stringtranslate.com

Однодольный

Однодольные ( / ˌ ˌ ˈ l n z / ) , [d] [ 13] [14] обычно называемые однодольными , ( Lilianae sensu Chase & Reveal) являются травянистыми и травянистыми цветковыми растениями (покрытосеменными), семена которых обычно содержат только один зародышевый лист, или семядолю . Они составляют одну из основных групп, на которые традиционно делятся цветковые растения; остальные цветковые растения имеют две семядоли и были классифицированы как двудольные , или двудольные.

Однодольные почти всегда признавались как группа, но с различными таксономическими рангами и под несколькими разными названиями. Система APG III 2009 года признает кладу под названием «однодольные», но не присваивает ей таксономический ранг.

Однодольные включают около 70 000 видов, около четверти всех покрытосеменных. Самым большим семейством в этой группе (и среди цветковых растений в целом) по числу видов являются орхидеи (семейство Orchidaceae ), насчитывающие более 20 000 видов. Около 12 000 видов относятся к настоящим злакам ( Poaceae ), которые являются экономически наиболее важным семейством однодольных. Часто ошибочно принимаемые за злаки, осоки также являются однодольными.

В сельском хозяйстве большая часть биомассы производится из однодольных растений. К ним относятся не только основные зерновые ( рис , пшеница , кукуруза и т. д.), но и кормовые травы, сахарный тростник , бамбук и многие другие распространенные пищевые и декоративные культуры.

Описание

Allium crenulatum ( Asparagales ), лук, с типичным однодольным околоцветником и параллельным жилкованием листьев
Срез лука: на поперечном сечении видны жилки, которые проходят параллельно по всей длине луковицы и стебля.

Общий

Однодольные или однодольные растения имеют, как следует из названия, одну (моно-) семядолю , или зародышевый лист, в своих семенах . Исторически эта особенность использовалась для противопоставления однодольных двудольным или двудольным растениям, которые обычно имеют две семядоли; однако современные исследования показали, что двудольные растения не являются естественной группой, и этот термин может использоваться только для обозначения всех покрытосеменных растений, которые не являются однодольными, и используется в этом отношении здесь. С диагностической точки зрения количество семядолей не является ни особенно полезной характеристикой (поскольку они присутствуют только в течение очень короткого периода в жизни растения), ни полностью надежной. Одна семядоля является лишь одной из ряда модификаций плана тела предковых однодольных растений, чьи адаптивные преимущества плохо изучены, но, возможно, были связаны с адаптацией к водным местообитаниям до радиации в наземные местообитания. Тем не менее, однодольные растения достаточно самобытны, поэтому редко возникали разногласия относительно принадлежности к этой группе, несмотря на значительное разнообразие с точки зрения внешней морфологии. [15] Однако морфологические признаки, которые надежно характеризуют основные клады, встречаются редко. [16]

Таким образом, однодольные отличаются от других покрытосеменных как по своей однородности, так и по разнообразию. С одной стороны, организация побегов, структура листьев и конфигурация цветков более однородны, чем у остальных покрытосеменных, однако в рамках этих ограничений существует богатство разнообразия, что указывает на высокую степень эволюционного успеха. [17] Разнообразие однодольных включает многолетние геофиты, такие как декоративные цветы , включая орхидеи ( Asparagales ); тюльпаны и лилии ( Liliales ); розеточные и суккулентные эпифиты (Asparagales); микогетеротрофы (Liliales, Dioscoreales , Pandanales ), все из лилиоидных однодольных ; основные зерновые культуры ( кукуруза , рис , ячмень , рожь , овес , просо , сорго и пшеница ) в семействе злаковых ; и кормовые травы ( Poales ), а также древесные древовидные пальмы ( Arecales ), бамбук , тростник и бромелиевые (Poales), бананы и имбирь ( Zingiberales ) среди коммелиновых однодольных , а также как полупогруженные (Poales, Acorales ) , так и ароидные , а также плавающие или погруженные водные растения, такие как морская трава ( Alismatales ). [18] [19] [20] [21]

Растительный

Организация, рост и формы жизни

Самым важным отличием является их характер роста, отсутствие боковой меристемы ( камбия ), которая обеспечивает постоянный рост в диаметре с высотой ( вторичный рост ), и поэтому эта характеристика является основным ограничением в строении побегов. Хотя в основном они травянистые, некоторые древесные однодольные достигают большой высоты, длины и массы. К последним относятся агавы , пальмы , панданы и бамбуки . [22] [23] Это создает проблемы в транспортировке воды, с которыми однодольные справляются по-разному. Некоторые, такие как виды юкки , развивают аномальный вторичный рост, в то время как пальмы используют аномальную форму первичного роста, описываемую как рост установления ( см. Сосудистая система). Ось претерпевает первичное утолщение, которое прогрессирует от междоузлия к междоузлию, что приводит к типичной перевернутой конической форме базальной первичной оси ( см. Тиллих, рисунок 1). Ограниченная проводимость также способствует ограниченному ветвлению стеблей. Несмотря на эти ограничения, в результате появилось большое разнообразие адаптивных форм роста (Тиллих, рис. 2) от эпифитных орхидей (Asparagales) и бромелиевых (Poales) до подводных Alismatales (включая редуцированные Lemnoideae ) и микотрофных Burmanniaceae (Dioscreales) и Triuridaceae (Pandanales). Другие формы адаптации включают вьющиеся лианы Araceae (Alismatales), которые используют отрицательный фототропизм ( скототропизм ) для определения местоположения деревьев- хозяев ( т. е. самой темной области), [24] в то время как некоторые пальмы, такие как Calamus manan ( Arecales ), производят самые длинные побеги в растительном царстве, длиной до 185 м. [25] Другие однодольные, особенно Poales , приняли терофитную форму жизни . [26] [27] [28] [29] [30]

