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园艺植物遗传育种园艺植物遗传育种百花绚烂的背后.docx

花匠小妙招
2024-11-10 09:10

百花绚烂的背后—植物的性　　动物通过生儿育女来延续香火，而植物通过开花结果来繁衍后代。为了保证种群基因库代代相传，植物经过亿万年的时间，进化出了古老的孢子生殖、快速高效的无性生殖，以及五彩缤纷的有性生殖。特别是植物有性生殖的进化，为世界增添了色彩，为人类提供了无限的美感。　　植物的繁殖器官—花，是当今世界最为缤纷多彩的植物构建。直到1.25亿年前，花才第一次出现在地球之上。在短暂的地质历史时期内，有花植物数量剧增，形态、颜色、组成都快速进化，展示出极为复杂的繁殖策略。　　在此，我们以植物的性为题，为您解读植物繁殖的秘密。　　1. 孢子：最古老的繁殖方式图1 蕨类孢子　　孢子，是苔藓、蕨类、藻类和真菌类等植物繁殖的方式。自然界中，有很多植物既没有花，也没有种子，而是依靠独特的“孢子”来繁殖后代。如图中的蕨类孢子，它生于叶子背面，是一种没有营养的单细胞，成熟后可直接发育成为植株。孢子这种简单繁殖方式早在几十亿年前的寒武纪之前的藻类植物中就已经盛行，如今依然被诸多的“低等植物”使用，孢子无疑是植物繁殖最重要的方式之一。　　2. 无性繁殖：克隆图2 景天科植物“不死鸟” 　　在植物界中，很多植物繁衍后代并不需要开花结果，只需要一个枝条，一块根茎，甚至一片叶子即可繁殖出一个新个体。这种无性生殖又名克隆生殖，在进化上属于很原始的繁殖策略，但也是植物最为重要的生存策略之一。如景天科植物——不死鸟对这个策略应用自如，它可以通过珠芽繁殖，快速产生大量后代。从名字中的“不死”二字，我们就能感受到它顽强的繁殖能力和生命力。　　3. 花与性：花儿为什么那样红，那样黄，那样白图3 多姿多彩、形态万千的花朵（上为一品红、左下为大果西番莲、中下为天南星珠芽磨芋、右下为蓖麻）　　花是植物的繁殖器官，或者说是植物最重要的性器官，其功能都是为了吸引传粉昆虫，并结出果实。　　为了达成这个看起来很单一的目的，花为何却如此多样？　　这是一个颇为难解的谜题。我们且通过一些经典案例来了解一下花的多样性，如一品红的花实为变态的叶，西番莲花实为特化的花丝，磨芋的花为独特的佛焰苞，蓖麻花则为上下分离的雌雄花序。　　4. 无油樟的意义：达尔文之谜图4 世界上现存的孑遗植物无油樟，雌雄同花，同时被认为是世界上最早的花（文献图）　　1898年，伟大的达尔文在《物种起源》里，提出了一个令他颇为不解的谜题。达尔文说，如果物种是逐渐演化的，那么为什么在几十亿年的时间里，有花植物都不曾出现，而到了白垩纪的时候（距今1.4亿年，约恐龙大灭绝之后），有花植物突然就大量出现了呢？　　通过多年的研究，科学家发现了世界上现存最为古老的有花植物是无油樟（Amborella trichopoda），一种生活在澳洲孤岛上不起眼的小灌木。基因组分析表示：无油樟具有2亿年历史，刚好处于裸子植物与被子植物进化的过渡阶段，其染色体突然加倍，很可能是促进无油樟产生花朵的原因。　　5. 石中花语: 化石中的花起源图5 最古老的有花植物辽宁古果和李氏果，及最早的菊科植物化石（文献图）　　默默无言的化石，总能告诉我们很多自然的历史。管中窥豹，通过三个植物化石，辽宁古果、李氏果和菊科头状花序，我们可大致了解一下花的进化历史。　　（1）辽宁古果（Archaefructus liaoningensis）。　　据化石复原后的图像，得知其为出水开花植物。辽宁古果距今1.45亿年，被认为是世界上最早的花。　　（2）辽宁出土的白垩纪（距今约1.24亿年）真双子叶化石——“李氏果”（Leefructus mirus）。　　这植物外形和毛茛科植物很像，簇生的单叶呈三裂状，还有一个假果，是迄今发现最早的有花植物。化石保存完好，精美无比。　　（3）菊科（如蒲公英、向日葵、雏菊）是世界上最大的科之一，具有2万多种植物。　　在阿根廷发现的一个化石（Raiguenrayun cura），表明菊科的历史超过了4千5百万年，抑或更久。　　6. 植物也分公母图6 葎草（Humulus japonicus）为雌雄异株植物，它有一条硕大的性染色体Y，但并不直接决定葎草的性别　　人类很早就意识到了植物的性别问题。　　中国人在2200年前的《尔雅》一书中，就认识到桑树具有公母的差异。植物的性别系统，可简单分为雌雄同花，雌雄异花，雌雄异株。桃梨杏梅，乃经典的雌雄同花，雌蕊与雄蕊生于同一朵花之上；南瓜的雌花和雄花都在同一植株上，称之为雌雄同株异花；还有一种则完全分公母，像桑葚或葎草，雌雄个体开不同的花，称之为雌雄异株。植物还有其它一些更为复杂的性别系统，如番木瓜，我们将在下一个故事中详细介绍。　　7. 番木瓜的神奇：只用公母是无法完全形容植物的性别的图7 番木瓜的雄花（左二），变性花（中）