作者:罗世孝等 来源:《皇家学会学报B》 发布时间:2018/1/11 13:16:03
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被子植物早期与传粉者相互关系研究获进展

 

被子植物约有35万种,在生态系统中占绝对优势。生物学家达尔文对被子植物突然爆发一直感觉非常迷惑,称之为“讨厌之谜(abominable mystery)”。化石证据显示,被子植物在白垩纪早期已由昆虫传粉为主,传粉昆虫的多样化可能是促进被子植物大爆发原因之一。目前被广泛接受的假说是“被子植物早期具有泛化的传粉者‘generalist’(即传粉动物访问系统发育关系不相关的植物种类,并且往往以取食目的),进而形成泛化的传粉系统”。当前,关于被子植物早期分支与传粉昆虫之间相互关系的研究受到以下阻碍:现存被子植物早期分化的类群基本是孑遗种类,最大的特点是“科多种少”;单种属,单型科比例较高,研究对象的物种多样性受限。现存被子植物早期分支类群主要分布于热带亚洲,且以夜晚开花为主,开展野外研究较为困难。
 
以东南亚为分布中心的五味子科(Schisandraceae)是被子植物早期分支物种最丰富的陆生类群,约100种,其花的形态、颜色及性系统的多样性为研究被子植物早期分支与传粉者之间相互关系的起源与演化提供了理想的模式。 近期,中国科学院华南植物园研究员罗世孝及其合作者,通过野外采样、观察与视频拍摄、电子扫描镜下性状分析、昆虫的形态与DNA条形码鉴定、协同分子系统树的构建及分子钟的分析,首次从物种、群落和系统发育水平层面,揭示了被子植物“第一个”专性共生传粉系统,即“五味子科植物与瘿蚊”的演化与维持机制。
 
群落水平的研究发现,同域分布的五味子科植物大多各自拥有自己独特的传粉者,同一物种在不同的群落具有相同的传粉者。协同系统发育与分子钟标定发现,年轻的传粉瘿蚊与更古老的五味子科植物之间形成了典型的协同适应。五味子科植物花部结构与传粉瘿蚊产卵结构之间形成了典型的性状匹配,一种传粉瘿蚊的产卵结构与一种植物的花部结构特征高度适应。综合研究及分析整个现存被子植物早期分支与传粉者之间相互关系发现,以产卵为目的蝇类(flies)是现存被子植物早期分支种类的主要传粉者。这一类传粉者有“没有花粉会被取食”和“雌性的草食昆虫为了后代发育更忠诚于同一物种的花,因此在植物与传粉者之间形成的往往是更加专性的相互关系”两个明显的优势。地球上现存被子植物早期分支物种主要由产卵的昆虫传粉,相互之间形成了特殊的共生关系,而非具有“泛化的传粉者”。这一新的发现对传统的假说提出了挑战,为研究和理解被子植物早期与传粉者相互关系提供了新思路。
 
相关研究成果发表在Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences上。该研究得到了国家自然科学基金委的资助。(来源:中国科学院华南植物园)
 
 
图1.五味子科植物不同的花部结构对就不同的传粉瘿蚊的访花行为和产卵相关结构的特征
 
 
图2、五叶子科植物与传粉瘿蚊之间互利共生关系及花部性状与传粉者产卵性状之间协同适应
 

 

 
 
 
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