不同繁育系统的榕树雌花的花柱长度和繁殖率比较

多年来, 不同繁育系统的榕树(Ficus spp.)的进化问题引起生物学家们极大的兴趣。前人通过对不同繁育系统榕树雌花的花柱长度、传粉榕小蜂产卵器长度和繁殖率的比较, 推测榕树的雌雄异株是由雌雄同株进化而来的。为验证这一推论, 选取雌雄同株的垂叶榕(Ficus benjamina)和钝叶榕(F. curtipes)以及雌雄异株的斜叶榕(F. tinctoria)和鸡嗉子榕(F. semicordata), 进行了雌花花柱长度、传粉榕小蜂产卵器长度及繁殖率的比较。研究结果显示: 1)两种雌雄同株榕树的传粉榕小蜂(Eupristina koningsbergeri和Eupristina sp.)的产卵器长度, 显著长于两种雌雄异株榕树的传粉榕小蜂(Liporrhopalum gibbosae和Ceratosolen gravelyi)产卵器的长度, 且雌雄同株榕树雌花花柱长度的变异大于雌雄异株雌花花柱长度的变异; 2)两种雌雄同株榕树的雌花花柱长度呈单峰分布, 且花柱长度的变异大于传粉榕小蜂产卵器长度的变异; 两种雌雄异株榕树花序的雌花花柱长度呈双峰分布, 雌花花柱长度的变异也大于传粉榕小蜂产卵器的长度变异; 3)两种雌雄同株榕树的传粉榕小蜂产卵器长度能到达雌花子房的比例更高, 可更有效地产生瘿花, 而雌雄异株榕树产生种子的优势更强。研究表明: 在传粉榕小蜂产卵器长度及花序雌花花柱分布方面, 雌雄异株榕树有着明显的优势, 但在繁殖率方面没有绝对优势。因此, 前人从雌花花柱分布及繁殖率比较而做出榕树进化的推测并不正确。要真正解决榕树的进化问题, 需要多学科、多指标的综合分析和深入研究。     

聚果榕传粉榕小蜂传粉与产卵之间的权衡

【目的】榕树(Ficus)依赖专性榕小蜂(Agaonidae)传粉,同时为传粉榕小蜂提供繁衍后代的场所,两者形成动植物间经典的协同进化关系。在雌花期果内,榕小蜂需在有限的存活时间内完成传粉和产卵,而传粉榕小蜂如何在传粉与产卵之间进行权衡仍然是悬而未解的问题。本研究旨在明确传粉榕小蜂——一种栉颚榕小蜂Ceratosolen sp.在雌雄同株的聚果榕Ficus racemosa雌花期果内的行为活动及繁殖模式。【方法】借助测微尺测量聚果榕榕果雌花花柱长度与传粉榕小蜂(Ceratosolen sp.)产卵器长度,通过显微视频记录传粉榕小蜂在雌花期果内搜索、传粉及产卵行为;结合单果控制性引蜂试验,测定不同阶段榕小蜂个体大小、孕卵量、携粉量,以及雄花期最终繁殖的榕小蜂后代和榕果种子数量。【结果】聚果榕雌花花柱长度存在树间变异,榕小蜂产卵器长度比绝大多数的雌花花柱长,说明该小蜂可以产卵于大部分的雌花子房里。通常个体大的榕小蜂孕卵量更多,但个体大小与携粉量之间相关性不显著。观察发现,榕小蜂进入雌花期榕果内,前6 h集中产卵,可产下孕卵量的95%,平均搜索用时27 s,产卵用时46 s,此期间传粉行为少见,花粉筐中携带花粉量亦无明显变化;榕小蜂进果后6-24 h,主要执行传粉,其行为主动,连贯高效,单次传粉用时平均为2 s,最终可传完携粉量的80%。控制引蜂试验也证实榕小蜂进入榕果内前6 h主要执行产卵繁殖后代,之后6-24 h主要执行传粉以繁殖榕树种子。【结论】在雌雄同株的聚果榕雌花期榕果内,榕小蜂先产卵、后传粉。本研究首次展示了传粉榕小蜂在聚果榕雌花期榕果内的产卵和传粉行为,并获得与行为相匹配的产卵量和传粉繁殖量,反映了具主动传粉行为的榕小蜂在传粉和产卵之间存在时间和数量上的权衡。     