Листья

Семядоля, первичный лист покрытосеменных , состоит из проксимального листового основания или гипофилла и дистального гиперфилла. У однодольных гипофилл, как правило, является доминирующей частью в отличие от других покрытосеменных. Из этого возникает значительное разнообразие. Зрелые листья однодольных, как правило, узкие и линейные, образующие оболочку вокруг стебля у его основания, хотя есть много исключений. Жилкование листьев струйчатого типа, в основном дугообразно-струйчатое или продольно-струйчатое (параллельное), реже пальчато-струйчатое или перисто-струйчатое, с листовыми жилками, выходящими из основания листа, а затем сходящимися вместе на верхушках. Обычно на узел приходится только один лист, поскольку основание листа охватывает более половины окружности. [31] Эволюция этой характеристики однодольных была приписана различиям в развитии ранней зональной дифференциации, а не активности меристемы (теория основания листа). [15] [16] [32]

Корни и подземные органы

Отсутствие камбия в первичном корне ограничивает его способность к достаточному росту для поддержания растения. Это требует раннего развития корней, полученных из побега (придаточных корней). В дополнение к корням, однодольные развивают побеги и корневища , которые являются ползучими побегами. Побеги служат для вегетативного размножения , имеют удлиненные междоузлия , располагаются на поверхности почвы или чуть ниже и в большинстве случаев несут чешуйчатые листья . Корневища часто выполняют дополнительную функцию хранения, и растения, производящие корневища, считаются геофитами (Тиллих, рисунок 11). Другие геофиты развивают луковицы , короткое осевое тело с листьями, основания которых хранят пищу. Дополнительные внешние листья, не предназначенные для хранения, могут выполнять защитную функцию (Тиллих, рисунок 12). Другими органами хранения могут быть клубни или клубнелуковицы , вздутые оси. Клубни могут образовываться на конце подземных побегов и сохраняться. Клубнелуковицы представляют собой недолговечные вертикальные побеги с конечными соцветиями и сморщиваются после цветения. Однако могут встречаться и промежуточные формы, например, Crocosmia (Asparagales). Некоторые однодольные растения также могут давать побеги, которые растут прямо в почву, это геофильные побеги (Тиллих, рис. 11), которые помогают преодолеть ограниченную устойчивость ствола крупных древесных однодольных растений. [33] [32] [34] [15]

Репродуктивный

Цветы

Почти во всех случаях перигон состоит из двух чередующихся трехчленных мутовок околоцветника , будучи гомохламидийными, без дифференциации между чашечкой и венчиком . В зоофильных (опыляемых животными) таксонах обе мутовки венчиковые (лепестковидные). Цветение (период раскрытия цветка) обычно летучее (кратковременное). Некоторые из наиболее устойчивых перигонов демонстрируют термонастическое открытие и закрытие (в ответ на изменения температуры). Около двух третей однодольных являются зоофильными , в основном насекомыми . Эти растения должны рекламировать себя опылителям и делают это с помощью фанэрантовых (ярких) цветов. Такая оптическая сигнализация обычно является функцией мутовок околоцветника, но также может обеспечиваться семафиллами (другими структурами, такими как нити , стаминодии или стилодии , которые модифицировались для привлечения опылителей). Однако некоторые однодольные растения могут иметь афанантовые (незаметные) цветы и все равно опыляться животными. В этом случае растения полагаются либо на химическое притяжение, либо на другие структуры, такие как цветные прицветники, выполняющие роль оптического притяжения. У некоторых фанантовых растений такие структуры могут усиливать цветочные структуры. Производство ароматов для обонятельной сигнализации распространено у однодольных. Перигон также выполняет функцию посадочной платформы для опыляющих насекомых. [17]

Фрукты и семена

Зародыш состоит из одной семядоли, обычно с двумя сосудистыми пучками . [32]

Сравнение с двудольными

Сравнение прорастания однодольного растения ( травы : Poales ) (слева) с двудольным растением (справа) [e]
Юкка коротколистная (Yucca brevifolia: Asparagales)

Традиционно перечисленные различия между однодольными и двудольными растениями следующие. Это лишь общий набросок, не всегда применимый, поскольку есть ряд исключений. Указанные различия более справедливы для однодольных по сравнению с двудольными . [34] [35] [36]

Сравнение однодольных и двудольных растений

Некоторые из этих различий не являются уникальными для однодольных, и, хотя они все еще полезны, ни одна отдельная черта не будет безошибочно определять растение как однодольное. [35] Например, трехчленные цветки и однобороздчатая пыльца также встречаются у магнолиевых , [34] а исключительно придаточные корни встречаются у некоторых из Piperaceae . [34] Аналогично, по крайней мере, одна из этих черт, параллельное жилкование листьев, далека от универсальности среди однодольных. Широкие листья и сетчатое жилкование листьев, черты, типичные для двудольных, встречаются у самых разных семейств однодольных: например, Trillium , Smilax (зеленый шиповник), Pogonia (орхидея) и Dioscoreales (ямс). [34] Potamogeton и Paris quadrifolia (трава-париж) являются примерами однодольных с четырехчленными цветками. Другие растения демонстрируют смесь характеристик. Nymphaeaceae (водяные лилии) имеют сетчатые жилки, одну семядолю, придаточные корни и однодольный сосудистый пучок. Эти примеры отражают их общее происхождение. [35] Тем не менее, этот список признаков в целом действителен, особенно при сравнении однодольных с двудольными , а не неоднодольных цветковых растений в целом. [34]

