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通泉草属植物花部特征的适应性进化研究

来源：花匠小妙招时间：2024-11-03 02:36

通泉草属植物花部特征的适应性进化研究

【摘要】： 通泉草属(Mazus)隶属于通泉草科(Mazaceae),为一年生或多年生草本。通泉草属花朵为唇形结构,白色或紫色,雄蕊4枚,柱头呈现二裂片状,当受到传粉者触碰后会在短时间内闭合,被称为触敏性柱头。不同种类通泉草属植物的花部性状表现出较大的变异。虽然有部分关于通泉草属植物繁育系统的研究,但是关于通泉草属花部特征适应性进化方面的研究比较缺乏,因此本研究从以下3个方面展开了讨论:(1)构建了通泉草属系统进化树,分析通泉草属经历了怎样的迁移路线,通泉草属花部特征是否与系统进化关系相关;(2)通泉草属植物柱头触敏性与花部特征之间存在怎样的关系;(3)通泉草属植物存在怎样的两性资源配置。通过回答以上几个问题以期填补目前关于花部特征适应性进化相关研究的一些空白领域,为植物的适应性进化提供新的认识。通泉草属共包含27个种,分布在亚洲以及大洋洲部分地区,虽然有研究对部分通泉草属植物的系统进化关系进行探讨,但是这些研究都是仅仅包括通泉草属少量种,并不能够清晰地阐明通泉草属大部分种的系统进化关系,也没有研究将通泉草属的系统进化关系与该属地理分布和花部特征结合起来,来揭示通泉草属的迁移路线以及花部特征的进化式样。为此,我们搜集NCBI上通泉草属植物的DNA数据并结合野外采集的部分种类分子材料提取的DNA,构建了通泉草属植物的系统进化树,并结合分析了各个种类的地理分布和花部特征。结果显示,通泉草属各个种的系统进化路线,呈现出从澳洲到亚洲,从中国西部到中国东部迁移的趋势。通泉草属的柱头触敏性、花冠大小和花色等花部特征呈现出一定的种间差异,并且这些特征没有随着该属的系统进化关系而呈现出一定的规律性,而可能是对所处环境表现出的一定的局部适应。柱头触敏性被认为是一个能显著影响植物传粉和交配系统构成的重要花部性状,但这一性状与其它影响传粉进程的花部性状之间存在何种联系仍需要深入研究。为更好理解触敏性柱头的进化式样,探究其与花部有关特征的适应性进化联系,本研究选取了三种具有不同传粉环境以及花部结构差异明显的通泉草属植物(毛果通泉草、长蔓通泉草以及弹刀子菜),通过观测柱头触敏性行为和测量有关花部性状,比较分析它们之间的相关性。结果显示,在相同强度的刺激下,毛果通泉草的柱头最为迟钝(闭合时间最长),弹刀子菜最为敏感,而长蔓通泉草居中。此外,柱头触敏性最强的弹刀子菜比柱头触敏性相对较弱的长蔓通泉草和毛果通泉草拥有更深的花色,更大的单花展示,更长的药柱距以及更大的花粉胚珠比。以上结果表明,通泉草属植物的柱头触敏性的进化与花部特征密切相关,它们共同影响传粉过程中对传粉者的吸引、花粉落置、传递效率以及植物交配系统的构成式样。依据植物的性配置理论,在植物的两性功能的资源投资间应该存在一种权衡关系。各个种的通泉草属植物的两性特征表现出较大的差异,而且繁育系统也呈现出多种样式。为了探究通泉草属植物存在怎样的两性资源配置。我们选取了通泉草属11种植物进行了深入研究,对两性资源特征以及花部特征进行了调查,并分析各个特征间的相关性。结果显示:(1)通泉草属花冠大小与雄性资源投资之间表现出正相关性;(2)通泉草属花粉胚珠比与花冠大小和花粉大小之间表现出正相关性;(3)通泉草属雌蕊长度与花粉大小表现出正相关性;(4)花粉数与胚珠数正相关,花粉数与花粉大小正相关。以上结果表明,可能由于遗传或生态原因,通泉草属植物的两性资源配置可能并没有表现出所期待的权衡,这为研究植物两性配置提供了新的素材。

【学位授予单位】：中国科学院大学(中国科学院武汉植物园)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018

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