“金虎尾路线”植物的花进化与传粉转变

以金虎尾科植物地理分布格局及迁移历史总结出来的“金虎尾路线”, 是解释热带植物洲际间断分布与长距离扩散格局的重要模式。金虎尾路线阐明了金虎尾科植物历史时期7次独立的从起源中心(南美洲)向旧世界(非洲和亚洲)的洲际长距离扩散事件。本文总结了金虎尾路线植物起源地与扩散地主要类群的花部特征与传粉系统, 以探讨这些类群及类似植物长距离扩散后的花进化与传粉转变等适应规律。金虎尾科的南美洲类群都有分泌油脂的萼片腺体, 花的形态结构非常保守, 是与美洲当地特有的条蜂科集油蜂长期协同进化的结果。金虎尾科的非洲类群花保守性消失, 花白色、辐射对称且无萼片腺体, 繁育系统为雄花-两性花异株(功能性的雌雄异株), 传粉者是采集花粉的蜜蜂科昆虫。亚洲的一些属发生了类似非洲类群的泛化适应转变, 但风筝果属(Hiptage)出现了镜像花、异型雄蕊和极度反折的花瓣, 且传粉者是亚洲特有的大蜜蜂(Apis dorsata), 显示出了非常特化的适应性转变。风筝果属所在支系的现存类群涵盖了南美洲、中美洲、非洲和亚洲等地的地方特有属, 体现了金虎尾路线整个迁移历史过程, 是认识金虎尾路线及其进化适应规律的关键类群, 值得在今后的研究中加以重视。     

风筝果镜像花的雌雄异位变化及传粉生态型的形成

亚洲特有植物风筝果(Hiptage benghalensis)镜像花(mirror-image flowers)的雌雄异位变化极大, 柱头与可育花药的空间距离在海南岛与云南西双版纳种群仅有2-4 mm, 而在贵州及云南东南部种群可达10-12 mm。为验证 “镜像花雌雄异位的变化是各个地理种群受到传粉昆虫体型大小选择的结果”假说, 本文开展了传粉生态学与分子生物学研究, 探讨风筝果不同地理种群的雌雄异位变化是否与当地传粉者体型相关, 是否有着遗传基础, 以及是否形成了“传粉生态型”(pollination ecotype)。结果表明, 雌雄异位程度大的贵州种群和云南东南部种群, 其传粉者也是体型较大的木蜂(Xylocopa nasalis)和熊蜂一种(Bombus sp.); 雌雄异位程度小的海南岛种群和云南西双版纳种群的传粉者则是体型较小的大蜜蜂(Apis dorsata)、西方蜜蜂(A. mellifera)。除了雌雄异位的明显分化(F = 53.69, P < 0.01)之外, 花柱长度也在这两类种群之间差异显著(F = 12.5, P < 0.05), 与传粉昆虫身体长度密切相关。通过叶绿体ycf1b、rbcL和细胞核ITS 3个DNA片段的序列分析, 由大型蜂传粉的雌雄异位程度较大的3个种群(贵州和云南东南部种群)遗传关系极近, 与小型蜂传粉种群(雌雄异位较小的海南岛种群和云南西双版纳种群)存在明显的遗传分化。这些结果显示, 风筝果不同地理种群的镜像花雌雄异位程度的变化可能是适应局域不同体型大小的传粉昆虫的选择结果, 而且种群间出现了基因流的隔断, 可能与大型蜂、小型蜂传粉的两种生态型有关。镜像花通过雌雄异位的变化适应不同地域的传粉者而形成传粉生态型, 这种传粉生态型及其传粉隔离机制可能是风筝果属物种形成与维持的一个重要原因。