Апоморфии

Апоморфии однодольных (характеристики, полученные в ходе радиации, а не унаследованные от предковой формы) включают травянистый габитус, листья с параллельным жилкованием и обложенным основанием, зародыш с одной семядолей, атактостелу , многочисленные придаточные корни, симподиальный рост и трехчленные (3 части на мутовку ) цветки, которые являются пентациклическими (5 мутовчатыми) с 3 чашелистиками, 3 лепестками, 2 мутовками по 3 тычинки в каждой и 3 плодолистиками. Напротив, монобороздчатая пыльца считается предковой чертой, вероятно, плезиоморфной . [36]

Синапоморфии

Отличительные черты однодольных способствовали относительной таксономической стабильности группы. Дуглас Э. Солтис и другие [37] [38] [39] [40] выделяют тринадцать синапоморфий (общих характеристик, объединяющих монофилетические группы таксонов);

  1. Рафиды оксалата кальция
  2. Отсутствие сосудов в листьях
  3. Формирование стенки пыльника однодольных растений *
  4. Последовательный микроспорогенез
  5. Синокарпный гинецей
  6. Париетальная плацентация
  7. Однодольный сеянец
  8. Стойкий корешок
  9. Кончик гаусториальной семядоли [41]
  10. Открытая семядольная оболочка
  11. Стероидные сапонины *
  12. Опыление мухами*
  13. Диффузные сосудистые пучки и отсутствие вторичного роста [ж]

Сосудистая система

Стебли пальмы Roystonea regia ( Arecales ) демонстрируют аномальный вторичный рост у однодольных растений с характерными мочковатыми корнями

Однодольные растения имеют характерное расположение сосудистой ткани, известное как атактостела , в котором сосудистая ткань разбросана, а не расположена концентрическими кольцами. Колленхима отсутствует в стеблях, корнях и листьях однодольных растений. Многие однодольные растения являются травянистыми и не обладают способностью увеличивать ширину стебля ( вторичный рост ) с помощью того же вида сосудистого камбия, который встречается у неоднодольных древесных растений . [34] Однако некоторые однодольные растения имеют вторичный рост; поскольку он не возникает из одного сосудистого камбия, производящего ксилему внутрь и флоэму наружу, его называют «аномальным вторичным ростом». [42] Примерами крупных однодольных растений, которые либо демонстрируют вторичный рост, либо могут достигать больших размеров без него, являются пальмы ( Arecaceae ), винтовые сосны ( Pandanaceae ), бананы ( Musaceae ), юкка , алоэ , драцена и кордилина . [34]

Таксономия

Однодольные образуют одну из пяти основных линий мезангиоспермовых (основных покрытосеменных), которые сами по себе образуют 99,95% всех покрытосеменных . Однодольные и двудольные являются крупнейшими и наиболее разнообразными радиациями покрытосеменных , составляя 22,8% и 74,2% всех видов покрытосеменных соответственно. [43]

Из них наиболее экономически важным является семейство злаковых (Poaceae), которое вместе с орхидеями Orchidaceae составляет половину видового разнообразия, составляя 34% и 17% всех однодольных растений соответственно, и относится к крупнейшим семействам покрытосеменных растений. Они также входят в число доминирующих членов многих растительных сообществ. [43]

Ранняя история

Долиннеевский

Иллюстрации семядолей Джона Рея 1682 г., по мотивам Мальпиги

Однодольные растения являются одним из основных подразделений цветковых растений или покрытосеменных. Они были признаны естественной группой с шестнадцатого века, когда Лобелиус (1571), ища характеристику для группировки растений, остановился на форме листьев и их жилковании . Он заметил, что большинство имели широкие листья с сетчатым жилкованием, но меньшая группа была травянистыми растениями с длинными прямыми параллельными жилками. [44] При этом он различал двудольные и последнюю (травянистую) группу однодольных, хотя у него не было официальных названий для этих двух групп. [45] [46] [47]

Формальное описание датируется исследованиями Джона Рэя по структуре семян в 17 веке. Рэй, которого часто считают первым ботаническим систематиком , [48] наблюдал дихотомию структуры семядолей при изучении семян. Он сообщил о своих выводах в докладе, прочитанном Королевскому обществу 17 декабря 1674 года под названием «Рассуждение о семенах растений». [34]

Рассуждение о семенах растений

Наибольшее количество растений, которые появляются из семян, сначала появляются из земли с двумя листьями, которые, будучи по большей части иной формы, чем последующие листья, нашими садоводами неслучайно называются семенными листьями...
В первом виде семенные листья представляют собой не что иное, как две доли семени, имеющие свои гладкие стороны, сложенные вместе, как две половинки грецкого ореха, и поэтому имеют правильную форму семени, разрезанного пополам плоско...
Из семян, которые появляются из земли с листьями, подобными последующим, и без семенных листьев, я наблюдал два вида. 1. Такие, которые являются родственными первому виду, чья мякоть разделена на две доли и корешок...
2. Такие, которые не появляются из земли с семенными листьями и не имеют своей мякоти, разделенной на доли

Джон Рэй (1674), стр. 164, 166 [49]

Поскольку эта статья появилась за год до публикации Anatome Plantarum Мальпиги ( 1675–1679), приоритет принадлежит Рею. В то время Рэй не полностью осознавал важность своего открытия [50] , но постепенно развивал его в последующих публикациях. И поскольку они были на латыни, «семенные листья» стали folia seminalia [51], а затем cotyledon , следуя за Мальпиги . [52] [53] Мальпиги и Рэй были знакомы с работами друг друга, [50] и Мальпиги, описывая те же структуры, ввел термин cotyledon, [54] который Рэй принял в своих последующих работах.

