观察与描述的固有价值：以澳大利亚的刺茄属植物为例

《TAXON》：The inherent values of observation and description: A case study in the spiny solanums of Australia

茄科植物分类学及繁殖系统研究为探索生物多样性提供范例，澳大利亚热带雨林中Solanum clade通过观察性生物学揭示物种间性系统、传粉机制及生态适应性，学生参与项目促进知识积累与科研能力培养。

　　在现代生物学研究中，描述性生物学探索仍然扮演着至关重要的角色。这种研究方式不仅有助于我们深入了解生物分类群及其自然现象的多样性，还能激发新的科学问题，引导未来的实验设计，并为学生提供宝贵的科研经验。正如Conniff（2011）在其著作《The species seekers》中所指出的那样，我们仍然生活在“发现的伟大时代”。这一时期与十八世纪和十九世纪的自然学家时代有异曲同工之妙，那时科学家们通过实地观察和细致记录，逐步构建起我们今天所熟知的生物分类体系。而如今，即便在科技高度发达的时代，仍然存在大量尚未被充分研究的物种，尤其是像“Solanum”这样的大型且多样的植物属。

“Solanum”是植物界中最为庞大和经济价值显著的属之一，包含了许多重要的农作物，如番茄、马铃薯和茄子。然而，尽管这一属受到众多科学家的关注，它仍然蕴藏着丰富的未知领域。许多“Solanum”物种的自然历史和生物学特性尚不明确，尤其是那些分布范围较小、生态位特殊的物种。这些物种的多样性不仅体现在形态上，还体现在其生态适应性、繁殖机制和与其他生物的相互作用中。因此，对“Solanum”属的进一步研究，不仅可以揭示植物如何在不同的生态环境中生存和繁衍，还能为理解全球气候变化、栖息地丧失等宏观环境变化对生物多样性的影响提供重要线索。

在过去二十年中，我与学生和博士后一起，专注于澳大利亚干旱热带地区的“Solanum”属，特别是其中的“Leptostemonum”和“Hemigeacanthos”这两个分类群。这些植物通常被称为“刺果番茄”，它们在该地区的分布和演化与气候波动密切相关。据Crisp等人（2001）的研究，这种分类群的多样化至少部分源于大约300万年前的气候周期变化。在这样的背景下，“Solanum dioicum”和“Solanum echinatum”这两个物种构成了一个极具研究价值的群体，它们在澳大利亚干旱热带地区广泛分布，并且展现出高度的形态和生态多样性。目前已有约45个物种被正式描述，而可能还有更多尚未被发现的地理变种正在迅速演化。这一分类群为学生提供了绝佳的平台，让他们能够通过多种生物学视角，深入探索这些植物的特性，并从中获得有价值的科研成果。

在这些研究中，性系统的多样性是一个引人注目的研究领域。许多“Solanum”物种展现出三种不同的性系统：单性结实（cosexuality）、雄同株（andromonoecy）以及功能性雌雄异株（dioecy）。其中，功能性雌雄异株的特征尤为独特，即“雄花”（staminate）在形态和功能上是典型的雄性，而“雌花”（pistillate）则在形态上看起来像雌雄同株的个体，但其产生的花粉无法正常萌发，因此只能承担“雌性”功能，即果实和种子的形成。这种性系统的多样性不仅增加了分类的复杂性，也为研究植物的繁殖策略提供了丰富的素材。

值得注意的是，即使在这些看似“离散”的性系统中，也存在一定的灵活性和变化。例如，“Solanum plastisexum” Martine & McDonnell 被认为是雄同株的物种，但其个体在某些情况下会表现出严格的雄性或雌雄同株的形态。此外，在功能性雌雄异株的物种中，还存在“泄漏雄性”（leaky male）的现象，即一些花虽然形态上是雄性，但其功能上却表现出雌性的特征。这一现象已在至少10个物种中被记录，表明性系统的稳定性并非绝对，而是受到多种环境和遗传因素的影响。

这些性系统的复杂性为科学研究提供了丰富的切入点。通过观察和描述这些植物的性状，研究人员可以更好地理解植物如何适应不同的生态条件，并探索其繁殖策略的演化路径。例如，Ndem-Galbert等人（2021）发现，在功能性“雌性”花中产生的花粉蛋白质和氨基酸含量较低，这可能影响授粉昆虫的选择行为。这一发现促使Carpenter等人（2025）开展了一项长期研究，观察蜜蜂在访问不同性别的花时的选择偏好。这种研究不仅加深了我们对植物繁殖机制的理解，还为学生提供了参与实际科研的机会，使他们能够通过观察和实验，探索植物与昆虫之间的互动关系。

