中国科学院华南植物园研究员张奠湘团队同合作者在国家自然科学基金等项目的资助下，研究揭示了报春花属植物花粉-胚珠数目的变异模式及影响因素。近日，相关成果在线发表于《植物分类学报》（Journal of Systematics and Evolution）。

报春花属物种及其二型花柱特性（A.西南地区代表山地峨眉山广泛分布的12种报春花属物种；B.迎阳报春的花结构特征，分别展示长柱花，短柱花以及同型花。红色箭头分别指示柱头和花药）。研究团队供图

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论文共同第一作者、中国科学院华南植物园副研究员袁帅表示，有花植物的花粉和胚珠数目在物种间和物种内广泛变异，在植物繁殖成功中起关键作用，能够影响异花传粉的成功率、种子产量、对后代的遗传贡献以及子代适应度。探究花粉和胚珠变异的原因能够使我们了解生态和繁殖因素如何塑造有性生殖资源的分配。然而少有研究在系统发育框架下，探讨环境因素和花性状等对近缘物种间花粉和胚珠数目的变异的影响。

该研究以中国西南山地广泛分布的报春花属植物为研究对象，解析了其花粉和胚珠数目的变异模式和影响因素。报春花属植物约500种，广泛分布于北半球山地，中国的西南山地是其现代的多样性分布中心，分布范围从海拔50m到5000m。报春花是典型的虫媒花和二型花柱物种，在群体中有两种花型，在雌雄器官高度上相互异位。二型花柱特性能够促进花粉精确传递并且促进异交，是研究花多态性平衡选择和有性生殖资源分配的模式。此外，二型花柱还会演化为能够主动自花传粉的同型花柱类型。

基于三个叶绿体片段的报春花属物种系统发育树。右侧展示的条形图分别代表配子数目及花性状数据。研究团队供图

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研究人员收集了报春花属73个物种（包含二型花柱和同型花柱）99个群体的花粉和胚珠数据，花性状数据和群体海拔数据，在系统发育的框架下探讨花粉-胚珠变异的影响因素。结果发现：一是，无论是否考虑物种间的系统发育关系，物种的长柱花和短柱花的单花花粉量都与分别与其海拔高度呈显著正相关。可能的解释是高海拔物种需要产生相对更多的花粉，以应对不确定的传粉环境；二是，在所有物种中，长柱花都产生小而多的花粉，短柱花产生大而少的花粉。物种间花粉大小与其对应的花柱长度呈显著正相关，这有助于维持两种花型间雄性适合度的平衡和花型多态性；三是，物种的胚珠数目在物种内花型间没有差异，也不受物种海拔高度影响，然而表现出很强的系统发育信号；四是，从二型花柱（异交）向同型花柱转变（自交），花粉数目显著减少了。在自交条件下，植物倾向于降低花粉数目以减少资源投入，支持自交综合征的假说。

论文通讯作者张奠湘表示，该研究通过报春花属物种的比较分析强调了影响植物花粉和胚珠产生的内在和外在因素之间的复杂交互作用，并强调了分别考虑花粉和胚珠数据的重要性。以报春花属为代表的二型花柱植物在有性生殖方面存在典型的形态与功能的趋同演化，是进化生物学的经典议题之一。未来通过被子植物多谱系的比较研究，有望进一步理解功能性状多次起源机制与适应意义。

相关论文信息：https://doi.org/10.1111/jse.13146