De seminum plantse

Mense quoque Maii, alias seminales plantulas Fabarum, & Phaseolorum, ablatis pariter binis seminalibus foliis, seu cotyledonibus, incubandas posui.
В мае я также инкубировал два семенных растения, Faba и Phaseolus , предварительно удалив два семенных листа или семядоли.

Марчелло Мальпиги (1679), с. 18 [54]

В этом эксперименте Мальпиги также показал, что семядоли имеют решающее значение для развития растения, доказательство, которое Рэю требовалось для его теории. [55] В своем Methodus plantarum nova [56] Рэй также разработал и обосновал «естественный» или доэволюционный подход к классификации, основанный на характеристиках, отобранных a posteriori, чтобы сгруппировать таксоны, имеющие наибольшее количество общих характеристик. Этот подход, также называемый политетическим, просуществовал до тех пор, пока эволюционная теория не позволила Эйхлеру разработать филетическую систему, которая заменила ее в конце девятнадцатого века, основанную на понимании приобретения характеристик. [57] [58] [59] Он также сделал важное наблюдение Ex hac seminum divisione sumum potest generalis plantarum distinctio, eaque meo judicio omnium prima et longe optima, in eas sci. quae plantula seminali sunt bifolia aut διλόβω, et quae plantula sem. adulta analoga. (Из этого разделения семян вытекает общее различие среди растений, которое, по моему мнению, является первым и, безусловно, лучшим, на те семенные растения, которые двулистные или двудольные, и те, которые аналогичны взрослым), то есть между однодольными и двудольными. [60] [55] Он проиллюстрировал это цитатой из Мальпиги и включил репродукции рисунков семядолей Мальпиги (см. рисунок). [61] Первоначально Рэй не разрабатывал классификацию цветковых растений (florifera), основанную на разделении по числу семядолей, но развивал свои идеи в последующих публикациях, [62] введя термины Monocotyledones и Dicotyledones в 1703 году, [63] в пересмотренной версии своего Methodus ( Methodus plantarum emendata ), как основной метод их разделения, Herbae florifera, dividi possunt, ut diximus, в Monocotyledones & Dicotyledones (Цветковые растения, как мы уже говорили, можно разделить на Monocotyledons и Dicotyledons). [64]

Пост Линнеевский

Хотя Линней (1707–1778) не использовал открытие Рея, основывая свою собственную классификацию исключительно на морфологии репродуктивных органов цветка , этот термин был использован вскоре после появления его классификации (1753) Скополи , которому приписывают его введение. [g] Каждый систематик с тех пор, начиная с Де Жюсье и Де Кандоля , использовал различие Рея в качестве основного признака классификации. [h] [33] В системе Де Жюсье (1789) он последовал за Реем, распределив свои однодольные растения по трем классам на основе положения тычинок и поместив их между семядольными и двудольными. [68] Система Де Кандоля (1813), которая должна была доминировать в мышлении на протяжении большей части 19-го века, использовала схожую общую организацию с двумя подгруппами его однодольных (Monocotyledoneae). [3] Линдли (1830) последовал за Декандолем, используя термины Monocotyledon и Endogenae [i] как взаимозаменяемые. Они считали, что однодольные — это группа сосудистых растений ( Vasculares ), чьи сосудистые пучки, как считалось, возникают изнутри ( Endogènes или эндогенные ). [69]

Однодольные оставались в аналогичном положении как основной отдел цветковых растений на протяжении всего девятнадцатого века, с небольшими изменениями. Джордж Бентам и Хукер (1862–1883) использовали Monocotyledones, как и Веттштейн , [70], в то время как Август Эйхлер использовал Mononocotyleae [10], а Энглер , вслед за де Кандолем, Monocotyledoneae. [71] В двадцатом веке некоторые авторы использовали альтернативные названия, такие как Alternifoliae Бесси (1915) [2] и Liliatae Кронквиста (1966). [1] Позже (1981) Кронквист изменил Liliatae на Liliopsida, [72] эти же обычаи одновременно принял и Тахтаджан . [32] Торн (1992) [8] и Дальгрен (1985) [73] также использовали Liliidae в качестве синонима.

Таксономисты имели значительную свободу в наименовании этой группы, поскольку однодольные были группой рангом выше семейства. Статья 16 ICBN допускает либо описательное ботаническое название , либо название, образованное от названия включенного семейства.

Вкратце, их называли по-разному, как следует:

Современная эпоха

В 1980-х годах был предпринят более общий обзор классификации покрытосеменных растений . В 1990-х годах наблюдался значительный прогресс в филогенетике растений и кладистической теории, изначально основанной на секвенировании гена rbcL и кладистическом анализе, что позволило построить филогенетическое дерево для цветковых растений. [74] Создание новых крупных кладов потребовало отхода от старых, но широко используемых классификаций, таких как Кронквист и Торн, основанных в основном на морфологии, а не на генетических данных. Эти разработки усложнили дискуссии об эволюции растений и потребовали крупной таксономической реструктуризации. [75] [76]

Это основанное на ДНК молекулярно-филогенетическое исследование подтвердило, с одной стороны, что однодольные оставались четко определенной монофилетической группой или кладой , в отличие от других исторических подразделений цветковых растений, которые должны были быть существенно реорганизованы. [34] Покрытосеменные больше не могли быть просто разделены на однодольные и двудольные; было очевидно, что однодольные были лишь одной из относительно большого числа определенных групп в пределах покрытосеменных. [77] Корреляция с морфологическими критериями показала, что определяющей чертой было не количество семядолей, а разделение покрытосеменных на два основных типа пыльцы , одноапертурные ( моносулькатные и моносулькатные) и трехапертурные (трехбороздные и трехбороздные), причем однодольные располагались в одноапертурных группах. [74] Таким образом, формальный таксономический ранг однодольных был заменен однодольными как неформальной кладой. [78] [34] Это название чаще всего используется с момента публикации системы филогенетических групп покрытосеменных растений (APG) в 1998 году и с тех пор регулярно обновляется. [75] [79] [76] [80] [81] [82]

Среди покрытосеменных выделяют две основные группы : небольшую ранневетвящуюся базальную группу — базальные покрытосеменные (группа ANA) с тремя линиями и более крупную позднюю ветвящуюся группу — основные покрытосеменные (мезангиоспермовые) с пятью линиями, как показано на кладограмме .