聚果榕传粉榕小蜂传粉与产卵之间的权衡

【目的】榕树(Ficus)依赖专性榕小蜂(Agaonidae)传粉,同时为传粉榕小蜂提供繁衍后代的场所,两者形成动植物间经典的协同进化关系。在雌花期果内,榕小蜂需在有限的存活时间内完成传粉和产卵,而传粉榕小蜂如何在传粉与产卵之间进行权衡仍然是悬而未解的问题。本研究旨在明确传粉榕小蜂——一种栉颚榕小蜂Ceratosolen sp.在雌雄同株的聚果榕Ficus racemosa雌花期果内的行为活动及繁殖模式。【方法】借助测微尺测量聚果榕榕果雌花花柱长度与传粉榕小蜂(Ceratosolen sp.)产卵器长度,通过显微视频记录传粉榕小蜂在雌花期果内搜索、传粉及产卵行为;结合单果控制性引蜂试验,测定不同阶段榕小蜂个体大小、孕卵量、携粉量,以及雄花期最终繁殖的榕小蜂后代和榕果种子数量。【结果】聚果榕雌花花柱长度存在树间变异,榕小蜂产卵器长度比绝大多数的雌花花柱长,说明该小蜂可以产卵于大部分的雌花子房里。通常个体大的榕小蜂孕卵量更多,但个体大小与携粉量之间相关性不显著。观察发现,榕小蜂进入雌花期榕果内,前6 h集中产卵,可产下孕卵量的95%,平均搜索用时27 s,产卵用时46 s,此期间传粉行为少见,花粉筐中携带花粉量亦无明显变化;榕小蜂进果后6-24 h,主要执行传粉,其行为主动,连贯高效,单次传粉用时平均为2 s,最终可传完携粉量的80%。控制引蜂试验也证实榕小蜂进入榕果内前6 h主要执行产卵繁殖后代,之后6-24 h主要执行传粉以繁殖榕树种子。【结论】在雌雄同株的聚果榕雌花期榕果内,榕小蜂先产卵、后传粉。本研究首次展示了传粉榕小蜂在聚果榕雌花期榕果内的产卵和传粉行为,并获得与行为相匹配的产卵量和传粉繁殖量,反映了具主动传粉行为的榕小蜂在传粉和产卵之间存在时间和数量上的权衡。     

钝叶榕果实内繁殖的两种榕小蜂与寄主榕树间的协同进化

 榕树(Ficus)及其传粉榕小蜂(Agaonidae)构成了高度专一的互惠共生体系。榕树的果实(以下简称榕果)内也寄生着一些非传粉小蜂。 绝大多数非传粉小蜂在榕果外把产卵器刺入果壁产卵到果腔内, 只有极少数种类能够进入果腔内产卵。在西双版纳地区, 钝叶榕(Ficus curtipes)上的杨氏榕树金小蜂(Diaziella yangi)类似于传粉者钝叶榕小蜂(Eupristina sp.), 它也是进入榕果内产卵繁殖后代的, 这就为比 较研究榕果内产卵小蜂与寄主榕树间的关系提供了材料。该文从形态学、行为学和生态学角度比较研究了这两种进入榕果内产卵的小蜂与寄主 钝叶榕之间的作用关系, 研究结果显示: 1)杨氏榕树金小蜂与钝叶榕小蜂的雌蜂头部形状存在趋同进化; 2)两种小蜂的产卵器的平均长度都比 雌花花柱长, 因而能把卵产在子房里; 3)钝叶榕小蜂从瘿花出来需要3~5 h, 交配需要17~19 min, 杨氏榕树金小蜂从瘿花出来只需18~20 min, 交配时间为20~30 s; 4)在自然群落中, 大约90%的雌花期榕果里都只进一只杨氏榕树金小蜂和一只钝叶榕小蜂, 杨氏榕树金小蜂能通过传粉来 增加榕树种子数量, 但对钝叶榕小蜂种群的繁衍造成了极显著的负面影响; 5)两种小蜂于同一时期进入榕果内繁殖, 子代同期成熟羽化, 发育 期与榕树雄花的发育期同步。研究表明: 进入榕果内繁殖的两种小蜂与寄主榕树之间存在着协同进化关系, 杨氏榕树金小蜂为榕树有效地传粉, 这可能是一个由寄生者向互惠方向进化的实例。     

