自1857年首次在野外被发现后的一个多世纪里，粤紫萁被认为仅在香港有分布。直到2001年，科研人员在深圳市意外地发现了3株粤紫萁，后来在江西、湖南和广西也有发现。然而，目前已发现的粤紫萁植株总共只有约20株，这是为什么呢？
粤紫萁的数量仅有约20株
以下内容节选自本刊2024年第5期文章《粤紫萁的身世之谜》：
粤紫萁自首次在野外被发现后的一个多世纪里，仅在香港的柏架山、大帽山、大滩和大鹏湾发现过几株，数量极其稀少，被认为是香港特有的、几乎灭绝的珍稀物种。直到2001年，深圳国家重点保护野生植物资源调查组在深圳市的笔架山意外地发现了3株粤紫萁，而后在田心山和七娘山也有发现，但总数不足10株。2010—2011年，在江西、湖南和广西也发现了粤紫萁，但每处均为1株。目前，粤紫萁仅发现了约20株个体，为中国特有种。
为什么粤紫萁的数量这么少呢？这个问题一直困惑着很多学者。2005年，深圳市中国科学院仙湖植物园（以下简称“仙湖植物园”）的科研人员决定探究清楚它的濒危机制。期间，一个个科学问题接踵而来，又被逐渐解开。
粤紫萁的叶呈二回羽状，小羽片为卵形或卵状长圆形
为什么在野外难寻？
仙湖植物园的科研人员猜想，可能是粤紫萁的生殖受到了阻碍。
蕨类植物都是通过孢子进行有性繁殖，或者通过芽孢、鞭叶等方式进行营养生殖。科研人员根据粤紫萁的形态及野外数量，判断该种没有营养生殖模式。他们又对粤紫萁的孢子进行显微观察，发现绝大多数都是干瘪畸形的。而发育正常的孢子通常近乎球形或椭球形，说明粤紫萁的孢子发育失败，几乎没有萌发能力，也就无法繁育出下一代。因此，孢子败育是导致粤紫萁数量稀少的直接原因。
（左右滑动查看全部图片）紫萁科有的种，可育部分与不可育部分在同一片叶子上（左）；有的种，可育叶与不可育叶分开成两片叶子（右）
孢子为什么会败育呢？
孢子都是单细胞的，孢子囊内的孢原母细胞经过减数分裂形成数个孢子。科研人员发现，粤紫萁的孢原母细胞在减数分裂时，没有发生同源染色体配对联会现象，后期染色体也存在异常分离，导致减数分裂异常，形成了败育的孢子。而一个物种没有繁殖能力，往往与杂交存在联系。故科研人员推测，粤紫萁很有可能是一个自然杂交物种。
蕨类植物成熟开裂的孢子囊
粤紫萁的父母是谁？
目前，采用 DNA 测序的方法来研究和验证杂交种是一种比较好的科学方法。叶绿体基因属于细胞质基因，在蕨类植物中，其遗传方式为母系遗传，故分析叶绿体的基因序列，能够在一定程度上反映出杂交种和亲本之间的遗传关系，尤其是与母本的关系。2008年，科研人员对粤紫萁科植物的叶绿体基因序列进行了测定，结果显示：粤紫萁与华南紫萁聚为单系，表明华南紫萁是粤紫萁的母本。
粤紫萁的母本华南羽节紫萁（华南紫萁）
对5种紫萁属植物的等位酶分析法结果表明，粤紫萁具有明显的杂合谱带性状，且紫萁和华南紫萁的谱带均出现在粤紫萁的杂合带中，符合孟德尔遗传规律，进而证实了粤紫萁的母本为华南紫萁，父本为紫萁。后来，这一结论也得到了核基因序列分析结果的支持。粤紫萁的父母终于找到了！
粤紫萁的父本紫萁
人工繁育助力“诺亚方舟”
物种的杂交现象在自然界中普遍存在。杂交和多倍化是植物界物种多样性形成的一个重要原因。作为一个二倍体杂交种，粤紫萁数量稀少的原因是其孢子完全败育，不能自然繁殖，故只有在其父母本同域的情况下才可能有该种的分布。仙湖植物园的技术人员经过多重努力，利用组织培养技术，成功获得了批量的粤紫萁幼苗，为更加深入的科学研究积累了素材。
羽节紫萁（粗齿紫萁）
狭叶羽节紫萁（狭叶紫萁）
等位酶：是指由同一基因位点的不同等位基因所编码的一种酶的不同形式。无论是微生物，还是植物和动物，在同一物种的不同个体或同一细胞的不同部位，如细胞膜、细胞质和线粒体等细胞器，以及生物生长发育的不同时期和不同代谢条件下，都有等位酶分布。这类酶对于细胞的发育及代谢调节起着至关重要的作用。
等位酶具有普遍性，在整个门或者界中具有非常高的演化保守性水平。由于不同结构的等位酶可以被毛细管电泳分离，故常常会被系统发育学家作为分子标记，用以评估演化历史以及不同物种和生物体之间的关系。
作者单位：深圳市中国科学院仙湖植物园
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排版：冯雪
编辑：李峰
审核：曾朝辉
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