Подразделение

В то время как однодольные растения оставались чрезвычайно стабильными в своих внешних границах как четко определенная и последовательная монофилектическая группа, более глубокие внутренние отношения претерпели значительные изменения, и с течением времени появилось множество конкурирующих систем классификации. [33]

Исторически Бентам (1877) считал, что однодольные состоят из четырех союзов , Epigynae, Coronariae, Nudiflorae и Glumales, на основе характеристик цветков. Он описывает попытки подразделить группу со времен Линдли как в значительной степени безуспешные. [83] Как и большинство последующих систем классификации, она не смогла различить два основных порядка, Liliales и Asparagales , которые теперь признаются совершенно отдельными. [84] Крупным достижением в этом отношении стала работа Рольфа Дальгрена (1980), [85] которая легла в основу последующей современной классификации семейств однодольных Angiosperm Phylogeny Group (APG). Дальгрен, использовавший альтернативное название Lilliidae, считал однодольные подклассом покрытосеменных , характеризующимся одной семядолей и наличием треугольных белковых тел в пластидах ситовидной трубки . Он разделил однодольные на семь надотрядов : Alismatiflorae, Ariflorae, Triuridiflorae, Liliiflorae , Zingiberiflorae, Commeliniflorae и Areciflorae. Что касается конкретного вопроса, касающегося Liliales и Asparagales, Дальгрен последовал за Хубером (1969) [86], приняв разделительный подход, в отличие от давней тенденции рассматривать Liliaceae как очень широкое семейство sensu lato . После безвременной смерти Дальгрена в 1987 году его работу продолжила его вдова Гертруда Дальгрен , которая опубликовала пересмотренную версию классификации в 1989 году. В этой схеме суффикс -florae был заменен на -anae ( например, Alismatanae ), а число надотрядов увеличилось до десяти с добавлением Bromelianae, Cyclanthanae и Pandananae. [87]

Молекулярные исследования подтвердили монофилию однодольных и помогли выяснить отношения внутри этой группы. Система APG не присваивает однодольным таксономический ранг, вместо этого признавая кладу однодольных. [88] [89] [90] [91] Однако оставалась некоторая неопределенность относительно точных отношений между основными линиями, с рядом конкурирующих моделей (включая APG). [21]

Система APG устанавливает одиннадцать порядков однодольных. [92] [82] Они образуют три класса, алисматидные однодольные , лилиоидные однодольные и коммелинидные однодольные по порядку ветвления, от ранних к поздним. В следующей кладограмме числа указывают на группу короны (самый последний общий предок выбранных видов клады интереса) время расхождения в млн лет назад (млн лет назад). [93]

Из примерно 70 000 видов [95] наибольшее количество (65%) встречается в двух семействах : орхидейных и злаковых. Орхидеи ( Orchidaceae , Asparagales ) содержат около 25 000 видов , а злаковые ( Poaceae , Poales ) — около 11 000. Другие известные группы в порядке Poales включают Cyperaceae (осоковые) и Juncaceae (камышовые), а однодольные также включают знакомые семейства, такие как пальмы ( Arecaceae , Arecales) и лилии ( Liliaceae , Liliales ). [84] [96]

Эволюция

В префилетических системах классификации однодольные растения обычно располагались между растениями, отличными от покрытосеменных, и двудольными, что подразумевало, что однодольные были более примитивными. С введением филетического мышления в таксономию (начиная с системы Эйхлера 1875–1878 гг.) преобладающей теорией происхождения однодольных стала раналийская (раналианская) теория, особенно в работе Бесси (1915), [2] , которая проследила происхождение всех цветковых растений до раналийского типа и изменила последовательность, сделав двудольные растения более примитивной группой. [33]

Однодольные образуют монофилетическую группу, возникшую на ранней стадии развития цветковых растений , но палеонтологическая летопись скудна. [97] Самые ранние ископаемые останки, предположительно принадлежащие однодольным, датируются ранним меловым периодом. Долгое время считалось, что ископаемые останки пальм являются самыми древними однодольными, [98] впервые появившимися 90 миллионов лет назад ( млн лет назад ), но эта оценка может быть не совсем верной. [99] По крайней мере, некоторые предполагаемые ископаемые останки однодольных были найдены в слоях, которые были такими же древними, как и эвдикоты. [100] Самые древние ископаемые останки, которые однозначно являются однодольными, представляют собой пыльцу из позднего баррема – апта – раннего мелового периода, около 120-110 миллионов лет назад, и могут быть отнесены к кладе - Pothoideae -Monstereae Araceae; будучи Araceae, являются сестринскими по отношению к другим Alismatales . [101] [102] [103] Они также обнаружили окаменелости цветов Triuridaceae (Pandanales) в верхнемеловых породах в Нью-Джерси, [101] что стало самым древним известным свидетельством сапрофитных / микотрофных привычек у покрытосеменных растений и одним из древнейших известных ископаемых однодольных растений.

