编者按:种瓜得瓜,种豆得豆,种子到底有多神奇?中科院之声与中国科学院昆明植物研究所联合开设“凡此种种”专栏,为大家讲述种子的有趣故事,介绍大自然中匠心独具的种子植物。
种子的形成是植物从低级到高级演化的重要产物,种子的形成远远早于人类的诞生。
人类利用稻、黍、粟、麦等物种的种子进行驯化和培育,不仅为文明起源奠定了基础,也为人类的生存提供了物质基础。
种子植物(Spermatophyte)分为裸子植物和被子植物,是植物界中最高等、最繁茂的类群,有乔木、灌木、藤本、草本等。
其体内有完善的输导系统(维管组织--韧皮部和木质部),以种子为最主要的繁殖器官。
现已知种子植物约25万种(Cantino et al., 2007),占植物总数的一半。
已知最早的具有种子样结构的植物化石,是发现于比利时泥盆纪纪(距今约3.85亿年)的Runcaria,其雌配子体被珠被包裹,而大孢子囊被一个开放的丝状珠被包裹着,但这不是真正的种子,而只代表了种子演化过程中的一种中间状态(Gerrienne et al., 2004)。
图1. Runcaria heinzelinii Stockmans化石图图2. A. Runcaria heinzelinii Stockmans标本复原图;B. 整个大孢子囊的位置(Gerrienne et al., 2004)在泥盆纪地层中发现的无脉蕨(Aneurophyton)和古蕨(Archaeopteris)化石,有着“裸子植物的典型结构”和“类似蕨类的繁殖”,被叫做“前裸子植物”(Progmnosperms),它们可能是种子植物的直接祖先(Beck,1962; 1971)。
图3. 重建的古蕨属植物A. 重建的植株的外貌;B. 枝条;C. 生殖枝孢子囊内有大、小孢子之分(百度文库:植物的起源和演化)前裸子植物在石炭纪演化中有两个主要类群(Hilton, 2007):1、种子蕨(Pteridosperms),有蕨类的营养体和真正的种子。
石炭纪的凤尾松蕨(Lyginopteris oldhamii)就是以种子进行繁殖的,它是目前被研究得最清楚的种子蕨,其种子小型,外有1杯状包被,其上生有腺体,据推测种子蕨可能是苏铁类和被子植物的祖先(Crookall, 1930)。
图4. 凤尾松蕨复原素描图(图片来自网络)2、科达类植物(Cordaitales),它的繁殖器官着生于远端长叶的分枝上,形状类似现代松柏类的球果,被称为复合的孢子叶球或种子球果,据推测科达类植物可能是现代松柏类、红豆杉类的祖先。
图5. 科达类植物复原素描图(图片来自网络)裸子植物(Gymnospermae)是比较古老的种子植物,化石表明在二叠纪(距今约3.45-3.95亿年)就已出现,如苏铁目、松柏目和银杏目等。
到三叠纪(距今约2.3亿年)裸子植物已成为热带雨林中的优势类群,并在侏罗纪继续蓬勃发展,白垩纪早期开始衰退,现存已知裸子植物约800种(Cantino et al., 2007)。
早期的裸子植物为避免近亲繁殖,并体现原始而绝对的态度,都是雌雄异株,如现存的苏铁和银杏,但这种方式也可能给繁殖带来不利,如果一个地方只有雄性或雌性的银杏树,就不能通过传粉繁殖下一代。
图6. 银杏Ginkgo biloba L.的素描图(图片