同种榕小蜂在木瓜榕两种地理型上的繁殖及传粉特征

榕树与其传粉榕小蜂的共生关系常被认为是专一性的,但该系统中有些榕小蜂可在不同种榕树或者同种榕树的不同亚种、变种和地理型上产卵和传粉。探讨榕小蜂在不同寄主中的繁殖和传粉特征,有利于理解非专性榕蜂系统形成的过程及稳定机制。本研究中,作者分别对比分析了传粉榕小蜂Ceratosolen emarginatus在木瓜榕(Ficus auriculata)的两种地理型auriculata-form和oligodon-form上的产卵和传粉特征。结果显示,进蜂量为1,2,3只时,相同寄主上的榕小蜂后代和种子数量均随进蜂量的增加而增加,且平均单只繁殖雌蜂的后代及种子数量均无差异。这可能是由于进蜂量较低时,两寄主可被利用的繁殖资源较充足,榕小蜂间不存在干扰竞争,可最大化地利用雌花资源。另一方面,进蜂量相同时,同一寄主上产生的种子数量明显多于榕小蜂后代数量,说明榕树的繁殖利益更占优势。榕小蜂在auriculata-form上产生的后代总量和平均单只雌蜂后代数量与oligodon-form均无差异,但后者产生的种子数量明显多于前者,说明当繁殖资源充足时寄主不影响榕小蜂的繁殖,然而寄主差异影响种子产生,即auriculata-form和oligodon-form的繁殖能力已发生分化。     

爱玉子花发育的形态学研究

通过花序标记、形态解剖及放蜂实验方法,观察不同发育时期爱玉子雌、雄花序中花的形态特征,以及花发育与小蜂传粉(或产卵)之间的相关性。结果表明,雌前期、雌花期的瘿花在形态上没有明显变化,而雌花的花柱与柱头连成长鞭状,在雌前期呈直立管状,进入雌花期后呈弯曲的S形;在榕小蜂进入花序传粉或产卵5 d后,雌花和瘿花的柱头变黄,花柱开始脱水;在榕小蜂传粉或产卵10 d后,雌花和瘿花花梗伸长,花明显分层,胚迅速发育,子房饱满,花柱和柱头明显萎蔫。传粉小蜂在花序腔内的存活时长不超过3 d。本研究为揭示榕-蜂共生机制提供科学依据。     

榕小蜂温度耐受性及其对种间共存关系的影响

全球已知有约800种榕属(Ficus)植物, 主要分布在热带, 部分种类延伸至亚热带地区。温度是限制榕‒蜂共生系统分布北界的主要因素, 也显著影响榕树及其榕小蜂的繁殖成功, 其中榕小蜂对温度的响应更加敏感。榕小蜂只有在一定的温度范围内才能保持正常的生理机能, 其对温度耐受能力直接影响榕果内小蜂种群数量和群落内种间关系。然而目前对榕小蜂温度耐受性的研究尚少, 榕小蜂的温度耐受能力如何影响榕果内小蜂的共存关系还未见报道。本文研究了分布于西双版纳的2种雌雄同株和1种雌雄异株榕树果内传粉榕小蜂和非传粉小蜂的温度耐受能力。结果表明: 3种传粉榕小蜂对高温的耐受性极差, 相对于雌雄同株的高榕(F. altissima)和聚果榕(F. racemosa)传粉榕小蜂, 雌雄异株的鸡嗉子榕(F. semicordata)传粉榕小蜂对低温有增强的耐受趋势。聚果榕小蜂群落结构显示: 在适宜其生长的西双版纳地区, 传粉榕小蜂的数量占绝对优势, 在温度较低的季节其数量显著减少; 而非传粉榕小蜂呈相反模式, 较强的温度耐受能力使其在低温的雾凉季维持了较高的种群数量。鸡嗉子榕果内非传粉小蜂Sycoscapter trifemmensis相对于Philotrypesis dunia有更强的温度耐受能力, 在种群数量和种间关系上有更多的竞争优势及数量。榕小蜂的温度耐受性差异在物种分布、种间关系的维持和共存上起了重要作用, 本研究结果为阐明榕小蜂种间共存的维持机制提供了科学依据。     

