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辰山植物园科研人员重新定义荷花的花被类型
时间:2025-04-18  来源:辰山植物  作者:  点击:

  荷花是莲科(Nelumbonaceae)莲属(Nelumbo spp.)的多年生水生草本植物。作为水生植物中的经典代表,荷花不但是集食用、药用、观赏等多种价值于一身的植物,还以其优雅的花姿与深厚的文化意蕴闻名遐迩,不仅是中国四季名花和十大传统名花之一,也是印度和马拉维的国花。在花的结构中,花萼作为花的重要组成部分,通常扮演着保护花蕾等关键角色。基于花被的分类,以往大家都把荷花的花朵归类为同被花(即无花萼和花瓣之分),然而,这种传统分类的认知已面临了挑战。

  近日,国际睡莲与水景园艺协会(International Waterlily and Water Gardening Society,IWGS)第40卷第1期《水景花园杂志》(Water Garden Journal)发表了由上海辰山植物园(中国科学院分子植物科学卓越创新中心辰山科学研究中心)“观赏植物资源及种质创新利用研究组”组长、荷花国际登录负责人田代科研究员等人的研究成果,首次提出荷花属于同被花和异被花的“过渡类型”,但可作为异被花处理,最外的4枚为花萼,其余为花瓣的观点,为荷花的花被类型提出了新的定义和理解,并指出了亚洲莲和美洲莲在花萼上的关键差异。

  在植物学中,“异被花”(heterochlamydeous)指花萼(外轮萼片)与花冠(内轮花瓣)在颜色、形态、质地等方面存在明显差异,易于区别;而“同被花”(homochlamydeous)则指二者难以区分,无明显界限。睡莲(Nymphaea L.)的最外4枚萼片与其余花瓣可通过颜色和质地清晰地区分,被归为异被花(图1左);而荷花传统上被认为是同被花(图1右),但田代科研究员经多年的观察研究后认为:荷花应被视为同被花与异被花之间的过渡形式,可以当做异被花处理,这样更加方便科学和产业方面的交流。

  荷花为何被定义为同被花和异被花的过渡类型,又可作为异被花对待?外层4枚花被可视为花萼,其余内层则为花瓣。主要基于以下3大理由或证据:

  1.物种差异证明荷花最外4枚不同于其他花被。

  亚洲莲(Nelumbo nucifera Gaertn.)的外层4枚花被片早于其他被片脱落,有的甚至在花开放前掉落,这同植物学中一些物种的花萼(保护花蕾的结构)通常在花期早期完成使命后脱落行为一致;而美洲莲(Nelumbo lutea (Willd.) Pers.)外层4枚花被片不会提前脱落,而是一直附着在花柄上,甚至在莲蓬成熟时依然存在。这充分说明,第5枚及以内的花被片同最外4枚的生理及功能存在明显的区别。

  2.除草剂处理实验:

  在荷花种植过程中,水或土壤施用合适剂量的除草剂后或有除草剂残留,发现被除草剂毒害的荷花外层4枚花被片会与花的其他部分明显分开,两者之间出现类似“花柄”的结构,可称为“假花柄”,这时候的花体现出“花萼-假花柄-花朵”结构现象,也就是最外的4枚(可称为花萼)同“花朵”(由花瓣和雌雄蕊组成)完全分离。这种差异说明外层4枚花被的发育及生理机制与内层花瓣明显不同。

  3.分子证据:

  田代科研究员团队的分子研究结果(Liuet al., 2021)进一步证实:外层4枚花被片的基因表达模式,更接近植物中负责“花萼发育”的基因(比如调控叶片状结构、保护功能相关的基因);内层花被片的基因表达则符合“花瓣发育”的特征(比如调控颜色、形态、香气相关的基因)。这直接从分子层面证实外层和内层花被片并非“同款结构”,而是分别对应花萼和花瓣的发育路径,进一步支持了“外层是花萼,内层是花瓣”的分类观点。

  这三大证据分别从形态观察、生理反应、分子机制三个维度共同证明了荷花的外层花被片具有花萼的特性,而内层是花瓣,从而打破了传统认知中“荷花为同被花”的观点,提出其是同被和异被花的过渡类型,并可当做异被处理。这一发现为解开被子植物花器官多样性演化之谜提供了关键线索。这不仅丰富了植物花的分类体系,更为园艺品种改良等提供了新的思路。

  文章链接:https://iwgs.org/journals/

  参考文献:LIU Z, ZHANG D, ZHANG W, 等. Molecular Cloning and Expression Profile of Class E Genes Related to Sepal Development in Nelumbo nucifera[J/OL]. Plants, 2021, 10(8): 1629. DOI:10.3390/plants10081629.

 

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