除了性系统的研究，其他与繁殖相关的“行为”也为学生提供了广泛的探索空间。例如，某些“Solanum”物种在叶片和花冠的背面产生额外的花蜜（Fig. 1B），这一现象可能与植物与蚂蚁之间的共生关系有关。Henry等人（2025）通过高分辨率液相色谱分析，研究了这些额外花蜜的化学成分，试图揭示其是否为植物与蚂蚁之间协同进化的产物。这种研究不仅有助于理解植物如何通过非传统的途径吸引授粉者，还为学生提供了接触先进实验技术的机会，使他们能够运用现代分析手段，深入挖掘植物的生物学特性。

在“Solanum”属的许多物种中，种子传播方式也是一个重要的研究方向。例如，Motter（2025）在温室中研究了一种“Solanum ossicruentum” Martine & J.Cantley，该物种被认为通过动物携带进行种子传播，其果实具有“踩踏刺球”（trample burrs）的结构，能够附着在动物体表，随其移动而传播。而另一物种“Solanum tudununggae” Symon 被认为可能通过风力进行种子传播，其种子具有类似“香炉”（censer mechanism）的结构，能够借助风力将种子散布到更远的地方。这些种子传播方式的多样性不仅反映了“Solanum”属在不同生态环境中的适应能力，也为研究植物与动物之间的相互作用提供了重要的素材。

然而，关于这些“Solanum”物种的种子传播机制，目前仍有许多未解之谜。例如，Lacey等人（2015）通过实验发现，某些“Solanum”物种的种子在被啮齿类动物吞食后仍能正常发芽，这表明植物可能通过动物消化系统进行种子传播。而Garanich等人（2016）则研究了火灾、烟雾和温度对“Solanum beaugleholei” Symon 种子萌发的影响，发现高温会显著抑制其种子的发芽率。这些研究不仅揭示了植物在极端环境下的生存策略，还为学生提供了观察和实验的机会，使他们能够通过实际操作，深入理解植物如何在不同的环境压力下生存和繁衍。

此外，一些“Solanum”物种还表现出无性繁殖的倾向，例如通过地下器官进行克隆繁殖。Beneroff与Martine（2025）对“Solanum dioicum”的一个变种进行了研究，发现其地下茎能够有效促进种群的扩展。这一发现为研究植物的繁殖策略提供了新的视角，并引发了对无性繁殖在植物适应环境变化中的作用的进一步探讨。这些研究不仅有助于理解植物的演化机制，还为学生提供了探索植物繁殖多样性的机会，使他们能够通过实验和观察，发现植物在不同环境条件下的适应性特征。

在这些研究中，建立和维护活体植物种质资源库（ex situ collections）起到了至关重要的作用。这些种质资源库不仅为研究人员提供了稳定的实验材料，还为学生提供了接触和研究这些植物的平台。通过从种子库或标本馆中获取种子并种植，学生能够直接观察植物的生长过程、形态特征和繁殖行为，从而培养他们的科研能力和对植物生物学的兴趣。许多学生在这一过程中不仅获得了宝贵的数据，还形成了自己的研究课题，甚至在学术会议上展示他们的成果。

值得一提的是，这些研究往往不是孤立的，而是相互关联、相互促进的。例如，通过观察植物的性系统，研究人员可以推测其繁殖策略，进而设计实验来验证这些假设。同样，通过对植物的种子传播方式的研究，也可以揭示其与动物之间的相互作用，从而进一步探讨植物如何在生态系统中发挥作用。这种跨学科的研究方法不仅提高了研究的深度和广度，也为学生提供了多方面的学习机会，使他们能够在不同的研究领域中获得全面的知识和技能。

此外，这些研究还对植物保护和生态恢复具有重要意义。由于许多“Solanum”物种分布于生态脆弱的地区，如干旱热带和半干旱地区，它们的生存受到气候变化、栖息地破坏等环境因素的影响。通过深入研究这些植物的生物学特性，科学家可以更好地制定保护策略，确保这些物种的生存和繁衍。同时，这些研究也有助于揭示植物如何适应不同的环境条件，为未来的人工培育和生态修复提供理论依据。

总的来说，“Solanum”属的研究不仅为植物学提供了丰富的研究素材，也为学生提供了宝贵的科研机会。通过观察和描述这些植物的性状，学生能够培养科学思维，增强实践能力，并在研究过程中获得成就感和归属感。这种基于观察的科研方法，不仅有助于推动科学知识的积累，还能够激发学生对自然和生命的热爱，使他们更加积极地投入到科学研究中。因此，继续深入研究“Solanum”属，不仅有助于我们理解植物的多样性，还能够为未来的科研人才的培养和生物多样性保护做出重要贡献。