影响对叶榕及其传粉者繁殖的生态学因素

在西双版纳,分别统计了对叶榕(Ficus hispida)雌花期雌雄果的进蜂量和花后期雌雄果繁殖的多个特征值,以此来探讨自然条件下,影响对叶榕及其传粉榕小蜂(Ceratosolen solmsi marchali)繁殖的因素。结果表明:单果内有效进蜂数量是影响种子生产和传粉榕小蜂繁殖的首要因素,而雌花期进果的传粉榕小蜂并不是都能全部进入果腔传粉或产卵,大部分蜂还未进到果腔就被夹死在顶生苞片层的通道里,能进入雌果内传粉的榕小蜂为(2.72±2.04)只·果^-1,约占总进蜂量的52%;而在雄果里,能进入果腔的蜂量只有(2.08±1.65)只·果^-1,占35%左右。由于雌果内的雌花显著比雄果内的雌花多,结合单果进蜂量雌多雄少的格局,最终单果生产的种子数量 (1 891.63 ± 471.53)比传粉榕小蜂的数量 (367.20 ± 208.02) 多5倍有余。在雌果里,供给传粉的雌花数量与所生产的种子数量之间呈显著的正相关,而没有接受到花粉或不能正常受精的雌花数量与种子数量呈显著的负相关。雄果不仅生产花粉,也是传粉榕小蜂繁殖的场所,在相关于传粉榕小蜂自身繁殖力的因子中,传粉榕小蜂产卵制造的瘿花数量对其种群数量有最大的影响;影响次之的是发育过程中死亡的个体数量,它可降低30%左右的传粉榕小蜂数量;影响排在第三位的是寄主的雌花数量。此外,3类非传粉者的存在,单果内平均可减少30多只传粉小蜂。     

非传粉小蜂对榕-蜂共生系统的影响

榕-蜂共生系统是桑科榕属(Ficus)植物与传粉榕小蜂专一互惠形成的生态学关系。但是,也有一些非传粉的小蜂出现在这个系统中,对榕-蜂共生系统可能产生较大的影响。西双版纳的聚果榕(Ficus racemosa)树上主要有5种非传粉小蜂,分别在榕果发育的不同阶段从果外向果内产卵。在传粉榕小蜂进果之前的花前期,Platyneura testace、Apocrypta sp.和P. mayri这3种非传粉小蜂先后到果外产卵繁殖后代,对榕-蜂共生系统造成显著影响,尤其是影响传粉榕小蜂的繁殖。在传粉榕小蜂进果之后的间花期,P. mayri、A. westwoodi和P. agraensis这3种非传粉小蜂相继到果外产卵,它们虽然能减少种子形成和传粉榕小蜂繁殖的数量,但最终没有对榕-蜂共生系统造成显著的影响。造瘿类的P. mayri可在花前期和间花期产卵繁殖,在花前期产卵时它主要是影响传粉榕小蜂的繁殖,而在间花期产卵时它则更多地是影响种子的生产。     

比较钝叶榕的三种传粉者及其传粉效率

钝叶榕 (Ficus curtipes)是雌雄同株,它除了依赖钝叶榕传粉榕小蜂Eupristina sp.传粉外,另外两种进入果内繁殖的杨氏榕树金小蜂Diaziella yangi 和Lipothymus sp.金小蜂也能有效地为它传粉,这3种小蜂同时产卵于雌花的子房内,在榕果内繁殖后代.通过控制性放蜂试验,比较研究钝叶榕3种传粉者的传粉效率,结果表明:自然状态下,3种小蜂在绝大多数榕果里只各进1头.在控制性放蜂试验中,3种小蜂的传粉效率均随着放入雌蜂数量的增加而增加,两种金小蜂的传粉效率有时比钝叶榕传粉榕小蜂的传粉效率还高.当钝叶榕传粉榕小蜂分别与两种金小蜂同时放入榕果内传粉时,其生产的种子数量居于或者是接近两种小蜂单独传粉时形成的种子数量,传粉效率没有显著增加.在比较3种小蜂单种分别放1头和2头的传粉效率时,增加单果放蜂数量,钝叶榕传粉榕小蜂和Lipothymus sp. 的平均传粉效率降低,但杨氏榕树金小蜂的平均传粉效率是增加的.对3种不同属传粉小蜂传粉效率的比较,可为研究榕-蜂互惠系统的互惠的起源提供依据.     

