豆科

豆科(學名:,替換名:、)又名蝶形花科蘇木科含羞草科,屬於真雙子葉植物豆目,有805屬,逾两万種,為目前已知陸生植物中第三大科,僅次於蘭科及菊科,占被子植物已知物種数的7%。豆科中最大的五屬分別為黃芪屬(Astragalus,逾3,000種)、相思樹屬(Acacia,逾1000種)、木藍属(Indigofera,逾700種)、豬屎豆屬(Crotalaria,逾700種)、含羞草屬(Mimosa,逾600種),這五大屬占了該科物種的约30%。豆科成員分布廣泛,是非洲及美洲熱帶雨林和沙漠生物群系中最常見的科之一。中國大陸有约172屬,逾1400種。臺灣原生及歸化的有约79屬246種。

豆科成員形態上包含喬木、灌木,也有多年生或一年生草本植物,最顯著的形态特徵是會結豆莢,叶多为複葉且具托葉。

分子系統发生學分析显示,豆科最接近同屬於豆目的遠志科、海人樹科,以及皂皮樹科。

人類利用豆科植物已經有數千年的歷史,且與人類演化具有密切關聯,其中部分物種是重要的經濟作物,包含大豆(Glycine max)、菜豆(Phaseolus )、豌豆(Pisum sativum)、花生(Arachis hypogaea)、紫花苜蓿(Medicago sativa)等等。

語源
豆科的學名「Fabaceae」來自其模式屬蠶豆屬(Vicia)(模式种救荒野豌豆 Vicia sativa L.)的异名「Faba」(模式種蠶豆 Vicia faba L.)。「Faba」於源自拉丁文,意指「豆」。「Leguminosae」是該科更早的學名,但并未以模式属的名字来命名,目前被視作仍然有效的保留名。

分類
本科可分為六個亞科:

系统发生关系
豆科各亚科关系如下:

描述
豆科成員形態多樣,生活型涵盖高大喬木(如)、灌木、藤本以及一年生或多年生草本,其中以多年生草本最为常见。其花序类型丰富,花通常为两性花,具明显花托,萼片与花瓣多为5枚,雄蕊通常10枚,可彼此分离,或花丝部分联合;子房上位,由单一心皮构成。不同类群的花部形态差异较大,蝶形花亚科常具有典型。

豆科最具代表性的果实类型为荚果。荚果由单一心皮发育而成,成熟时通常沿背缝线与腹缝线开裂。果实形态变化极大,可呈膜质、革质或木质,如草木犀属的荚果直徑仅3至4毫米,而热带中藤本鴨腱藤的木質莢果可長達1公尺。部分类群的荚果可能具有翅、节或膨大结构,以利种子传播,如老虎刺屬果实頂端具长圓形薄翅,紫檀属莢果外围具一圈宽翅。鱼鳔豆的膜質莢瓣可膨胀呈泡囊狀,借風力傳播;猪腰豆则具有厚達2公分以上的木質果瓣。部分苜蓿屬和猴耳環屬的莢果呈螺旋狀盤捲,而阿勃勒的莢果则呈长棍状。

除荚果形态外,豆科植物的种子形态也十分多样,例如相思子的莢果内含鮮红与黑色相间的種子,種皮堅硬有光澤。

Melilotus albus MHNT.BOT.2008.1.31.jpg|白花草木樨的果序,每枚荚果不足一厘米
Starr-100616-7075-Entada phaseoloides-bronze seedpod-Waipoli Rd Kula-Maui (24922437882).jpg|硕大的榼藤果实
Pterolobium stellatum 1DS-II 1-7504.jpg|具薄翅的果实
Pterocarpus-indicus-SF24103-02.jpg|紫檀的果实外有一圈宽翅
Colutea arborescens in Stari Grad, Hvar, Croatia 20230617 01.jpg|膜质莢瓣膨胀呈泡囊状的鱼鳔槐
Medicago polymorpha kz07.jpg|南苜蓿具刺呈螺旋狀盤捲的荚果
Archidendron-lucyi-SF25043-02.jpg|澳洲猴耳环呈螺旋狀盤捲的荚果
Cassia fistula (L.) Fabaceae Golden Shower Tree (19247135002).jpg|阿勒勃长圆柱形的棒状荚果及横截面
Abrus precatorius Rosary pea - at Mayyil (23).jpg|相思子成熟荚果中红黑相间的种子

生態
许多豆科植物的根部可与根瘤菌形成共生关系。根瘤菌能够将大气中的氮固定为植物可利用的含氮化合物,从而提高土壤肥力,因此豆科植物在自然生态系统与人类农业中都具有重要作用。

多数豆科植物为虫媒花,主要由蜜蜂傳粉,部分种类亦可由蛾類、蝴蝶、甲蟲、鸟类等傳粉。

決明屬植物通常具有适应的特化花部结构,其花药多为孔裂型,花粉经顶端小孔释放,需由蜜蜂等昆虫振动花药方可散出。此外,许多决明属物种具有异型雄蕊现象,即同一花中的雄蕊在大小、形态与功能上出现分化。不同物种之间在花药孔位置、药室融合方式及柱头结构上亦具有显著差异。这些花部特征与分子系统学所支持的演化关系大致一致,显示该类花部特征在分类学与演化生物学研究中的重要性。

美洲云实属及云实属植物花絲基部被毛,遮蓋雌蕊和花托口部,仅有体型较大的木蜂能进入,从而实现了对传粉者的筛选,并在结构上限制了自花授粉。

含羞草亞科和蘇木亞科的一些種類会与蚂蚁形成互利共生关系。例如金合欢属(Vachellia)植物具有中空的托叶刺、及富含脂质和蛋白质的(Beltian bodies),可为蚂蚁(常为伪切叶蚁属)提供食物与栖所,而蚂蚁则协助植物抵御食草动物与其他竞争植物。含羞草属、山扁豆属(原阿勒勃属)、刺槐属、菜豆族(tribe Phaseoleae)部分属(如豇豆属、菜豆属)等其它豆科类群也可通过分泌花外蜜汁吸引蚂蚁为其巡逻,但与蚂蚁的共生关系较松散或有待进一步研究。

File:Vicia sepium10 ies.jpg|野豌豆的根瘤,内有与之共生的根瘤菌
More Ant Mutualism! (4347965436).jpg|金合欢属植物中空的托叶刺,可供伪切叶蚁栖息
Ant - Pseudomyrmex species, on Bull Thorn Acacia (Acacia cornigera) with Beltian bodies, Caves Branch Jungle Lodge, Belmopan, Belize - 8505045055.jpg|富含营养的及取食的伪切叶蚁
Caesalpinia crista L. (5509500444).jpg|华南云实的花,雄蕊花丝基部被毛,内藏雌蕊,通过空间错位避免自花授粉
Senna. anthers.jpg|决明属的花,花药顶端孔裂

參見

  • 豆類 (对多种豆科植物种子的实用性统称)
  • 豆类植物(APG分类法下的一个分类单元)

参考文献
外部連結

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