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与螺旋花相比,黄莲更喜欢环状花

莫斯科国立罗蒙诺索夫大学和HSE大学的生物学家研究了黄色睡莲(Nuphar lutea)的花朵发育模式。他们发现所有的花器官都是按周期排列的,而不是像其他一些被子植物那样按螺旋顺序插入。黄莲的祖先是最早从被子植物进化树的根中分离出来的,这就是为什么它可以用来推测最早的花的结构。这项研究已经发表在《细胞和发育生物学前沿》杂志上。

这种花是被子植物重要的进化创新之一。它有助于吸引各种传粉者,保护果实内部的种子,并增加了裸子植物中不存在的一些新的分布方式。由于这些优势,开花植物遍布全球,成为数量最多的陆生植物。

花是如何进化的以及它们最初的样子仍然是个谜。祖先花的外观可以推断的帮助植物保存了最大程度的相似性,第一被子植物。在基部类群中寻找它们是有意义的,因为它们的祖先比其他类群更早地从开花植物的系统发育根分化出来。这种生物体的花的结构极有可能与最初的花的结构相似。

在现存的开花植物中,Nymphaeales非常接近被子植物的根。黄莲(紫檀)广泛分布在欧亚大陆;它有时也在北美出现,这就是为什么它可以成为一个方便的模型对象。但目前还缺乏利用现代研究方法对其花结构的详细研究。

莫斯科国立罗蒙诺索夫大学和HSE大学的研究人员已经收集了几十种带有叶子和花朵的Nuphar lutea根茎。其中一些被解剖,以准备标本的光和扫描电子显微镜。

研究人员将注意力集中在嫩叶和花朵形成的芽梢上。选取不同发育阶段的幼花进行研究。为了确定它们的结构,研究人员测量了花的相似器官之间的角度。

植物的嫩枝成分——叶子、花、侧芽和由它们发育而来的侧枝——经常呈螺旋状排列。以前人们认为类似于基部被子植物类型的植物,包括Nuphar,也有类似的器官排列。但研究人员发现,在Nuphar lutea中,萼片之间的角度与螺旋插入的角度不同(85度和55度,而不是137.5度)。看起来萼片和花瓣都是环状的——萼片是两个轮生,花瓣是一个轮生——尽管它们并不总是同时形成一个轮生。

紫檀长有五片萼片。如果它们都是一个轮,相邻的萼片之间的夹角是72度。事实上,它们的角度是这样的,实际上形成了两个圆:外圆有三个,内圆有两个。花瓣的数量通常在14到15之间变化,但它们也形成了一个周期而不是螺旋。而且,即使是大量的雄蕊也倾向于排列成交替轮生。

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