扫描电镜揭示濒危植物Rheum wittrockii种子微形态特征及其分类学与生态适应意义

《Discover Plants》：Research the seed surface of Rheum wittrockii Lundstr. from the flora of Kazakhstan

本研究针对哈萨克斯坦特有濒危植物Rheum wittrockii Lundstr.种子微形态特征缺失的问题，首次采用扫描电镜(SEM)系统分析其种子表面结构。研究发现该物种具有密网状-瘤状种皮、波浪状垂周壁表皮细胞、多层厚种皮(达110 μm)及丝状突起等独有特征，明确了其与近缘种(R. altaicum、R. tataricum等)的分类学界限，为高海拔干旱环境适应性演化及物种保护提供了关键形态学依据。

　　

在哈萨克斯坦东南部的高山地区，生长着一种名为Rheum wittrockii Lundstr.的珍稀植物。作为蓼科(Polygonaceae)大黄属(Rheum)的濒危特有种，它被列入《哈萨克斯坦红皮书》，被认为是第三纪孑遗植物。尽管该物种具有重要的生态价值和保护意义，但对其繁殖生物学尤其是种子微形态特征的研究却长期空白。种子表面结构作为植物分类学和生态适应研究的重要指标，能反映物种的演化策略和环境适应机制。然而，由于缺乏系统的微形态学研究，Rheum wittrockii的分类学地位和适应性特征一直存在争议，这直接影响了针对这一狭域分布物种的有效保护策略制定。

为了填补这一研究空白，研究人员在《Discover Plants》上发表了首篇关于Rheum wittrockii种子微形态的系统研究。该研究选取了哈萨克斯坦东南部三个地理隔离的自然种群（Turgen峡谷、Kotsyrbulak峡谷和Zhetysu Alatau西坡），采集成熟种子样本，通过扫描电镜(Scanning Electron Microscopy, SEM)技术结合形态计量学分析，首次详细揭示了该物种的种子表面特征，并与近缘种进行了比较分析。

研究采用的关键技术方法包括：1) 从三个自然种群系统采集成熟种子样本；2) 通过扫描电镜(SEM)进行种子表面超微结构观察；3) 使用ImageJ软件进行形态计量学分析（测量表皮细胞长度、瘤状突起高度、脊间距和种皮厚度等参数）；4) 与近缘种(R. altaicum、R. tataricum等)进行比较形态学分析。

3.1 Seed Morphology of R.wittrockii

研究发现Rheum wittrockii种子呈卵圆形，两侧对称，具窄翅和短珠柄。扫描电镜显示其具有独特的密网状-瘤状种皮装饰图案，表皮细胞不规则排列，垂周壁呈波浪状增厚。种皮为多层结构，厚度可达110 μm，中央区域观察到丝状突起结构，这些特征可能有助于种子传播和锚定。三个种群的形态计量数据基本一致，仅在与局部微生境条件相关的性状上存在轻微种内变异。

3.2 Comparative micromorphology with related species

通过与近缘种比较发现，R. altaicum具有更大的瘤状突起和较弱的网状结构；R. tataricum显示平行脊状图案和较薄种皮；而R. palmatum和R. officinale的种子表面相对光滑，装饰程度较低。这些差异充分支持了Rheum wittrockii独特的分类学地位。

3.3 Ecological implications

研究指出，厚种皮和特殊的表面装饰可能是对高海拔干旱环境的适应特征，增强了种子的脱水抗性和寿命。丝状结构可能有助于种子在陡峭山地环境中的锚定和微生境适应。这些特征与已知的干旱地区Rheum物种的适应性演化规律一致，反映了物种对特定生境的形态适应。

4 Conclusion

本研究首次通过扫描电镜系统表征了Rheum wittrockii的种子微形态特征，揭示了其独特的分类学性状和生态适应性。研究发现该物种具有密网状-瘤状种皮、波浪状垂周壁、厚种皮和丝状突起等独有特征，这些性状不仅区别于近缘种，也体现了对高山干旱环境的适应策略。研究成果为大黄属植物分类学提供了重要的形态学证据，为这一濒危物种的保护和种群恢复提供了科学依据，对理解植物在高胁迫环境中的适应性演化具有重要意义。