贝加尔茨康叶在新疆白杨河中侏罗统的发现

杨 涛, 邢梦蝶, 白树崇

(1. 沈阳师范大学 古生物学院, 沈阳 110034;2. 国土资源部 东北亚古生物演化重点实验室, 沈阳 110034)

贝加尔茨康叶在新疆白杨河中侏罗统的发现

杨 涛1,2, 邢梦蝶1,2, 白树崇1,2

(1. 沈阳师范大学 古生物学院, 沈阳 110034;2. 国土资源部 东北亚古生物演化重点实验室, 沈阳 110034)

茨康类植物是全球中生代植物的重要组成部分,对研究植物界的发展演化具有重要的意义。新疆准噶尔盆地白杨河中侏罗统西山窑组发现茨康类植物化石,通过对其外部形态和表皮构造研究,依据表皮构造下气孔式,脉络区普通表皮细胞5～8列,普通表皮细胞未见中央乳突等特征认定为贝加尔茨康叶—Czekanowskia(Vachrameevia)baikalica。虽然该类植物在中国北方地区含煤地层中分布较多,但茨康叶属(瓦赫拉梅耶夫亚属)过去仅在中国内蒙古自治区石拐盆地中侏罗统有所报道,在新疆地区尚属首次发现。当前材料的研究对了解该属的分类、地理分布及古气候研究等具有一定意义。

贝加尔茨康叶; 瓦赫拉梅耶夫亚属; 中侏罗世; 西山窑组; 白杨河

0 引 言

茨康类植物(Czekanowskiales)属于茨康纲(Czekanowskiopsida),起源于三叠纪,是裸子植物中已灭绝的常见类群,茨康类植物发展与演化的研究对整个植物界具有重要意义。茨康类植物是中生代植物的重要组成部分,广泛分布于北半球欧亚大陆(Harris,1951;Florin,1936;Harris & Miller,1974;Doludenko,1972;Krassilov,1968,1972;Samylina & Kiritchkova,1991,1993;Kiritchkova et al.,2002,少数分布在格陵兰岛、加拿大和日本等地区(Ash,1994;Kimura & Ohana,1979;Kimura & Okawara,1982),在北美、东格陵兰只发现了Czekanowskia类型植物,而少见Phoenicopsis类型。在我国,茨康目也是北方地区中生代植物群的常见分子和重要类群(斯行健等,1963;孙革,1987闫德飞等,2004;苗雨雁, 2006;王蕾等,2014;李涛等,2014)。由此可见,茨康目的分布在横向上和纵向上受气候带的影响较为明显,与其他裸子植物有较大区别。

由于茨康目与银杏目化石各个方面都十分相似,因此在20世纪70年代之前,国内外的古植物学家们一直把茨康类归入银杏纲中,直至其繁殖器官得到详细研究后才有人对其归属提出疑问,认识到其与银杏类的亲缘关系相当疏远。

茨康叶属(CzekanowskiaHeer)是茨康类植物中的重要分子,长期以来一直受到古生物学家们的广泛关注,如Seward(1911)报道了采自新疆准噶尔盆地中侏罗世地层中的Cz.rigida和一个未定种;Florin(1936)描述了采自法兰士—约瑟夫地群岛早白垩世地层的Cz.rigida;Harris & Miller(1974)研究了采自英国约克郡中侏罗统的茨康叶属表皮构造并报道了4个新种;Kimura & Ohana报道了采自日本中部晚白垩世地层中的Cz.nipponica;Ash(1994)首次在北美晚侏罗世地层中发现了Cz.turneri并研究了其表皮构造特征;Kiritchkova & Samylina(1991,1993)对采自前苏联晚三叠世—早白垩世地层中的本属叶表皮构造进行了深入研究,并依据其气孔器排列方式将Czekanowskia划分为3个亚属,即茨康叶亚属(Czekanowskia),哈瑞士叶亚属(Harrisella)和瓦赫拉梅耶夫亚属(Vachrameevia),并报道了74个种(含53个新种),这一研究工作对了解茨康属分类及解剖结构等具有重要意义。

在中国,最早对茨康属叶化石的研究和报道大多基于其外部形态特征,且大多数茨康叶属化石被鉴定为Cz.rigida和Cz.setacea(斯行健,1931,1933;斯行健等,1963;张武等,1980;陈芬等,1984)。20世纪80年代后,随着扫描电镜等技术的应用,茨康属化石的分类研究取得了很多新的进展,如Sun等(2009)研究了内蒙古石拐盆地中侏罗世茨康属化石表皮构造特征,建立了中华茨康叶(Cz. (H.)chinensis)和石拐茨康叶(Cz.(V.)shiguaiensis)2个新种;孙革等(2001)描述了采自辽宁北票晚侏罗世Cz.setacea和Cz. sp.的表皮构造特征;Sun等(2015)报道了采自鄂尔多斯盆地中侏罗世地层中的Cz.(H.)ordosensis;李云峰(2016)描述了鄂尔多斯盆地中侏罗世地层中发现的Cz.(H.)ordosensis;刘军等(2016)研究了甘肃宝积山盆地中侏罗世的石拐茨康叶,并依据其气孔指数恢复了古大气CO2的体积分数,上述工作极大地提高了中国关于茨康属的分类学研究水平。

