中國(guó)黍亞科植物小穗植硅體的初步研究
時(shí)間:2025-12-10 03:56:42 來(lái)源:桑間濮上網(wǎng)

不同類型的小穗及其苞片 (葛勇 供圖)

小穗中常見的植硅體類型(葛勇 供圖)
(神秘的地球uux.cn報(bào)道)據(jù)中國(guó)科學(xué)院古脊椎動(dòng)物與古人類研究所:2020年2月20日,國(guó)際學(xué)術(shù)期刊Frontiers in Plant Science(SCI,黍亞穗植 IF: 4.106)在線發(fā)表了中國(guó)科學(xué)院古脊椎動(dòng)物與古人類研究所高星研究團(tuán)隊(duì)葛勇博士等撰寫的學(xué)術(shù)論文“Phytoliths in Inflorescence Bracts: Preliminary Results of an Investigation on Common Panicoideae Plants in China”(中國(guó)黍亞科植物小穗植硅體的初步研究)。
禾本科植物小穗植硅體的科植研究極大推動(dòng)了植硅體分類學(xué)及考古學(xué)方面的應(yīng)用,然而由于目前的硅體研究主要集中于幾種主要的農(nóng)作物,已經(jīng)發(fā)表的步研植硅體鑒定標(biāo)準(zhǔn)是否可靠,鑒定的中國(guó)精度到底如何仍未完全詳明。為了促進(jìn)小穗植硅體鑒定標(biāo)準(zhǔn)的黍亞穗植進(jìn)一步完善,特別是科植在以黍粟等旱作作物為主的農(nóng)業(yè)考古方面的應(yīng)用,本文針對(duì)38種黍亞科(禾本科)植物的硅體小穗植硅體進(jìn)行了系統(tǒng)的分析,其樣品涵蓋了常見的步研作物、作物的中國(guó)野生親緣種、雜糧(救荒)作物和田間雜草。黍亞穗植在對(duì)每一個(gè)樣品進(jìn)行系統(tǒng)的科植解剖基礎(chǔ)上,對(duì)小穗的硅體每一個(gè)苞片(包括總苞、第一穎、步研第二穎、外稃和內(nèi)稃)進(jìn)行單獨(dú)處理,對(duì)其中產(chǎn)生的植硅體類型進(jìn)行原位觀察和分析,總結(jié)了不同苞片類型產(chǎn)生植硅體的規(guī)律,并且提出了可以用于屬一級(jí)分類的鑒定標(biāo)準(zhǔn)。
研究發(fā)現(xiàn),黍亞科中稃片產(chǎn)生的特殊類型植硅體:具有分枝狀結(jié)構(gòu)的稃片植硅體(即黍、粟、稗的Ω、和β這一稃片類型植硅體,在本文中統(tǒng)一命名為Interdigitating,這一名稱涵蓋了所有這一類型的植硅體)具有更高的分類能力。通過(guò)對(duì)Interdigitating這一類型植硅體的特征進(jìn)行分解,研究人員一共獲得4個(gè)有效的形態(tài)特征,分別是:主體的形狀(main body),乳突的形態(tài)(papillae),兩側(cè)分支的形態(tài)(undulation)以及兩端交接部位的形態(tài)(connection),利用這4個(gè)形態(tài)特征及其測(cè)量指標(biāo),能夠從形態(tài)和形態(tài)參數(shù)兩方面有效的區(qū)分黍、粟、稗、狗尾草、求米草、雀稗和馬唐屬的植物。
研究還發(fā)現(xiàn),薏苡的外殼中含有大量的植硅體,這些植硅體互相鏈接在一起組成厚層的硅質(zhì)外殼(involucre phytolith layer),然而具有堅(jiān)硬外殼的薏苡(通常用于裝飾)和較脆弱外殼的薏苡(通常用以當(dāng)做糧食)其外殼中產(chǎn)生不同類型的植硅體:堅(jiān)硬外殼的薏苡(裝飾用)中植硅體形態(tài)一致,為具有瘤狀突起的不規(guī)則球形(Blocky amoeboid),這些植硅體之間鏈接緊密,組成了堅(jiān)硬不易碎的外殼(需要用錘砸開);較脆弱外殼的薏苡(食用)中植硅體則為常見的啞鈴型和棒型的組合,雖然有些植硅體形態(tài)因?yàn)閿D壓而變形,但這些植硅體之間的鏈接并不堅(jiān)固,因此表現(xiàn)出外殼較脆弱(用手指即可碾碎)。由于外殼的硬度是薏苡馴化的一個(gè)重要指標(biāo),研究認(rèn)為薏苡外殼中植硅體的這種差異能夠應(yīng)用于探討薏苡的馴化過(guò)程。
基于本文的研究材料,研究人員認(rèn)為小穗中的植硅體產(chǎn)生可能受到了基因及分子調(diào)控的影響,體現(xiàn)了植物育種過(guò)程中的一種防御機(jī)制;同時(shí)此次研究認(rèn)為,基于現(xiàn)有的研究材料,利用小穗中植硅體進(jìn)行屬一級(jí)的分類較為可靠,未來(lái)采集更多樣品進(jìn)行深入的研究可能能夠提供組(section,屬以下種以上的一個(gè)分類單元)或者種一級(jí)的分類標(biāo)準(zhǔn),進(jìn)而促進(jìn)小穗植硅體鑒定標(biāo)準(zhǔn)的不斷完善。
本研究在新發(fā)表的植硅體命名規(guī)則基礎(chǔ)上對(duì)涉及到的植硅體類型進(jìn)行了重新的修訂和命名,為后續(xù)研究中植硅體的命名提供了參照;基于現(xiàn)有材料,研究人員提出了基于形態(tài)和形態(tài)參數(shù)的黍亞科小穗植硅體的鑒定標(biāo)準(zhǔn),并且發(fā)現(xiàn)了可能用于探討薏苡馴化的植硅體特征,這些方面的研究能夠?yàn)闇?zhǔn)確識(shí)別植物種類、復(fù)原植被類型、古人植物利用和農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)提供可靠的參考指標(biāo)。
本文合作者包括中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所呂厚遠(yuǎn)研究員(共同通訊作者)、張健平副研究員,山東大學(xué)歷史文化學(xué)院王燦博士和中國(guó)科學(xué)院古脊椎動(dòng)物與古人類研究所高星研究員。該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金(41802021, 41830322和41430103)、中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)(XDB26000000)與博士后科學(xué)基金(2018M641480)的共同資助。
Frontiers in Plant Science為英文植物學(xué)專業(yè)期刊,致力于發(fā)表全球前沿植物學(xué)及相關(guān)交叉學(xué)科的研究成果,具有較大的學(xué)術(shù)影響力(JCR分區(qū):Q1,中科院SCI期刊分區(qū):生物2區(qū))。
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