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同域分布蘭科玉鳳花屬天蛾夜行傳粉和種間生殖隔離研究取得新進展

  生殖隔離對維持生物種間的界限具有十分重要的意義,是導致植物生物多樣性的直接原因之一。開展植物近緣種種間生殖隔離研究,對於理解物種形成有著至關重要的作用。植物種間的生殖隔離並非取決於單個隔離因子,而是由一係列的傳粉前隔離因子和傳粉後(包括合子後)隔離因子共同作用的結果。每個隔離屏障都隻能夠阻止沒有被前一隔離屏障阻止的基因交流,因此研究物種間生殖隔離的關鍵點以及困難點在於確定隔離因子及其對生殖隔離的作用順序和強度。自達爾文以來,蘭科植物的多樣性被認為是適應於多樣的特化傳粉係統的結果。以往的研究表明蘭科植物主要是通過傳粉前的生殖隔離來避免種間雜交,而對其近緣物種種間傳粉後隔離較弱。然而,對同域分布的蘭科植物不同階段生殖隔離因子的強度的量化研究十分匱乏。

  玉鳳花屬(Habenaria)是蘭科植物中較大的一個陸生蘭屬,中國有54種,橫斷山脈地區是其分布和多樣化中心。近期,中國科學院昆明植物研究所王紅研究員團隊,以由鱗翅目天蛾夜間傳粉的寬藥隔玉鳳花(Habenaria limprichtii)、長距玉鳳花(H. davidii)和厚瓣玉鳳花(H. delavayi)為研究對象(圖1),開展傳粉生態學和生殖隔離量化研究。研究了生態地理隔離、物候隔離、傳粉者隔離、花粉-雌蕊互作、果實形成和種子發育的強度和對總的生殖隔離的貢獻六個隔離因子。研究發現,三種玉鳳花土壤水份含量存在明顯差異,小生境表現明顯的分化。寬藥玉鳳花與長距玉鳳花開花物候重疊明顯,兩者的花期物候隔離較弱,而兩者分別與厚瓣玉鳳花開花物候重疊期僅占整個花期的1/3,花期物候隔離較強。寬藥隔玉鳳花和長距玉鳳花共享傳粉昆蟲紅天蛾,擺放實驗表明,種內交叉訪問次數極顯著大於種間交叉訪問次數,具有較強的行為隔離(傳粉者偏好)。寬藥隔玉鳳花和厚瓣玉鳳花共享傳粉昆蟲中金翅夜蛾,但花粉附著部位明顯差異,顯示較強的機械隔離(圖1)。長距玉鳳花和寬藥隔玉鳳花的種間雜交結實率高,胚發育表明授粉後障礙較弱,而與其他兩個種對的雙向雜交均不能正常結實。傳粉前隔離對總隔離的貢獻大於傳粉後,但傳粉前隔離並不完全,種間的生殖隔離依賴傳粉前和傳粉後隔離的共同作用(圖2)。研究表明,傳粉者是最重要的隔離屏障,種對間存在不同強度的傳粉者介導的行為隔離和機械隔離。傳粉前和傳粉後隔離的共同作用是維持這三種同域物種共存和生殖隔離的重要機製。

  研究成果以Reproductive isolation among three nocturnal moth-pollinated sympatric Habenaria species (Orchidaceae)為題,在國際期刊Frontiers in Plant Science上發表。張海萍碩士研究生和中國科學院武漢植物園的陶至彬博士為論文共同第一作者,王紅研究員和任宗昕副研究員為論文通訊作者。該研究得到了國家自然科學基金(31971570)、中國科學院戰略性先導科技專項(XDB31000000)、雲南省自然科學基金(2019FB035)等支持。

  文章鏈接

 

圖1 雲南麗江玉龍雪山三種玉鳳花屬植物的生境、花形態和夜間傳粉昆蟲。 

 

圖2 三種玉鳳花種間六個隔離因子的強度及其對總隔離的絕對貢獻。

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