本文报道的茨康属化石采自新疆白杨河地区中侏罗世西山窑组,前人对该组中的茨康类化石做过初步报道(Seward,1911;苗雨雁,2005,2006),但对该区茨康属化石的角质层构造尚未做深入研究。2015年,杨涛及其课题组在白杨河地区西山窑组中采集了大量角质层保存完好的茨康属叶化石标本及一批伴生植物化石,通过分析其角质层构造特征,认为其属于茨康叶属瓦赫拉梅耶夫亚属贝加尔茨康叶Cz.(V.)baikalica。当前标本的研究对丰富白杨河植物群的组合面貌及进一步讨论茨康类的分类演化、地理分布等具有一定意义。

1 地质地理概况

研究区位于新疆准噶尔盆地西北缘白杨河中游地区,早中生代地层较为发育,自下而上可划分为八道湾组(J1b)、三工河组(J1s)、西山窑组(J2x),上部地层被中新统塔西河组(N1t)覆盖(新疆地矿局区域地质调查大队,1983)。本区西山窑组为一套河流湖泊、沼泽相沉积,岩性主要为灰绿色、黄绿色和土黄色砂岩、粉砂岩,砾岩的互层,夹煤层,煤线和菱铁矿,厚度约860 m。韵律频繁,单个韵律厚度20～30 m,有时仅3～5 m,煤质较好。该化石产地位于白杨镇以南约14 km处白杨河中游,中心地理坐标为东经84°54′,北纬46°22′。

研究区西山窑组中植物化石种类较多, 目前已查明至少27属42种, 富含蕨类、茨康类、银杏类及松柏类、少见苏铁类, 属于Coniopteris-Phoenicopsis植物群晚期组合, 为典型内陆型温带—暖温带植物群, 反映了温暖潮湿、具季节性变化、有利于成煤的温带—暖温带环境(苗雨雁,2006; Sun et al.,2010)。

图1 化石产地及交通位置图Fig.1 Main locality of the Middle Jurassic plants in the Baiyang River area of Emin, Xinjiang

2 材料与方法

本文描述的标本包括2块压型化石,均采自新疆克拉玛依市白杨河中游地区中侏罗统西山窑组,表皮构造实验采用传统舒氏溶液浸解法。

上述宏观化石的照相、化石角质层的实验以及扫描电镜的观察和照相等工作,均在沈阳师范大学古生物学院、辽宁古生物博物馆中的古植物实验室和电镜室内完成。电镜样品和宏观化石标本保存在沈阳师范大学古生物学院标本室内。

3 系统描述

3.1 系统描述

裸子植物门Gymnospermae

茨康纲Czekanowskiopsida

茨康目Czekanowskiales

茨康叶属CzekanowskiaHeer,1876

瓦赫拉梅耶夫叶亚属Czekanowskia(Vachrameevia) Kirichkova & Samylina,1991

贝加尔茨康叶(瓦赫拉梅耶夫叶亚属)Czekanowskia(Vachrameevia)baikalica

1991Czekanowskia(Vachrameevia)baikalicaKirichkova & Samylina, p.91-92, pl.63, figs.1-3

描述:叶呈很狭的细线形,6～7枚簇生,叶基部微微收缩,侧边近平行,短枝脱落未保存;叶叉状分裂1～2次,叶片可见长大于10 cm,宽1～2 mm,叶脉2～4条。

表皮构造下气孔式。

上表皮脉络区与脉间区相间排列,普通表皮细胞较整齐地平行于叶脉方向排列,近四边形,大小约40～60×10～25 μm;细胞壁薄厚较均匀,垂周壁较直,端垂周壁与侧垂周壁厚均约1 μm,平周壁表面平坦;脉络区多由5～8列略狭长的细胞组成,大小通常为90～130×15 μm;平周壁表面基本平坦,个别中央具有纵向的线状脊,其长约占全长的2/3,部分不均匀处呈似放射状。上表皮外面多不平坦,偶有不规则凹坑和突起,隐约可见细胞呈纵向排列。

下表皮气孔带与非气孔带普通表皮细胞相间排列组成。下表皮内表面普通细胞近四边形,大小通常为35～50×9～12 μm,垂周壁厚度均匀较薄,约1 μm;脉络区多由5～7 列略狭长的普通表皮细胞组成,细胞大小通常为150～200×25 μm,垂周壁较直,平周壁表面平坦。气孔带宽度约170～220 μm,气孔器呈断续的2～3列状排列。气孔器单唇式,大小约18～29×15～17 μm,近宽椭圆形,孔缝不定向;副卫细胞通常5～6个,最少的可见3个,角质化增厚明显,不共用极副卫细胞;保卫细胞长梭形或新月形,大小约17～21×4～5 μm;平周壁表面较平坦,未见乳突(见图2)。