Топология филогенетического дерева покрытосеменных может означать, что однодольные являются одними из древнейших линий покрытосеменных, что подтверждает теорию о том, что они так же стары, как и эвдикоты. Пыльца эвдикотов датируется 125 миллионами лет, поэтому линия однодольных должна быть такой же древней. [43]

Оценки молекулярных часов

Каре Бремер , используя последовательности rbcL и метод средней длины пути для оценки времени расхождения , оценил возраст группы однодольных (т. е. время, в которое предок сегодняшнего Acorus отделился от остальной группы) в 134 миллиона лет. [104] [105] Аналогичным образом, Викстрём и др. , [106] используя непараметрический подход сглаживания скорости Сандерсона , [107] получили возраст 127–141 миллион лет для группы однодольных. [108] Все эти оценки имеют большие диапазоны ошибок (обычно 15–20%), и Викстрём и др. использовали только одну точку калибровки, [106], а именно разделение между Fagales и Cucurbitales , которое было установлено в 84 млн лет в позднесантонский период . Ранние исследования молекулярных часов с использованием строгих часовых моделей оценили возраст кроны однодольных в 200 ± 20 миллионов лет назад [109] или 160 ± 16 миллионов лет, [110] в то время как исследования с использованием ослабленных часов получили 135-131 миллион лет [111] или от 133,8 до 124 миллионов лет. [112] Оценка Бремера в 134 миллиона лет [104] использовалась в качестве вторичной точки калибровки в других анализах. [113] Некоторые оценки относят диверсификацию однодольных к 150 миллионам лет назад в юрский период. [21]

Линия, которая привела к однодольным (стеблевая группа), отделилась от других растений около 136 миллионов лет назад [114] или 165-170 миллионов лет назад. [21]

Основная группа

Возраст основной группы так называемых «ядерных однодольных» или «основных однодольных», которые соответствуют всем порядкам, кроме Acorales и Alismatales, [115] составляет около 131 миллиона лет до настоящего времени, а возраст группы кроны составляет около 126 миллионов лет до настоящего времени. Последующее разветвление в этой части дерева (т. е. появились клады Petrosaviaceae , Dioscoreales + Pandanales и Liliales ), включая группу кроны Petrosaviaceae , может быть в период около 125–120 миллионов лет до нашей эры (около 111 миллионов лет до настоящего времени [104] ), а стволовые группы всех других порядков, включая Commelinidae, разошлись бы около или вскоре после 115 миллионов лет. [113] Эти и многие клады внутри этих порядков могли возникнуть в южной Гондване , т. е. в Антарктиде, Австралазии и на юге Южной Америки. [116]

Водные однодольные

Водные однодольные Alismatales обычно считались «примитивными». [117] [118] [119] [72] [120] [121] [122] [123] [124] Также считалось, что у них самая примитивная листва, которая была сшита как Dioscoreales [73] и Melanthiales . [8] [125] Имейте в виду, что «самый примитивный» однодольный не обязательно является «сестрой всех остальных». [43] Это связано с тем, что предковые или примитивные признаки выводятся посредством реконструкции состояний признаков с помощью филогенетического дерева. Таким образом, примитивные признаки однодольных могут присутствовать в некоторых производных группах. С другой стороны, базальные таксоны могут демонстрировать множество морфологических аутапоморфий . Итак, хотя Acoraceae является сестринской группой для остальных однодольных, результат не означает, что Acoraceae является «самым примитивным однодольным» с точки зрения его признаков. Фактически, Acoraceae является высокопроизводным по многим морфологическим признакам, и именно поэтому Acoraceae и Alismatales заняли относительно производные позиции в деревьях, полученных Чейзом и др. [88] и другими. [39] [126]

Некоторые авторы поддерживают идею водной фазы как происхождения однодольных. [127] Филогенетическое положение Alismatales (многие водные), которые занимают родственные отношения с остальными, за исключением Acoraceae, не исключает эту идею, поскольку они могли быть «самыми примитивными однодольными», но не «самыми базальными». Стебель Atactostele, длинные и линейные листья, отсутствие вторичного роста (см. биомеханику жизни в воде), корни в группах вместо одиночного корневого разветвления (связанного с природой субстрата ) , включая симподиальное использование, согласуются с источником воды. Однако, хотя однодольные и являются сестрами водных Ceratophyllales , или их происхождение связано с принятием какой-либо формы водной привычки, это не поможет пониманию того, как эволюционировали их отличительные анатомические особенности: однодольные кажутся настолько отличными от остальных покрытосеменных, что трудно связать их морфологию, анатомию и развитие с таковыми широколиственных покрытосеменных. [128] [129]

Другие таксоны

В прошлом таксоны, которые имели черешковые листья с сетчатым жилкованием, считались «примитивными» среди однодольных из-за поверхностного сходства с листьями двудольных . Недавние исследования показывают, что, хотя эти таксоны редки в филогенетическом дереве однодольных, такие как мясистые плодовые таксоны (исключая таксоны с семенами из придатков, распространяемыми муравьями), эти две особенности были бы адаптированы к условиям, которые эволюционировали вместе независимо. [67] [130] [131] [132] Среди вовлеченных таксонов были Smilax , Trillium (Liliales), Dioscorea (Dioscoreales) и т. д. Некоторые из этих растений являются лианами , которые, как правило, живут в затененных местах обитания, по крайней мере, часть своей жизни, и этот факт также может быть связан с их бесформенными устьицами . [133] Сетчатое жилкование, по-видимому, появлялось по крайней мере 26 раз у однодольных растений, а мясистые плоды появлялись 21 раз (иногда позже утрачиваясь); эти две характеристики, хотя и разные, показали явные признаки тенденции быть хорошими или плохими в тандеме, явление, описанное как «согласованная конвергенция» («координированная конвергенция»). [131] [132]

Этимология

Название «однодольные» происходит от традиционного ботанического названия «Monocotyledones» или Monocotyledoneae на латыни , которое указывает на то, что большинство представителей этой группы имеют в своих семенах одну семядолю , или зародышевый лист .

