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种子植物起源于泥盆纪晚期(距今约3.72-3.59亿年前)并出现首次重大辐射演化,历经漫长的地质时期,现成为陆地植被的优势类群。种子的起源与演化是学术界普遍关注的重要科学问题之一。目前,最早的种子植物的化石记录多出自欧美地区的晚泥盆世地层。中国华南地区是早期维管植物辐射演化的中心之一,然而一直缺乏泥盆纪种子的确切证据。

近10年来,新葡的京集团35222vip王德明教授课题组在华南地区致力于寻找最早的种子植物的踪迹,开展了大量的野外发掘、化石采集以及室内研究工作。最近,王德明与国内外同行合作,从华南晚泥盆世地层中发现并研究了一种新植物——Latisemenia longshania(龙山侧籽,与片化的营养叶伴生),拓展了早期种子植物的地理分布范围。Latisemenia兼有顶生和对生(侧生)的胚珠,这也是对生胚珠的最早化石记录,为种子植物后期类群中胚珠排列方式多样性的出现奠定了基础。宽大、高度愈合的珠被裂片有助于授粉和保护珠心。单胚珠、较低矮的壳斗显示出进化性状。相关研究结果近日在线发表于《英国皇家学会会刊B辑》(Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences),论文题目为“Latisemenia longshania, gen. et sp. nov., a new Late Devonian seed plant from China”(Proc. R. Soc. B 282: 20151613),课题组薛进庄副教授、博士生黄璞、刘乐等参与了该项研究。

华南晚泥盆世种子植物Latisemenia(侧籽)的壳斗胚珠,比例尺均为5mm

此外,种子植物的雄性繁殖器官——花粉囊在泥盆纪晚期非常少见,特征和演化尚待更多认识。前人认为最早的花粉囊结构简单,不是聚合囊,与祖先类群(前裸子植物)的繁殖器官难以区分。然而,王德明课题组从华南晚泥盆世地层发现并研究了一种新的花粉囊——Placotheca minuta(小型钵囊),对这种认识提出了不同观点。Placotheca的结构复杂,属于聚合囊,椭圆盘形囊托的边缘着生众多基部和侧面愈合的小孢子囊,但是花粉较为原始。钵囊的发现还表明,最早的种子植物花粉囊的宏观形态与花粉表现出镶嵌演化,花粉囊呈现高度进化特征和多样性,而花粉的演化相对较慢,停留在三射线孢子的水平。相关研究结果于2015年发表在Nature出版集团的《科学报告》(Scientific Reports),论文题目为“A Late Devonian fertile organ with seed plant affinities from China”(Sci. Rep. 5, 10736),课题组薛进庄副教授、博士生刘乐等参与了该项研究工作。

华南晚泥盆世种子植物的花粉囊——钵囊(扫描电镜观察到的聚合囊及前花粉)

华南晚泥盆世种子植物的花粉囊——钵囊的复原图,囊托及其边缘着生的众多小孢子囊

上述两项研究均得到国家自然科学基金(41172007)、国家科技部973项目(2012CB821900)以及新葡的京集团35222vip“造山带与地壳演化教育部重点实验室”的支持。

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