结合几何形态学方法探索泽泻科植物心皮的发育与进化

Carpel is the basic unit of the female organ in angiosperms. The morphology structure of the carpel play an important role in evolution of angiosperms. Alismataceae belongs to the primitive groups in monocots. The plants of Alismataceae have the carpels with diversiform shapes, and there is a large difference between the carpel structures of the different genera. However, previous studies on the carpel only use observation or description methods, and hinder our full understanding of the morphology structure, development and evolution process of the carpel. Here, based on our previous work, we use some plants in nine genera of Alismataceae as the experimental materials, and employ anatomical observation, histological sections and scanning electron microscope observation methods, combined with modern geometric morphological analysis methods to: ①analyze the difference of the pattern of angiospermy and the morphology structure between different genera; ②find the effect of the development process on the morphology structure of the carpel; ③explore the transformations of morphology structure of the carpel in the evolution process of Alismataceae. Through this project, it is of great scientific significance for understanding the transformation of reproductive structure in the evolution of primitive angiosperms.

心皮是被子植物雌性器官的基本组成单位，心皮的形态结构在被子植物的进化过程中扮演着重要的角色。泽泻科属于单子叶分支的原始类群。根据已有报道，该科植物的心皮形态非常多样，且不同属间的心皮结构存在明显差异。然而，传统的观察描述方法限制了我们对心皮形态结构及心皮发育和进化过程的充分认识。本项目在已有工作的基础上，拟以泽泻科植物九个代表属植物为研究对象，采用解剖观察、组织切片和电镜扫描等实验方法与几何形态学方法相结合的手段：①分析不同属植物心皮形态结构的差别；②找出发育过程对心皮形态结构的影响；③探索在泽泻科系统发育过程中心皮形态结构的演化规律。项目的执行对于理解早期被子植物进化过程中植物繁殖结构的演变具有重要的科学意义。

心皮作为雌蕊群的基本组成单位，它的形态结构变化在被子植物的早期演化过程中扮演了非常重要的角色。本研究运用组织切片、扫描电镜观察等手段对一个单子叶植物基部类群泽泻科的心皮形态结构与发育过程进行观察，借助几何形态学工具对心皮的形态结构进行了属间对比分析、发育过程模拟和系统演化分析。结果显示泽泻科不同属间心皮的外部形态主要在花柱倾斜、子房区域占比和花柱相对粗细程度上存在明显差异，这些差异能通过几何形态学工具进行量化，而心皮内部结构封闭程度上可以分为三个类型：开放式、不完全封闭式和封闭式。在雌蕊群的发育过程中，心皮形态结构的属间差异出现于中后期的花柱延伸阶段，花柱在发育过程中不同方向的倾斜对心皮封闭过程具有重要影响，使得只有花柱向腹侧倾斜的成熟心皮才具有不完全封闭式结构，而花柱向背侧倾斜的成熟心皮具有开放式或完全封闭式结构。这种发育模式的差别使得在演化过程中泽泻科植物心皮出现了两种不同的变化趋势：保持开放式结构和向封闭结构发展。综上所述，本研究揭示了泽泻科心皮形态结构在发育和演化过程中的变化规律，为借助几何形态学工具探索被子植物的繁殖结构进化奠定了坚实的工作基础。