探索植物花冠管長度的演化

《探索植物花冠管長度的演化》是依託華中師範大學，由黃雙全擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：探索植物花冠管長度的演化
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：黃雙全
• 依託單位：華中師範大學

項目摘要

植物具有長的花冠管，被認為是配合長吻傳粉者促進花粉傳遞而演化的。馬先蒿屬植物花冠形態具有極大的多樣性，花冠管可長達13厘米；但不同管長的種類都基本依賴熊蜂傳粉。沒有長吻傳粉者的選擇，長管類馬先蒿是如何演化而來並維持長管的呢？為探索這個未解之謎，本項目擬在橫斷山區開展群落、居群兩個水平上的調查，對比分析不同花管長馬先蒿的適合度及其可能的選擇因子。通過定量測定管長及相關花部特徵在群落間的變異，考察馬先蒿在同域分布時，是否因生殖干擾而特徵替換；研究熊蜂的訪花偏好、分析不同管長在花粉移出和接受上的差異；調查種間花粉干擾的程度和不同長度花柱在篩選自花、異種花粉中的作用。考察傳粉者、植食者，環境等因子對花管長變異的影響；以期綜合探討馬先蒿屬花管長度的演化。該項目的實施有望為花冠管長的演化提供新的證據，開拓花部特徵研究的新內容；另外，在高山草甸開展傳粉生物學研究，可為保護該地區的生物多樣性提供科學依據。

結題摘要

為探索植物花冠管長度的演化，項目組以我國西南地區分化強烈的馬先蒿屬植物為對象，進行了連續4年的傳粉觀察和實驗。我們定量測定了40餘種雲南四川等地分布的馬先蒿屬植物的花部特徵（包括器官大小、花色反射光譜和花氣味），結果表明一些種內花冠管長度的變異比其它花部變異幅度更大，顯示花冠管長度受到相對鬆弛的選擇作用。有別於近年來的觀察結果，我們的系統發育對比分析表明，花粉大小在物種間與柱頭深度的相關性高於柱頭，支持了達爾文早期提出的關於花粉大小進化的假說。我們在實驗條件下改變無蜜種的花冠管的長度，人工縮短花管或者通過加水和遮陰實驗培育出更長的花管，結果表明傳粉者對無蜜種的花冠管長短沒有偏好，不同管長的馬先蒿個體的結實率沒有明顯差異，不支持熊蜂傳粉者選擇花冠管變異的假說。我們在有蜜種的大王馬先蒿多居群的調查表明，花冠管長度受到傳粉者和種子啃食者衝突的選擇作用。我們標記花粉實驗表明，同一熊蜂蟲體攜帶不同馬先蒿植物的花粉，有一定分區，攜粉區域很大程度上對應於柱頭接觸蟲體部位，降低了種間花粉干擾。熊蜂在訪問同地分布不同的馬先蒿時，種間混訪機率很低，但與短花冠管的馬先蒿相比，長花冠管物種（長花柱）柱頭落置的異種花粉的比例往往更高；人工種間授粉的實驗表明，長花柱有利於篩選異種花粉。這一新發現為長花冠管的演化提供了新證據。我們已試圖從多個生態因子（包括生物和非生物的）互作的角度研究了花部特徵的選擇作用，特別是種間傳粉競爭。目前，已發表標註該面上基金編號的SCI論文10餘篇，包括國際主流刊物Ecology（1篇）、《New Phytologist》（2篇，其中1篇封面文章的形式發表），Annals of Botany（3篇）等。