Экология

Возникновение

Некоторые однодольные, такие как злаки, имеют гипогейное появление , при котором мезокотиль удлиняется и толкает колеоптиль (который охватывает и защищает кончик побега) к поверхности почвы. [134] Поскольку удлинение происходит над семядолей, оно остается на месте в почве, где оно было посажено. Многие двудольные имеют эпигейное появление , при котором гипокотиль удлиняется и становится дугообразным в почве. По мере того, как гипокотиль продолжает удлиняться, он тянет семядоли вверх, над поверхностью почвы.

Сохранение

В Красном списке МСОП четыре вида описаны как вымершие , четыре как вымершие в дикой природе , 626 как возможно вымершие, 423 как находящиеся под угрозой исчезновения , 632 как находящиеся под угрозой исчезновения , 621 как уязвимый и 269 как близкие к угрожаемому из 4492 видов, статус которых известен. [135]

Использует

Однодольные растения являются одними из самых важных растений в экономическом и культурном отношении и составляют большую часть основных продуктов питания в мире, таких как зерновые культуры и крахмалистые корнеплоды , а также пальмы, орхидеи и лилии, строительные материалы и многие лекарства . [43] Из однодольных злаки имеют огромное экономическое значение как источник пищи для животных и человека, [84] и образуют крупнейший компонент сельскохозяйственных видов с точки зрения производимой биомассы . [96] [136]

Другие экономически важные однодольные культуры включают различные пальмы ( Arecaceae ), бананы и подорожники ( Musaceae ), имбирь и их родственники, куркуму и кардамон ( Zingiberaceae ), спаржу ( Asparagaceae ), ананас ( Bromeliaceae ), осоку ( Cyperaceae ) и тростник ( Juncaceae ), ваниль ( Orchidaceae ), ямс ( Dioscoreaceae ), таро ( Araceae ), а также лук-порей , лук и чеснок ( Amaryllidaceae ). Многие комнатные растения являются однодольными эпифитами . Большинство садовых луковичных растений, растений, выращиваемых ради их цветения, таких как лилии , нарциссы , ирисы , амариллисы , канны , колокольчики и тюльпаны , являются однодольными.

Смотрите также

Примечания

  1. ^ В 1964 году Тахтаджан предложил, чтобы классы, включающие однодольные, формально назывались с помощью суффикса -atae , так что принцип типизации привел к Liliatae для однодольных. [6] Предложение было формально описано в 1966 году Кронквистом, Тахтаджаном и Циммерманном, [1] от которого произошло описание «лилиевые».
  2. ^ Tropicos приводит более ранний источник , JH Schaffn. 1911 [7]
  3. ^ Кронквист [1] приписывает этот термин Декандолю как DC. 1818 Syst. 1: 122 [12]
  4. ^ Англо -латинское произношение .
    "monocotyledon" . Оксфордский словарь английского языка (Электронная правка). Oxford University Press . doi :10.1093/OED/6968478296. (Требуется подписка или членство в участвующем учреждении.)
  5. ^ Однодольные демонстрируют гипогеальное развитие, при котором семядоля остается невидимой внутри семени, под землей. Видимая часть — это первый настоящий лист, образующийся из меристемы
  6. ^ * Отсутствует у Acorus , поэтому, если этот род является родственным остальным однодольным, синапоморфии не применяются к однодольным в целом.
  7. ^ Скополи, в своей трактовке схемы Линнея, комментирует в Hexandria polygynia тот факт, что Alisma является членом рода однодольных [65]
  8. ^ См. также обзор классификационных систем до 1853 г., сделанный Линдли [66] и обзор Дальгрена с 1853 по 1982 г. [67]
  9. ^ Эндоген (ενδον внутри + γεναω я создаю)

