卫矛科植物假种皮形态发生、发育及演化研究

Aril is a kind of special seed appendage with important biological and ecological significances. Within the family Celastraceae,aril exhibits tremendous diversification. In this project, Celastraceae will be selected to carry out systematic research on the aril morphogenesis, development and evolution. On the one hand, the morphogensis,development processes,styles and characteristics of the typical fleshy aril will be observed and compared systematically from different levels, by means of sectioning techniques, histochemistry and scanning electron microscope (SEM), to reveal the homologic degree of aril morphology and the law of aril characters differentiation. On the other hand, the evolution of important characters of the aril will be analyzed. On this basis, we will discuss the systematic and evolution adaption implications of the fleshy aril. This project will not only provide direct evidence for revealing the patterns of development and evolution of the fleshy aril in Celastraceae, and for understanding the initiation mechanism, but also provide new data for resolving taxonomical disputes of related taxa of Celastraceae.

假种皮是一类特殊的种子附属结构，具有重要的生物学和生态学意义。本项目拟以假种皮极具多样性的卫矛科作为研究材料，对其典型肉质假种皮的形态发生、发育与演化进行系统研究。一方面利用多种切片和组织化学技术以及电镜扫描技术从不同层面和角度对选定类群假种皮的发生、发育过程和式样进行系统的观察比较，揭示其发生的同源性本质和特征分异规律；另一方面，对假种皮重要性状进行演化分析，揭示其演化规律。在此基础上，探讨典型肉质假种皮的系统学和演化适应意义。本项目不仅可以为揭示卫矛科肉质假种皮自身的发育和演化规律，深化对其发生机理的认识提供直接的证据，也将为解决相关类群的系统分类学争议提供新的线索。

本项目利用石蜡和冷冻切片以及电镜扫描技术，以卫矛科卫矛属、南蛇藤属、美登木属和假卫矛属作为研究材料，对其典型肉质假种皮和肉质种皮的形态发生、发育与演化进行了系统的观察比较研究；同时通过组织化学定位技术，对各类群假种皮中主要营养物质的分布和含量进行比较，并进一步采用液质联用等手段对假种皮的有机成分的种类和含量进行定性和定量分析。在此基础上，一方面，从发生部位、发生时间、发育形式等方面，阐明了卫矛属和南蛇藤属假种皮各自的发生发育特点，证实了二者的假种皮均起源于珠孔端的外珠被，但两者假种皮的发育形式不同，南蛇藤假种皮环绕胚珠沿四周生长，卫矛假种皮沿珠脊生长，具类似珠心喙结构，该结构可能与引导花粉管进入胚囊有关。南蛇藤的假种皮发生在受精前，卫矛的假种皮发生在受精后。假种皮的发生与胚珠是否正常发育有关，败育的胚珠不形成假种皮。假种皮和肉质种皮的可能演化趋势为假种皮发达，种皮坚硬—假种皮半发达，种皮类似假种皮—无假种皮，肉质种皮。另一方面，根据组化观察和化学成分分析，探讨了肉质假种皮的生物学和生态学意义。卫矛属和南蛇藤属假种皮中不含多糖和蛋白质，在其表皮细胞上含有角质。它们可能主要依靠鲜艳的颜色来吸引动物传播种子，而非营养物质，角质层则可能与保护肉质假种皮中水分的散失有关。本项目研究成果不仅为揭示卫矛科肉质假种皮自身的发育和演化规律，深化对其发生机理的认识提供了直接的证据，也为理解和揭示其生物学和生态学功能提供了新的线索。