少花柊叶传粉生物学的研究

竹芋科Marantaceae植物所具有的雄蕊先熟(protandry)、次级花粉展示(secondary pollen presentation)以及不可逆转的爆发性花柱运动(explosive style movement)等特点,造就了其独特的传粉机制.本文对竹芋科多年生草本植物少花格叶Phrynium oliganthum的花生物学特性、传粉操控实验和传粉者行为观察三个方面做了较为系统的研究,以掌握该植物基本的开花行为及繁殖特性.实验结果表明,少花格叶自交亲和,但不存在自动自交机制,其传粉过程依赖于传粉者.传粉者为每天沿固定路线访花、被称为有序觅食者(trapliner)的独居蜂类(无垫蜂Amegilla spp.).在传粉实验中,无论是人工授粉还是自然状态下坐果率都很低(<10%),这可能是由于资源限制以及严重的花序腐烂及虫食.少花柊叶每天开花数约11朵,但并不同步,而是在4h内逐次开放,这种开花格局连同传粉者在一天之内会重复同一线路的拜访特点,有利于少花格叶在一定程度上减少同株异花授粉的发生,增加异交的机会.     

神奇的“扳机”

大多数有花植物用艳丽的花瓣来吸引传粉者，然而竹芋科植物的花瓣并不显著，颜色暗淡，退化成带状。那么，它用什么来吸引传粉者呢？原来，竹芋科鲜艳的退化雄蕊部分替代了真正花瓣的作用。竹芋科植物的雄蕊是由退化雄蕊和可育雄蕊两部分组成的，退化雄蕊不仅结构功能复杂，     

雌先熟植物茄参（茄科）的繁育系统

对分布于云南西北部的茄参（Mandragoraca caulescens）的繁育系统进行了研究。茄参的花期为5月底到6月初,单花持续时间为（9．9±2．8）d,其性表达方式为雌性先熟。有三种昆虫拜访茄参的花,白背熊蜂蜂王是最有效的传粉昆虫,但其访花频率很低;苍蝇和蚂蚁的访花频率较高,但苍蝇传粉效率十分有限;蚂蚁是窃蜜者。授粉实验证明茄参具有部分自交亲和能力,但由于雌性先熟,不具备主动自交能力。人工添加异交花粉显著提高了结实率和结籽数,证明茄参存在花粉限制。茄科的大部分植物是严格自交不亲和的,但茄参族的茄参是自交部分亲和,这和茄科天仙子族的部分成员类似。我们认为这两个独立起源于新世界向欧亚大陆扩散事件的族,各自从自交不亲和向自交亲和转变可能与高山地区恶劣的自然条件有关,这种繁育系统的进化模式是否具有普遍性值得进一步研究。     

雌先熟植物茄参 （茄科）的繁育系统

对分布于云南西北部的茄参（Mandragora caulescens）的繁育系统进行了研究。茄参的花期为5月底到6月初,单花持续时间为（9.9±2.8）d,其性表达方式为雌性先熟。有三种昆虫拜访茄参的花,白背熊蜂蜂王是最有效的传粉昆虫,但其访花频率很低;苍蝇和蚂蚁的访花频率较高,但苍蝇传粉效率十分有限;蚂蚁是窃蜜者。授粉实验证明茄参具有部分自交亲和能力,但由于雌性先熟,不具备主动自交能力。人工添加异交花粉显著提高了结实率和结籽数,证明茄参存在花粉限制。茄科的大部分植物是严格自交不亲和的,但茄参族的茄参是自交部分亲和,这和茄科天仙子族的部分成员类似。我们认为这两个独立起源于新世界向欧亚大陆扩散事件的族,各自从自交不亲和向自交亲和转变可能与高山地区恶劣的自然条件有关,这种繁育系统的进化模式是否具有普遍性值得进一步研究。     

马来良姜花柱卷曲运动的结构基础

山姜属(Alpinia L.)植物的花柱具卷曲运动的能力,该属植物的野生种群有两种表型的个体,其花柱运动方向相反。该文通过观察马来良姜(Alpinia mutica Roxb.)花柱的显微和超微结构来研究花柱卷曲运动的结构基础。结果表明两种表型的花柱解剖结构相同。花柱仅形态学上端区域(约占花柱总长度的25%)有卷曲运动能力,其它区域不能运动。运动区近轴侧分布着几层直径较大、形状不规则、相对较短且细胞壁较薄的细胞,远轴侧的细胞直径较小、狭长;非运动区近轴和远轴侧的细胞都呈狭长形。花柱运动区域近轴侧和远轴侧细胞结构和细胞层数的不对称可能是导致花柱卷曲运动的结构原因。     