Цитаты

  1. ^ abcde Кронквист, Тахтаджан и Циммерманн 1966.
  2. ^ abc Бесси 1915.
  3. ^ аб де Кандоль 1819.
  4. ^ Тропикос 2015, Лилианы
  5. ^ Аб Тахтаджан 1966.
  6. ^ Тахтаджан 1964.
  7. ^ Tropicos 2015, Лилииды
  8. ^ abc Торн 1992a.
  9. ^ Тропикос 2015, Лилиопсида
  10. ^ Эйхлер 1886.
  11. ^ Tropicos 2015, Однодольные
  12. ^ Де Кандоль 1818–1821.
  13. ^ "однодольные". Словарь Merriam-Webster.com . Merriam-Webster.
  14. ^ "однодольные". Dictionary.com Unabridged (Online). nd
  15. ^ abc Тиллих 1998.
  16. ^ abc Рудалл и Бузго 2002.
  17. ^ ab Vogel 1998.
  18. ^ Кубицки и Хубер 1998.
  19. ^ Кубицки 1998.
  20. ^ Дэвис и др. 2013.
  21. ^ abcd Цзэн и др. 2014.
  22. ^ Ду и др. 2016.
  23. ^ Солтис и Солтис 2016.
  24. Стронг и Рэй 1975.
  25. ^ Дрансфилд 1978.
  26. ^ Тиллих 1998, Рисунок 1
  27. ^ Mauseth 2017, Аномальные формы роста стр. 211–219
  28. ^ Пети и др. 2014.
  29. ^ Томлинсон и Эслер 1973.
  30. ^ Лек и др. 2008.
  31. ^ Томлинсон 1970.
  32. ^ abcd Тахтаджан 2009, Лилиопсида, стр. 589–750.
  33. ^ abcd Кубицки, Рудалл и Чейз 1998, Краткая история классификации однодольных, стр. 23
  34. ^ abcdefghijk Чейз 2004.
  35. ^ abc NBGI 2016, Однодольные против двудольных.
  36. ^ ab Стивенс 2015.
  37. ^ Солтис и др. 2005, стр. 92.
  38. ^ Донохью и Дойл 1989b.
  39. ^ ab Loconte & Stevenson 1991.
  40. ^ Дойл и Донохью 1992.
  41. ^ Лерстен 2004.
  42. ^ Донохью 2005.
  43. ^ abcde Солтис и др. 2005.
  44. l'Obel 1571, стр. 65
  45. Вайнс 1913, стр. 10.
  46. ^ Хёнигер и Хёнигер 1969.
  47. ^ Паворд 2005, стр. 339
  48. ^ Паворд 2005.
  49. Рэй 1674, стр. 164, 166.
  50. ^ ab Raven 1950.
  51. ^ Рэй 1682, De foliis plantarum seminalibus dictis p. 7.
  52. ^ Шорт и Джордж 2013, стр. 15.
  53. ^ Рэй 1682, De plantula seminali reliquisque femine contentis p. 13.
  54. ^ ab Malpighi 1679, De Seminum Vegetatione p. 18.
  55. ^ ab Bewley, Black & Halmer 2006, История исследований семян, стр. 334.
  56. Рэй 1682.
  57. ^ Stuessy 2009, Естественная классификация, стр. 47.
  58. ^ Датта 1988, Системы классификации, стр. 21.
  59. ^ Стэйс 1989, Развитие таксономии растений, стр. 17.
  60. Равен 1950, стр. 195.
  61. ^ Рэй 1682, De foliis plantarum seminalibus dictis p. 11.
  62. Рэй 1696.
  63. Рэй 1703, стр. 1–2.
  64. Рэй 1703, стр. 16.
  65. ^ Скополи 1772, Алисма, стр. 266–267.
  66. Линдли 1853.
  67. ^ ab Дальгрен и Клиффорд 1982.
  68. Жюсье 1789.
  69. Линдли 1830.
  70. Веттштейн 1924.
  71. Энглер 1886.
  72. ^ ab Cronquist 1981.
  73. ^ ab Дальгрен, Клиффорд и Йео 1985.
  74. ^ ab Чейз и др. 1993.
  75. ^ ab APG 1998.
  76. ^ ab APG III 2009.
  77. Бремер и Ваннторп, 1978.
  78. ^ Чейз и др. 1995б.
  79. ^ АПГ II 2003.
  80. ^ LAPGIII 2009.
  81. Чейз и Ревеал 2009.
  82. ^ abcd APG IV 2016.
  83. Бентам 1877.
  84. ^ abc Фэй 2013.
  85. ^ Дальгрен 1980.
  86. ^ Хубер 1969.
  87. ^ Дальгрен 1989.
  88. ^ ab Чейз и др. 1995.
  89. ^ Чейз и др. 2000.
  90. ^ Дэвис и др. 2004.
  91. ^ Солтис и Солтис 2004.
  92. ^ Кантино и др. 2007.
  93. ^ Хертвик и др. 2015.
  94. ^ Гивниш и др. 2018.
  95. ^ CoL 2015, Лилиопсиды
  96. ^ ab Panis 2008.
  97. ^ Ганфольфо и др. 1998.
  98. ^ Смит и др. 2010, стр. 38.
  99. ^ Херендин и Крейн 1995.
  100. ^ Херендин, Крейн и Дриннан 1995.
  101. ^ аб Гандольфо, Никсон и Крепет, 2002.
  102. ^ Фриис, Педерсен и Крейн 2004.
  103. ^ Фриис, Педерсен и Крейн 2006.
  104. ^ abc Бремер 2000.
  105. ^ Бремер 2002.
  106. ^ аб Викстрем, Саволайнен и Чейз 2001.
  107. ^ Сандерсон 1997.
  108. ^ Сандерсон и др. 2004.
  109. ^ Савар и др. 1994.
  110. ^ Горемыкин, Хансман и Мартин 1997.
  111. ^ Либенс-Мак и др. 2005.
  112. ^ Мур и др. 2007.
  113. ^ ab Janssen & Bremer 2004.
  114. ^ Магаллон и др. 2015.
  115. ^ Хеджес и Кумар 2009, стр. 205.
  116. ^ Бремер и Янссен 2006.
  117. Халлиер 1905.
  118. Арбер 1925.
  119. ^ Хатчинсон 1973.
  120. ^ Кронквист 1988.
  121. ^ Тахтаджан 2009.
  122. ^ Тахтаджан 1991.
  123. ^ Стеббинс 1974.
  124. ^ Торн 1976.
  125. ^ Торн 1992б.
  126. ^ Стивенсон и Локонте 1995.
  127. Хенслоу 1893.
  128. ^ Циммерман и Томлинсон 1972.
  129. ^ Томлинсон 1995.
  130. ^ Паттерсон и Гивниш 2002.
  131. ^ ab Гивниш и др. 2005.
  132. ^ ab Гивниш и др. 2006.
  133. ^ Кэмерон и Дикисон 1998.
  134. ^ Радосевич и др. 1997, с. 149.
  135. ^ МСОП 2016, Краткое изложение Красной книги: Все классы и семейства растений.
  136. ^ Тан и др. 2016.

Библиография

Книги

Исторический

Современный

Симпозиумы

Главы

Статьи

Филогенетика

ПНГ

Веб-сайты и базы данных

Внешние ссылки