Figs (Ficus spp.) and fig wasps (Chalcidoidea, Agaonidae): hypotheses for an ancient symbiosis

Figs and their pollinating fig wasps are dependent on one another for propagation of their own kinds. The wasps reproduce by ovipositing through the styles of female flowers within the closed fig receptacles (syconia). About half of the female flowers within the syconia of monoecious figs have styles which are longer than the ovipositors of the wasp, and they will therefore produce seeds rather than wasp larvae. Since a longer ovipositor would enable a wasp to reach more ovules and deposit more eggs, the question arises at to why longer ovipositors have not evolved.
In an attempt to answer this question, four seemingly plausible hypotheses are examined but each is shown to be problematical in some way. Consideration is then given to a fifth hypothesis which proposes that ovipositor length is constrained by abortion of syconia with relatively few seed embryos and many agaonid larvae. It is argued first that this pattern of abortion will be selected during a sustained period of heavy wasp infestation because seeds will then become scarce relative to pollen-carrying wasps. Increased expenditure by the fig on seed production would therefore be favoured by natural selection. A greater expenditure on seeds would occur if young syconia with exceptionally heavy wasp infestations were dropped and the saved nutrients invested in syconia of a subsequent crop containing average levels of wasp larvae and seeds. Provided that the energy and nutrient cost of dropping young syconia is small, the selective advantage to the wasp of longer ovipositors is eliminated in this way. A stable coexistence of figs and wasps is therefore possible. The paper concludes by discussing two general predictions of the abortion hypothesis, and how these may be tested.     

Does Optimal Packing of Flowers in Syconia Shape Style Length Variation in Monoecious Figs?1

Style length variation in female flowers of monoecious figs has been shown to play an important role in regulating the proportion of flowers that develop into seeds and those that become infested by the pollinator wasp. In this study, we tested the suggestion that style length variation in figs is a consequence of optimal packing of the flowers. We show that optimal packing of flowers in fig syconia will result in a highly skewed distribution of style lengths and a positive skewness of pedicel lengths. These predictions were qualitatively tested in eight species of figs and the results indicate that observed style length distributions did not conform to those expected. We argue that while the pedicel lengths are likely to be a spinoff of optimal packing of the flowers, style lengths are probably shaped by independent selective fotces. The pedicel lengths also are subjected to compensatory growth so as to place the stigmas at a common height in the central cavity for effective pollination of the flowers. This was substantiated by the response (dependence) of pedicels to (on) the length of the style, neck, and other floral features. In all species the coefficient of variation of styles was very consistent (ca 30 %). This is in accordance with expectations if style lengths are shaped to regulate the proportion of flowers for wasp and seed production.     

高榕隐头果内寄生蜂种类及生态学特征初步观察

本研究采用定期、定点、定树采样调查和观察研究的方法,获得寄生于高榕隐头果内小蜂(Chalcidoidea)为6个科,14个属,25种。根据小蜂行为把高榕小蜂划分为2类,一类为传粉小蜂,另一类为非传粉小蜂,其中传粉小蜂有2种,主要的传粉小蜂只有Eupristina altissima 一种,另一种仅在部分季节少量出现。高榕隐头果果态变化大,直径2．5cm以上的大号果中仅寄生非传粉小蜂,这些小蜂对榕树—传粉者共生体系有着负面影响。本文初步研究了高榕隐头果中寄生的小蜂种类和生态特性,分析了部分寄生蜂对榕树—传粉者共生体系的影响。     