毛姜花原变种花寿命对两性适合度的影响

  植物的花寿命被认为是由雌、雄适合度的增长和维持花开放的花费之间的平衡来决定的。姜花属(Hedychium)是姜科唯一一个从热带到高海拔地区分布的大属, 属内不同种类植物的花寿命差异很大。毛姜花原变种(H. villosum var. villosum)的花寿命为5 d, 显著长于其它同域分布的姜科植物。通过人工剪除毛姜花原变种的柱头来使花朵具雌性功能的时间缩短, 结果显示: 在不同的处理中, 结实率随花朵具雌性功能时间的延长而增加, 开花1 d后剪除柱头的结实率为1.85% ± 1.59%, 极显著低于对照的结实率20.96% ± 4.13%, 说明其较长的花寿命能显著地增加传粉的成功率和结实率, 长达5 d的花寿命有利于雌性适合度的提高。同时, 毛姜花原变种开花1 d后, 剩余的平均花粉数和总平均花粉数没有显著差异, 而开花后2、3和4 d后剩余的平均花粉数则极显著少于总平均花粉数, 说明随着花寿命的延长, 花粉输出量也显著增加, 其长达5 d的花寿命也有利于其雄性适合度的提高。较长的花寿命在毛姜花原变种拓展新的生境、向更高海拔地区的扩散中也许起着重要的作用。姜科植物有着极其多样性的传粉和繁育系统, 花寿命在姜科植物传粉和繁育系统的多样性形成及其进化中起着重要作用, 同时, 较长的花寿命有效地提高了雌性适合度和雄性适合度, 从而使姜科植物能脱离热带生境, 向更高海拔的地区扩散, 花寿命在姜科植物从热带地区到高海拔地区的分布过程中也起着重要作用。     

花寿命的进化生态学意义

 花寿命(Floral longevity)是指一朵花保持开放并具有功能的持续时间, 它作为一种重要的繁殖策略影响着植物的繁殖, 在植物繁殖策略的进化生态学研究中具有非常重要的意义。近年来, 进化生态学家开始重视花寿命的研究, 在传粉与非传粉因素对花寿命的影响、花展示和繁殖成功与花寿命的关系等方面取得了长足的进展。生活史进化模型表明, 最优花寿命取决于开花成本和两性适合度实现速率之间的权衡。大量的实验研究支持此模型。实验研究表明: 授粉可导致某些植物的花寿命显著缩短, 但是, 花粉移除对花寿命一般没有显著影响; 部分植物的花具有最短花寿命, 这可能是一种保证植物雄性适合度的机制; 温度和水分等非传粉因素的变化, 因改变开花成本而影响到花寿命; 在花的群体水平上, 植物根据传粉状况和资源状况, 会调节花序上不同花的开放时间, 进而改变花展示的结构和功能; 长的花寿命是保障植物繁殖成功的重要机制之一, 但可能要付出一定的适合度代价。该文概述了花寿命进化生态学的理论和实验研究进展, 最后指出: 在理论研究上, 雌雄利益冲突为理解花寿命的进化提供了新的视角。在实验研究中, 需要重视植物通过优化花寿命而增强雄性适合度的研究思路。对花寿命的成本-收益分析, 需要考虑单花与花展示的功能关系。     

小桐子花的性别与开花时间的相互关系

通过对小桐子(Jatropha curcas L.)花序上小花的开花顺序和小花性别的观察,发现其聚伞花序中心花的性别与其开花时间相关联,同时还和周围其它小花的性别有很大的相关性.中心花若在整个花序开花的第一天开放,仅有23.2%的可能是雌花;若在第二天及以后开放,有85%以上的可能为雌花.而中心花的性别又与其它花的性别相关,中心花如为雌花,那么聚伞花序上的其它小花有80%的可能性为雌花;但中心花若为雄花,那么整个聚伞花序上将不会再有雌花.研究小桐子的开花行为及性别控制规律,对于进一步人工调控小桐子花的性别表达,提高小桐子的产量、培育高产稳产品种,具有重要的应用价值.     

两种姜科花柱卷曲性植物柱头的位置与其可授性的关系

花柱卷曲性是一种见于姜科山姜属(Alpinia)和砂仁属(Amomum)植物中的独特的性二态现象,具有这一性系统的植物,其居群包括上举型和下垂型两种表型,所有个体的雌雄性别功能在时间和空间上分离。本研究通过操控授粉和花粉管生长两项实验,探讨花柱卷曲性植物个体两性功能的隔离方式及其适应意义。云南草蔻(Alpinia blepharocalyx)操控授粉实验表明,自花花粉对其异交率影响不显著(P>0.05),但可能由于自花花粉沉降导致胚珠贴现进而引起近交衰退,操控条件下每果结籽数显著减少(P<0.01)。云南草蔻和红豆蔻(Alpinia galanga)花粉管生长实验都显示无论对两种表型进行怎样的授粉处理,花粉粒萌发和花粉管生长的速率仅在柱头处于可授位置时表现出最大值,与自交和异交授粉方式无关;上举型植株上午花粉囊虽未裂但其内花粉已成熟。研究结果表明即使不考虑花柱运动,山姜属植物也具有异型雌雄异熟的特性。这一结果证实了花柱卷曲运动机制是通过互补式雌雄异位和异型雌雄异熟相结合形成的花部二态性,异型雌雄异熟促进了异交,而花柱运动的功能可能在于避免雌雄干扰。     

中国不同气候带植被挥发性有机化合物通量与生态系统演替的相关性

从群落水平和生态系统演替的角度对中国热带,亚热带和温带生态系统植物挥发性有机化合物（VOC）通量的研究表明,异戊二烯通量呈现出在生态系统演替的早期到中期阶段随着演替的的进行而升高,在先锋性灌木和乔木阶段达到高峰,然后又随着演替的发展而逐渐下降的演替格局,而其他VOC通量则有随着演替的进行而上升的趋势。生态系统不同演替阶段异戊二烯通量的变化可能与植物获取养分氮有关,根据植物VOC释放通量的生态演替格局,可以建立全球陆地生态系统的VOC模型,对大气化学过程中的VOC时空动态进行很好的模拟。