植物為什麼發育出豐富多彩的苞片？揭示背後機制

植物為什麼發育出豐富多彩的苞片？中國科學院昆明植物研究所孫航院士團隊在對喜馬拉雅—橫斷山冰緣帶“溫室植物”——蓼科的塔黃和苞葉大黃等進行長期研究的基礎上，系統、全面總結了被子植物苞片的生態功能及其進化驅動機制。研究結果顯示，植物的苞片可能受到多種因素的選擇，故而呈現豐富多樣的形態特徵。

相關研究成果于近日發表于生物學旗艦期刊Biological Reviews。

圖為豐富多彩的苞片。中國科學院昆明植物研究所供圖

苞片，是一種高度特化的、與花相關，但又是非花起源的似葉器官。苞片具有豐富多樣的形態特徵：顏色方面，具有從綠色到白色、紅色、黃色、粉色和紫色以及多色，甚至隨著發育時間的不同，苞片顏色發生改變；形狀方面，包括了葉形、杯形、船形和花瓣狀以及長絲狀等；大小方面，苞片呈現出巨大的變異，有的寬達近80釐米，有的卻只有區區1毫米，相差近800倍。苞片著生位置多樣，有著生在花序梗的基部，有著生在小花梗上，有的則密集著生形成杯狀或鐘狀。

苞片廣泛分佈于被子植物的各個類群，為多次獨立起源。在眾多具有苞片的植物類群中，最受關注的是蓼科大黃屬植物——塔黃。該植物在開花時，整個花序被乳黃色苞片包裹，形成內部中空的結構，狀如寶塔，高達2米，被稱為“溫室植物”。

自1855年英國人虎克首次在錫金髮現塔黃以來，特化苞片的進化適應機制一直備受植物學家和生態學家的關注。一個多世紀以來，研究人員普遍認為植物發育苞片主要是為了吸引傳粉者。然而，在許多植物類群，苞片與花的發育並不同步，如：塔黃的苞片從開花前一直保留至種子成熟，説明苞片應當還具有其他方面的功能，即受到非傳粉者選擇壓力的驅動。

中國科學院昆明植物研究所孫航院士團隊基於對塔黃和苞葉大黃等進行的長期研究，發現苞片具有吸引傳粉者、防禦植食者、幫助種子擴散、適應非生物脅迫因子、進行光合作用促進種子發育等多重功能，甚至在不同發育時期遭受不同的選擇壓力。

研究團隊還構建了一個來自41個科、包含256個物種或類群的數據庫，結果顯示，83.2%的植物物種或類群的苞片具有多種功能。例如，塔黃的苞片在開花前為花器官的發育提供保護作用，花期則通過增溫、防雨、防紫外線和防風等促進花粉發育與萌發、以艷麗的顏色吸引傳粉昆蟲，果實發育期則為種子和傳粉蕈蚊幼蟲的發育提供良好的“微環境”。黃蓉花的苞片在開花前為綠色，具有光合作用的功能，花期變為白色或紫色等艷麗的顏色吸引傳粉昆蟲，並分泌脂類化合物作為傳粉昆蟲的回報，開花結束後又變為綠色進行光合作用促進種子發育並隱蔽果實減少植食者取食。

研究人員認為，探討苞片進化與適應意義的研究，僅關注一個或幾個因素時，這些因素的選擇壓力會被低估或高估，應同時考慮所有可能的選擇因素；並採用多組學手段，從機制上深入回答苞片的進化與生態功能。

（記者 胡遠航）