两种雌雄同株榕树榕果内小蜂空间分布格局

在雌雄同株榕树榕果内,除传粉榕小蜂外,还寄生着很多种类的非传粉榕小蜂。为弄清传粉和非传粉榕小蜂在榕果内的空间分布格局,以西双版纳地区的垂叶榕和高榕及与之相关的传粉和非传粉榕小蜂为研究材料,比较了不同种类小蜂所在瘿花花梗长度差异。结果表明:(1)在高榕中,Eupristinasp.所在瘿花花梗平均长度最长,传粉榕小蜂Eupristina altissima所在瘿花花梗长度次之。Micranisa ralianga、Sycobiasp.和Sycoscaptersp.2所在瘿花花梗长度无显著差异。Sycobiasp.、M.ralianga以及Sycoscaptersp.2所在瘿花花梗长度范围要窄于传粉榕小蜂所在瘿花花梗长度范围。这都说明这三种果外产卵非传粉榕小蜂与传粉榕在空间生态位上存在部分的分离。(2)在垂叶榕中,Eupristina koningsbergeri可以分布在从最外层到内层的瘿花,而大多数Walkerellasp.都集中在靠近果壁的瘿花内,表明两者也存在部分空间生态位的分离。     

The functional implications of active and passive pollination in dioecious figs

Fig-pollinating wasps lay their eggs in fig flowers. Some species of fig-pollinating wasps are active pollinators, while others passively transfer pollen. In dioecious fig species, the ovules of male figs produce wasps but no seeds. By observations and experiments on four dioecious Ficus species we show that (i) passive pollinators distribute pollen haphazardly within figs, but fertilization of female flowers in male figs is inhibited. Consequently, wasp larvae will develop in nonfertilized ovules: they cannot benefit from pollination; (ii) active pollinators efficiently fertilize flowers in which they oviposit. Lack of pollination increases larval mortality. Hence, fig pollinators are not obligate seed eaters but ovule gallers. Active pollination has probably evolved as a way to improve progeny nourishment.
Comparison of pollination and oviposition process in male and female figs, suggests that stigma shape and function have coevolved with pollination behaviour, in relation to constraints linked with dioecy.     

雌花期榕小蜂进入榕果的行为及其活动时间

在西双版纳,钝叶榕传粉榕小蜂Eupristina sp.和杨氏榕树金小蜂Diaziella yangi均在雌花期进入钝叶榕果内繁殖和传粉,比较研究它们进入榕果的行为和活动时间。结果显示:在搜寻苞片处进蜂口时,2种榕小蜂的种内均出现打斗行为,并且杨氏榕树金小蜂的打斗更为激烈,但种间没有打斗行为发生,杨氏榕树金小蜂总是等待钝叶榕传粉榕小蜂先期进入榕果,然后才跟随着进入。在搜寻和进入苞片口通道阶段,钝叶榕传粉榕小蜂均比杨氏榕树金小蜂花费较长时间;而在果腔内产卵、传粉的时间,2种榕小蜂均最多不超过3d。相似的进蜂过程和活动时间,可能是2种榕小蜂与寄主榕树长期协同进化的结果。     

Diversification in the use of resources by Idarnes species: bypassing functional constraints in the fig–fig wasp interaction

Mutualisms such as the fig–fig wasp mutualism are generally exploited by parasites. We demonstrate that amongst nonpollinating fig wasps (NPFWs) parasitic on Ficus citrifolia, a species of Idarnes galls flowers and another species feeds on galls induced by other wasps killing their larvae. The galling wasp inserts its ovipositor through the fig wall into the fig cavity. The ovipositor then follows a sinuous path and is introduced through the stigma and style of the flower. The egg is deposited between the integument and nucellus, in the exact location where the pollinating mutualistic wasp would have laid its egg. Gall induction is a complex process. In contrast, the path followed by the ovipositor of the other species is straightforward: attacking a larva within a developed gall poses different constraints. Shifts in feeding regime have occurred repeatedly in NPFWs. Monitoring traits associated with such repeated evolutionary shifts may help understand underlying functional constraints. © 2012 The Linnean Society of London, Biological Journal of the Linnean Society, 2012, 106 , 114–122.