作者:冯丽妃 来源:中国科学报 发布时间:2021/5/18 17:29:56
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“蝶恋花”“蛾恋花”“蜂恋花”
兰花传粉,“虫缘”为啥各异

 

 

 橙黄玉凤花,地生兰属。陈兴惠供图

“气若兰兮长不改,心若兰兮终不移。”

号称花中“君子”的兰科植物,在吸引传粉昆虫时其实也有不少“花花肠子”。

最近,南昌大学的杨柏云等人与国内外合作者对两种兰科植物的传粉生物学进行研究后发现,它们会用各种“花招”吸引蝴蝶、飞蛾、蜜蜂等不同昆虫传粉,研究者还解析了这些兰花拥有不同“虫缘”的原因。两项研究先后发表于开放获取期刊《生态与进化》。

“兰科植物是被子植物的旗舰类群,也是最受威胁的类群之一。研究兰花的繁育系统和传粉生物学对于保护濒危兰科植物具有重要意义。”两篇论文的通讯作者杨柏云对《中国科学报》说。

玉凤花:嗅诱V.S.色诱

兰科植物是世界上物种最丰富的被子植物之一,包括736属28000多种,具有药用、食用、观赏、文化和经济等价值。玉凤花属是兰科植物第6大属,也是最大的地生兰属(根系生长在土壤中),多生活在热带和亚热带。

“目前,玉凤花属已描述的物种加上不断被发现的新种,接近1000种。”玉凤花一文共同第一作者、南昌大学的谭少林向《中国科学报》介绍,我国玉凤花属有54种,主要分布在南方各省,北方地区十分罕见,仅有线叶十字兰和十字兰两个物种可分布于在东北地区。此外,在云南、四川和西藏等地的亚高山地区也有分布。

像大多数兰科植物一样,玉凤花属大多数种类都需要传粉昆虫进行异花授粉,只有非常少的种类(我国仅发现南方玉凤花一种)为自花授粉。“异花授粉使子代具有来自父本和母本不同的基因,从而增加基因的多样性,降低了有害等位基因表达的概率,使得后代具有更高的适合度。”谭少林表示。

玉凤花属的传粉昆虫一般为夜间活动的蛾子。但2011年,有研究人员在泰国观察到橙黄玉凤花由一种凤蝶传粉。此后一项研究发现,玉斑凤蝶是橙黄玉凤花的唯一传粉昆虫。

蝴蝶和天蛾都是鳞翅目的昆虫,为何对同样的玉凤花“家族”成员各有偏好?

论文共同通讯作者、中国科学院昆明植物研究所的任宗昕在接受《中国科学报》采访时解释说,多数玉凤花的颜色为白色或者淡绿色,具有浓烈的花气味,通过嗅觉信号的刺激吸引黄昏、夜间或凌晨活动的天蛾或其他蛾子完成传粉。而蝴蝶白天觅食,主要依赖于视觉吸引,访问的花有多种颜色。

“橙黄玉凤花有橙色、黄色到红色的花色变化,这些都是蝴蝶偏好的颜色。它们还具有丰富的花蜜,蝴蝶可以获取花蜜作为能量。”他说。

在这项研究中,作者通过对橙黄玉凤花距(植物花瓣向后或向侧面延长成管状、兜状等形状的结构)口的花药隔间突起进行切除实验,进一步发现花粉块的附着位置从蝴蝶的触须之间转变为附着在眼睛上,传粉效率也随之下降。

“研究详尽描述了玉凤花属很少见的蝴蝶传粉机制。”论文一位审稿人评价称。另一位审稿人则认为,该研究的亮点是操控实验,去除花距开口的褶片,使得花粉块在蝴蝶体表的携带的位置改变,阐明了该形态结构的重要性和传粉适应性。

橙黄玉凤花,地生兰属。陈兴惠供图

丹霞兰:“君子”的“骗术”

与橙黄玉凤花有些类似,杨氏丹霞兰气味并不浓郁,也是依靠明亮的颜色吸引昆虫传粉。不过,这种兰花不能为传粉昆虫提供报酬——花蜜,而是采用一种“骗术”来吸引它们传粉。

丹霞兰,是一种腐生兰花(从腐败生物体中获取营养),为中国独有。这一属目前仅有两个种:广东仁化丹霞山发现的丹霞兰和江西井冈山发现的杨氏丹霞兰(发现者为杨柏云)。

“这两种丹霞兰都是珍惜物种,分布很少。”杨氏丹霞兰一文第一作者、南昌大学学生命科学学院副教授罗火林对《中国科学报》说,如井冈山仅发现数百株杨氏丹霞兰,只有了解其传粉生物学机制才能加以保护。

在这项研究中,罗火林等发现,杨氏丹霞兰的传粉昆虫是杜隧蜂,而杜隧蜂携带的花粉则来自杨氏丹霞兰和另一种广泛存在的植物——广西过路黄。他们还发现凡是杨氏丹霞兰分布的地方,一定有广西过路黄。此外,杨氏丹霞兰不能为杜遂蜂提供报酬,而广西过路黄有报酬。

这三者之间到底存在什么样的生态关系?通过昆虫行为学实验,他们发现,杨氏丹霞兰通过贝氏拟态方式模拟广西过路黄的颜色信号,欺骗性的吸引杜遂蜂前来传粉。移栽试验和样方统计试验表明,广西过路黄由于能提供报酬,对杨氏丹霞兰的传粉者访花频率起着“磁性物种”的功能。

“在传粉过程中,植物跟昆虫的目的不一样。昆虫的目的是取得花蜜,而植物的目的是传粉。昆虫中有‘盗蜜者’,不传花粉,只吃花蜜。一些植物也有自己的‘小心思’,最好你来传播花粉还不计报酬。”罗火林说。

无疑,杨氏丹霞兰就进化出了这样的“小心思”。

杨氏丹霞兰,通体嫩黄,无叶片,腐生兰属。罗火林供图

拆解“花招” 加强保护

科学家拆解兰科植物的各种传粉“招数”不是因为有趣,而是为了保护这种广受威胁的被子植物的旗舰类群。

谭少林表示,由于兰科植物具有重要的价值,它们是受到人类过度利用最严重的植物类群之一。加上兰科植物种子萌发依赖于共生真菌,受精结籽依赖于传粉昆虫,也是被子植物中最受威胁的类群之一。因此,开展兰花的繁育系统和传粉生物学研究对于濒危兰科植物的保护具有重要的意义。

“保护一种植物不是一件简单的事,会涉及整个系统全方位的保护。”罗火林说。譬如,将实验室培育的杨氏丹霞兰栽种到野外,就要确保它的周边有广西过路黄。同时还要保护杜隧蜂,了解这种传粉昆虫的生活史。“假设它的卵产在植物A上,它吃植物B跟C的花粉,那么植物ABC就全都需要保护。”

“只有这样,才能确保它的传粉能够顺利完成。”他说。

相关文章链接:

https://doi.org/10.1002/ece3.7242

https://doi.org/10.1002/ece3.7193

 
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