastrum Ignatov & Huttunen)2002年建立以来,中国有关该属系统的分类学研究尚未开展。笔者对中国小美喙藓属相关标本和文献进行了研究,结果表明:中国分布小美喙藓属植物1种,即小美喙藓(E. pulchellum(Hedw.) Ignatov & Huttunen),对其形态特征、生境及地理分布进行了描述和记录,提供了主要形态特征图版,与形态相近属和种进行了分析比较,并对其在中国的潜在地理分布区进行了预测。
在对雅鲁藏布江下游地区兰科(Orchidaceae)植物资源进行调查的基础上,结合资料收集和标本查阅,利用多个评价指标定量计算各濒危植物的优先保护值,确定该区域珍稀濒危兰科植物的濒危等级和优先保护序列。结果表明:对雅鲁藏布江下游地区的60属156种濒危兰科植物濒危等级进行评价,其中处于极危(CR)状态的有15种,处于濒危(EN)状态的有46种,处于易危(VU)状态的有78种,处于近危(NT)状态的有17种;优先保护范围值为0.853 9~0.416 8,其中被划分为Ⅰ级保护植物有45种,Ⅱ级保护植物有72种,Ⅲ级保护植物有39种。该研究结果与各种保护植物名录的濒危程度和优先保护级别存在较大差异,大部分兰科植物在该区受威胁程度加强,与这些兰科植物在雅鲁藏布江下游地区现实生存状态基本保持一致,对该区域兰科植物的保护迫在眉睫,应引起足够重视。
为了探讨苦豆子(Sophora alopecuroides)不同居群的染色体核型特征及进化关系,采用染色体常规压片技术分析了分布于内蒙古、甘肃、宁夏等6个自然地理居群的核型特征和进化趋势。结果显示:苦豆子6个居群的染色体数目恒定,均为2n=2x=36;染色体类型有中部着丝粒(m)和近中部着丝粒(sm)2种,除甘肃武威的居群3含有sm型染色体外,其余居群的染色体均为m型;染色体平均臂比为1.19~1.37,长度比介于1.72~2.19,核型不对称系数处于54.30%~57.17%;核型类型有1A、3A和2B三种;苦豆子居群3的核型不对称系数最大,进化程度较高,居群19(内蒙古鄂尔多斯)的核型不对称系数最小,进化程度较低。聚类分析显示,苦豆子6个参试居群聚集成A和B两大分支,分支A又可分为C和D两亚支,其中居群5(甘肃武威)和居群13(内蒙古阿拉善盟)聚为C亚支,亲缘关系较近,居群3单独聚为D亚支,与C亚支两居群的亲缘关系相对较远;分支B又可分为E和F两亚支,居群19和居群43(内蒙古鄂尔多斯)聚为E亚支,亲缘关系较近,居群17(宁夏银川)单独聚为F亚支,与E亚支两居群的亲缘关系相对较远。本研究从居群水平上探讨了苦豆子的染色体数目、核型特征和进化趋势,为今后苦豆子系统进化和种质资源遗传多样性研究提供了细胞学证据。
蜈蚣草(Pteris vittata)是多年生的超积累砷植物,并用于修复受重金属污染的土壤。利用光学显微镜和荧光显微镜来研究蜈蚣草的解剖结构及组织化学特征,以此明确该物种适应干旱岩生环境,以及具有离子超富集作用的特点。结果表明:(1)蜈蚣草孢子体的根状茎、不定根和叶的结构均为初生结构,不定根的结构由内而外包括维管柱、内皮层、皮层、木质化厚壁组织层和表皮。(2)根状茎结构由内而外包括网状中柱、内皮层、皮层、表皮外覆盖的角质层。(3)羽状复叶的总叶柄的结构由内而外包括维管束、内皮层、皮层、厚壁组织层、表皮外覆盖的角质层。叶片为异面叶,表皮内方具厚壁层,叶表皮具角质层,仅下表皮有气孔。(4)蜈蚣草根表皮、皮层与根毛的表面富含果胶,皮层木质化;黄连素离子通透性试验结果显示,根毛、根表皮和皮层滞留大量黄连素离子。综上,植物体的内皮层、木质化厚壁组织层、异面叶和厚的角质层结构说明蜈蚣草适应岩生环境,根具木质化皮层和富含果胶的组织化学特点,以及离子通透性试验表明其与离子超积累功能有关。