1—上表皮普通表皮细胞; 2～4—下表皮气孔带与非气孔带相间排列; 5—气孔器形态及排列方式; 6—上表皮外表面特征。

3.2 比较与讨论

当前标本虽然基部不可见,但根据叶片线形,簇生,叉状分裂,叶脉2～4条等特征,可将该化石归属于茨康叶属。又根据化石叶片表皮构造为下气孔式,下表皮气孔呈带状特征,可将其归入Vachrameevia亚属。

通过比较,当前标本在叶片形态和表皮构造特征等方面与Samylina & Kirichkova(1991)在西伯利亚库兹涅茨克煤田早侏罗世地层中发现的Cz.(V.)baikalica均较为相似,可归入该种。目前,已发表的Cz.(V.)共8种。其中,Cz.(V.)australis与当前标本较为相似,但前者气孔器呈带状连续排列;Cz.(V.)hypostomatica和Cz.(V.)uzbekistana普通表皮细胞垂周壁弯曲,与当前材料区别较大;Cz.(V.)doludenkoae气孔带5～7列,与当前材料区别较大;Cz.(V.)teslenkoi普通表皮细胞具疣状突起,与当前材料有显著区别;Cz.(V.)tomskiensis气孔器3～4列带状排布,且气孔器分布不均,在脉间、脉络区均有分布,可与当前材料区别;Cz.(V.)shiguaiensis叶宽0.7～1 mm,与当前标本在形态特征上区别较大。

4 古地理与古环境意义

4.1 分类学研究

如前所述,新疆白杨河地区中侏罗世西山窑组植物化石十分丰富,迄今已发现至少27属42种,主要有大量有节类、真蕨类、茨康类、银杏类、松柏类,苏铁类较少,与典型中国北方侏罗纪内陆型温带—暖温带Coniopteris-Phoenicopsis植物群整体面貌相吻合。而暖温带植物(银杏类、松柏类)的繁盛,热带—亚热带分子(苏铁类)的缺乏,大量有节类、真蕨类等喜湿植物的伴生和大量煤层的出现,指示了中侏罗世早期新疆白杨河地区应处于水体丰富、森林密布且气候温暖潮湿的环境,且具季节性变化。

4.2 角质层特征研究

角质层的不同类型和发育状况与植物体生存的外界环境密切相关,通常情况下,角质层较厚并发育强烈角质化突起、气孔器下陷较深、表皮发育毛状体或乳突等特征往往指示了日照充足、温度较高、且水分蒸发量较大的干旱环境;角质层较薄且平坦、气孔器下陷浅、不发育毛状体等则是气候温和湿润的标志(孙柏年等,2005)。当前标本表皮细胞周壁平坦,不发育乳突和毛状体,气孔器凹陷浅,也可证明当时白杨河地区气候相对温和湿润。

致谢本文描述的化石及野外工作是2005年由孙革教授率领的课题组在新疆白杨河地区开展的。化石采集及野外地质工作得到了沈阳师范大学梁飞、杨玉国、于鹏等大力协助。本论文得到了沈阳师范大学博士、引进人才科研项目启动基金(BS201605)支持,还得到了国土资源部东北亚古生物演化重点实验室和辽宁省古生物演化与古环境变迁重点实验室项目支持,在此一并表示衷心感谢。

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DiscoveryofCzekanowskiabaikalicafromMiddleJurassicofBaiyanghearea,Xinjiang,China

YANGTao1,2,XINGMengdie1,2,BAIShuchong1,2

(1. College of Paleontology, Shenyang Normal University, Shenyang 110034, China; 2. Key-Lab for Evolution of Past Life in NE Asia, Shenyang 110034, China)

Czekanowskiales is an important part of the world’s Mesozoic plants, Czekanowskiales plants’ appearance is of great significance to the research of the development and evolution of the plant community. Based on the gross leaf morphology and epidermal structures, such as the leaves hypostomatic, stomatiferous bands are formed by 5～8 rows of epidermal cells, and anticlinal walls without cuticular papillous thickenings, the author reports the new material ofCzekanowskia(Vachrameevia)baikalica, from the Middle Jurassic Xishanyao Formation of Baiyanghe, which appears to be the first discovery of this species in Junggar Basin. The discovery of the new material also provides new fossil record in Middle Jurassic age and are beneficial for the reproduction of paleogeography, paleoclimate and paleoenvironment.

Czekanowskiabaikalica;Czekanowskia(Vachrameevia); Middle Jurassic; Xishanyao Formation; Baiyanghe Area

2017-09-14。

国家科技部基础性工作专项项目(2015FY310100); 国家自然科学基金资助项目(31672332)。

杨 涛(1983-),男,山西太原人,沈阳师范大学讲师,博士。

1673-5862(2017)04-0390-05

P52

A

10.3969/ j.issn.1673-5862.2017.04.002