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王德明课题组在早期种子植物研究中取得重要进展

  日期:2015-10-20 8:24:32    浏览次数:

种子植物起源于泥盆纪晚期(距今约3.72-3.59亿年前)并出现首次重大辐射演化,历经漫长的地质时期,现成为陆地植被的优势类群。种子的起源与演化是学术界普遍关注的重要科学问题。目前,最早的种子植物的化石记录多出自欧美地区的晚泥盆世地层;中国华南是早期维管植物辐射演化的中心之一,然而一直缺乏泥盆纪种子的确切证据。

近10年来,北京大学地球与空间科学学院王德明课题组在华南致力于寻找最早的种子植物的踪迹,开展了大量的野外发掘、化石采集以及室内研究工作。最近,王德明教授与国内外同行合作,从华南晚泥盆世地层中发现并研究了一种新植物——Latisemenia longshania (龙山侧籽,与片化的营养叶伴生),拓展了早期种子植物的地理分布范围。Latisemenia兼有顶生和对生(侧生)的胚珠,这也是对生胚珠的最早化石记录,为种子植物后期类群中胚珠排列方式多样性的出现奠定了基础;宽大、高度愈合的珠被裂片有助于授粉和保护珠心;单胚珠、较低矮的壳斗显示出进化性状。相关研究结果近日在线发表于《英国皇家学会会刊B辑》(Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences),论文题目为“Latisemenia longshania, gen. et sp. nov., a new Late Devonian seed plant from China” (Proc. R. Soc. B 282: 20151613),课题组薛进庄副教授、博士生黄璞、刘乐等参与了该项研究。

华南晚泥盆世种子植物Latisemenia (侧籽)的壳斗胚珠,比例尺均为5 mm

此外,种子植物的雄性繁殖器官——花粉囊在泥盆纪晚期非常少见,特征和演化尚待更多认识。前人认为最早的花粉囊结构简单,不是聚合囊,与祖先类群(前裸子植物)的繁殖器官难以区分。然而,王德明教授的课题组从华南晚泥盆世地层发现并研究了一种新的花粉囊­­­——Placotheca minuta(小型钵囊),对这种认识提出了不同观点。Placotheca的结构复杂,属于聚合囊,椭圆盘形囊托的边缘着生众多基部和侧面愈合的小孢子囊,但是花粉较为原始。钵囊的发现还表明,最早的种子植物花粉囊的宏观形态与花粉表现出镶嵌演化,花粉囊呈现高度进化特征和多样性,而花粉的演化相对较慢,停留在三射线孢子的水平。相关研究结果于2015年发表在Nature出版集团的《科学报告》(Scientific Reports),论文题目为“A Late Devonian fertile organ with seed plant affinities from China” (Sci. Rep. 5, 10736),课题组薛进庄副教授、博士生刘乐等参与了该项研究工作。

华南晚泥盆世种子植物的花粉囊——钵囊(扫描电镜观察到的聚合囊及前花粉)


华南晚泥盆世种子植物的花粉囊——钵囊的复原图,囊托及其边缘着生的众多小孢子囊

上述两项研究均得到国家自然科学基金(41172007)、国家科技部973项目(2012CB821900)以及北京大学“造山带与地壳演化教育部重点实验室”的支持。