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辰山植物园水蕨属分类研究新进展

 

水蕨是凤尾蕨科(Pteridaceae)水蕨属(Ceratopteris)植物的统称,其叶片有不育叶和能育叶之分,两者呈现不同形态,常生长在淡水湿地生境;水蕨属与海边生长的卤蕨属(Acrostichum)互为姐妹类群,共同构成凤尾蕨科中唯一的水生类群单系分支。

由于水蕨属植物生长周期短至3-4个月,有性繁殖和无性繁殖均较为容易,因此被建议为蕨类植物研究中的模式植物,被誉为蕨类植物中的“拟南芥”,具有重要的科学研究价值;同时由于水蕨属植物对生境极为敏感,很容易伴随着湿地环境的污染或破坏而消失,因此2021年9月7日公布的《国家重点保护野生植物名录》中,水蕨属所有种被列入了国家二级重点保护野生植物名录。

前人研究认为,水蕨属植物全球仅约6-7种,据《中国植物志》记载,我国分布有水蕨(Ceratopteris thalictroides)和粗梗水蕨(C. pteridoides)两个物种。水蕨属植物多分布于世界热带和亚热带地区的池塘、沼泽、稻田等湿地生境,由于湿地及水生环境的相对稳定性,水蕨属植物多倾向于趋同演化,所以形态变异幅度较小,被认为是一个存在众多隐性物种的类群。“隐种”是近年来一个越来越被广泛使用的术语,通常指的是那些不容易被发现的分类群或者研究人员难以从普通视觉上辨识出的“神秘”物种。研究表明,隐性物种已经成为生物多样性不可忽视的一部分,成为生物多样性保护的重要内容。

近年来,随着分子生物学技术的快速发展,越来越多的水蕨属植物隐性物种逐渐被国内外研究人员发现。2020年,上海辰山植物园蕨类团队联合国内其他研究人员在我国海南火山岩地带(海口市龙华将军山)发现水蕨属新物种——邢氏水蕨(C. shingii),其匍匐状的根状茎显著不同于其他水蕨,分子证据也支持其独立成种。种加词为“shingii”,以致敬中国科学院华南植物园邢福武研究员在海南植物研究中的贡献。

随着对水蕨属研究的不断深入,辰山植物园、深圳兰科植物保护研究中心(以下简称深圳兰科中心)、中国科学院华南植物园、中南林业科技大学等多家科研院所和高校的科研人员再次通过对中国水蕨属植物的广泛取样,基于叶绿体基因片段进行系统发育关系分析,并结合形态学、染色体数目以及孢子纹饰比较等,探讨了水蕨属内物种间的亲缘关系和分化情况,中国水蕨属植物的隐性物种又有了新发现。

最新的研究结果表明,中国水蕨属植物由原来仅知的2种变成了5种,研究表明,1)过去认为的广泛分布于长江流域的“粗梗水蕨”与原产美洲的粗梗水蕨(C.pteridoides)模式种完全不同,是两个物种,中国长江流域分布的“粗梗水蕨”实际上是一个新物种,为二倍体(2n=78),研究人员保留了原有的中文名,对其拉丁学名进行了重新命名——粗梗水蕨(C. chingii),种加词“chingii”以纪念中国蕨类植物研究的奠基人、中国科学院庐山植物园的创始人秦仁昌院士。2)分布于广东(中国科学院华南植物园园区)的水蕨是另外一个独立物种,茎直立、植株细弱,叶片细羽裂,在分子系统树上为独立分支,新命名为焕镛水蕨(C. chunii),种加词“chunii” 以纪念中国植物分类学先驱、中国科学院华南植物园创始人陈焕镛院士。

该研究成果以“Ceratopteris chunii and Ceratopteris chingii (Pteridaceae), two new diploid species from China, based on morphological, cytological, and molecular data”为标题,于2022年5月发表在中国学术期刊《Plant Diversity》。上海辰山植物园硕士研究生于俊浩和张锐副研究员为论文的共同第一作者,深圳兰科中心的严岳鸿研究员和中国环境科学研究院刘勇波研究员为共同通讯作者。本研究研究工作获得生物多样性调查与评估项目、上海市绿化和市容管理局科技攻关项目、中科院战略生物资源、中科院战略性先导科技专项项目和国家自然科学基金项目的及科技基础性工作专项的共同资助支持。

文章链接: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2468265921001293


文/图:张锐


图1 邢氏水蕨(C. shingii).jpg

图1 邢氏水蕨(C. shingii

图2. 焕镛水蕨C. chunii和粗梗水蕨C.chingii 生境.jpg

图2. 焕镛水蕨C. chunii和粗梗水蕨C.chingii 生境

图3. 焕镛水蕨C. chunii和粗梗水蕨C.chingii 孢子纹饰.jpg

图3. 焕镛水蕨C. chunii和粗梗水蕨C.chingii 孢子纹饰

图4. 焕镛水蕨C. chunii和粗梗水蕨C.chingii 在水蕨属的系统位置.jpg

图4. 焕镛水蕨C. chunii和粗梗水蕨C.chingii 在水蕨属的系统位置