新研究揭示被子植物“苞片”的5大功能

原文地址：http://news.sciencenet.cn/htmlnews/2024/2/517080.shtm

苞片是一種高度特化的、與花相關，但又是非花起源的似葉器官，具有豐富多樣的形態特征。一直以來，科學家對其扮演的角色、發揮的功能知之甚少。

近日，中國科學院院士、中國科學院昆明植物研究所研究員孫航帶領的科研團隊等在長期研究的基礎上，揭示了被子植物苞片“吸引傳粉者”“防御植食者”“幫助種子擴散”“適應非生物脅迫因子”和“進行光合作用促進種子發育”等五大功能。相關研究成果在《生物學綜述》上發表。

苞片廣泛分布于被子植物的各個類群，為多次獨立起源。在眾多具有苞片的植物類群中，最受關注的是蓼科大黃屬植物塔黃。這種植物在開花時，整個花序被乳黃色苞片包裹，形成內部中空的結構，狀如寶塔，高達2米，被稱為“溫室植物”。

豐富多彩的苞片。昆明植物所供圖

自1855年被發現以來，塔黃苞片的進化適應機制一直備受植物學家和生態學家關注。一個多世紀以來，研究人員普遍認為，植物發育苞片主要是為了吸引傳粉者。然而，在許多植物類群，苞片與花的發育并不同步，例如，塔黃的苞片從開花前一直保留至種子成熟，說明苞片應當還具有其他方面的功能，即受到非傳粉者選擇壓力的驅動。

為此，孫航帶領科研團隊近期在對喜馬拉雅—橫斷山冰緣帶的“溫室植物”——蓼科的塔黃和苞葉大黃開展了深入研究的基礎上，對被子植物苞片的功能與進化機制進行了系統的研究。

研究發現，苞片具有“吸引傳粉者”“防御植食者”“幫助種子擴散”“適應非生物脅迫因子”“進行光合作用促進種子發育”等五大功能。

在吸引傳粉者方面，苞片通過提供視覺信號、嗅覺信號、回聲信號和特殊報酬等來吸引傳粉者，并保障植物成功傳粉。

在防御植食者方面，苞片通過包裹花序等物理隔離、分泌粘性物質或有毒化合物等化學防御以及隱蔽色來隱蔽花或果實甚至營養器官，減少植食者的取食，增加植物適合度。

苞片能夠幫助種子擴散，主要是通過艷麗的顏色或提供可食用的組織吸引食果動物、吸水改變形狀實現移動以及形成帶狀提供浮力幫助風傳播等促進種子擴散。

作為適應非生物脅迫因子， 苞片通過透過高熱量的長波輻射等特殊解剖特征或減少對流的隔離作用來實現聚熱增溫、隔離紫外輻射和雨水或保濕，促進花粉萌發或種子發育，或幫助種子“逃離”火的威脅以及保護幼嫩的花器官不受土壤、風、雨或冰雹等的機械傷害。

苞片還可以進行光合作用促進種子發育，部分植物的苞片在開花前、花期或開花后保持綠色或轉變為綠色，實現光合，為種子發育提供碳源，或在一定程度上彌補了植物為吸引傳粉者或保護繁殖器官而耗費的資源成本。

苞片的多種功能。昆明植物所供圖

同時，科研團隊通過調查全球探討苞片功能的文獻，構建了一個包含256個物種或類群（來自41個科）的數據庫，結果顯示，83.2%的植物物種或類群的苞片具有多種功能。科研人員認為，同種植物的苞片通常具有多種功能，甚至在不同發育時期遭受不同的選擇壓力。

此外，科研團隊對未來相關研究提出了框架性的建議。

中國科學院昆明植物研究所研究員宋波和碩士研究生陳佳奇為論文第一作者。孫航院士和英國樸茨茅斯大學教授Scott W. Armbruster為通訊作者。