为了合理保护利用南峰地区野生有毒植物资源,通过野外实地调查、查阅相关文献书籍及标本,对该地区有毒植物的科属、生活型、毒性、有毒部位以及毒理作用进行分析。结果表明:南峰地区包括野生有毒植物242种,隶属于77科167属,其中优势科是天南星科(Araceae)、毛茛科(Ranunculaceae)、杜鹃花科(Ericaceae)、豆科(Fabaceae)和菊科(Compositae);有毒草本植物共计138种,是占比最多的生活型;有毒部位中全株或全草有毒的最多,共有109种;在毒性方面,只有3种剧毒植物和5种大毒植物,小毒植物有50种,中毒植物最多,有184种;有毒蜜源植物有19种,以玄参科(Scrophulariaceae)和毛茛科占优势;毒理作用方面,大多是神经系统中毒。南峰地区有毒植物资源种类丰富,但目前对这些资源的利用较少,要加强有毒植物认识与保护,进行合理开发利用。
为了完善有关裂叶苔科植物孢子、弹丝和油体的研究,为该科植物的分类提供详细的资料,利用光学显微镜和扫描电镜观察裂叶苔科(Lophoziaceae)11种植物的孢子、弹丝和油体的形态特征,其中有6种具备了孢子和弹丝的形态特征,9种具备了油体的形态特征。结果表明:①裂叶苔科的6种植物的孢子为球形、近球形和椭圆形;颜色为褐色、红褐色和黄褐色;直径在10~16 μm,属于小型孢子(MI);近极面向内凹,纹饰为疣状、棍棒状、刺状、颗粒状和短棒状。②弹丝均为紧密双螺旋状,两端圆钝,表面平滑或具稀的颗粒2种。③裂叶苔科的9种植物的油体形状为球形、椭圆形、球形或卵形,直径在3~10 μm。本研究对这11种植物的孢子、弹丝和油体进行了详细的描述并附图示,为裂叶苔科植物的系统分类、演化研究提供基础资料。
针对水青树(Tetracentron sinense)中一类特殊管胞进行较为全面的观察研究,判断细胞种类并分析维管组织输导机理及树木进化过程中的细胞演化规律。通过切片和解离技术,借助光学显微镜和电子显微镜对34年生水青树特殊管胞的分布位置和形态特征进行观察。结果表明:①特殊管胞在树木水平方向自内向外径向呈串排列,并贯穿年轮界限,多为一列,少数两列,且较为稀见。每个特殊管胞弦向左右两侧或单侧均与木射线细胞相连通。纵向上,特殊管胞单独或数个上下端接相连。②特殊管胞主要有以下3种类型:无端壁的纺锤形,有一个倾斜端壁,以及有两个倾斜端壁。特殊管胞的平均长度为286.44 μm;横切面为四边形,平均弦向宽度为55.22 μm,其平均壁厚为1.53 μm。③特殊管胞两端封闭,无穿孔。④特殊管胞侧面壁上的纹孔数量较多且纹孔膜明显可见,具体表现为:弦面壁上布满特殊管胞之间的具缘纹孔,呈对列、互列偶见梯状排列;径面壁上存在与射线细胞间的具狭缘单纹孔,呈大圆形至椭圆形,每区域多为2~10个纹孔,呈1~4排横列;径面壁上与正常管胞间几无纹孔。水青树特殊管胞分布有一定规律,其长度远小于水青树正常管胞,弦向宽度略大于正常管胞。其纹孔类型和排布规律与一般阔叶材树种的导管壁上纹孔的类型和排布规律有一定相似之处。特殊管胞形状不同于一般导管,处于由管胞向导管进化的一种中间状态,表明该类细胞达到一定演化水平。