Pollinator-dependent evolution of floral trait combinations in an orchid herb

作为驱动花性状进化的重要媒介之一,传粉者塑造了被子植物多样的花部特征。目前,大部分研究集中于传粉者驱动被子植物单个性状的进化,而较少涉及对传粉者驱动被子植物组合性状进化的研究。本研究以兰科植物绶草(Spiranthes sinensis)为材料,分别鉴别和估算了传粉者对植物单个性状和组合性状施加的定向选择和关联选择压力。研究结果表明,传粉者对开花时间和花大小施加定向选择压力,传粉者选择早开花、花更大的个体。传粉者对绶草花展示的组合性状(花大小与花数目)施加正向的关联选择压力,而对开花时间与花展示的组合性状(开花时间与株高、开花时间与花数目)施加负向的关联选择压力。同时,传粉者的选择强度在年际间存在差异。该研究证实了传粉者在驱动植物组合性状进化过程中的作用,同时强调在认识和理解被子植物表型性状进化轨迹时,需要考虑植物组合性状的影响。     

自花传粉与异花传粉:何者更进化?——植物学教材质疑(二)

传粉生物学的学习对理解被子植物多样性至关重要.中文植物学教材均教导学生,自花传粉是原始的传粉方式,异花传粉更为进化,因为前者会导致近交衰退,而后者具杂交优势.这种说法其实是对进化内涵的误解.被子植物的基部类群以异花传粉为主,而自花传粉少见且是次生的;从异花传粉转变为自花传粉在被子植物中反复、独立地发生.自花传粉之所以被...     

被子植物退化雄蕊的功能类型及其意义

退化雄蕊是指没有花药或花药不可育的雄蕊,发现于被子植物32.5%的科以及54.4%的属中,它们在形态和生化组成上都与可育雄蕊有着显著区别。虽然丢失了产生可育花粉的能力、无法发挥雄性繁殖功能,某些退化雄蕊在进化过程中重新获得了一些有助于植物繁殖成功的新功能。本文将这些具有功能的退化雄蕊细分为8类:(1)信号型;(2)报酬型;(3)欺骗传粉型;(4)辅助传粉昆虫在花内活动;(5)辅助授粉;(6)协助花粉二次呈现;(7)保护其他花结构;(8)避免自交。退化雄蕊作为花结构的一部分,其功能集中于促进植物的繁殖成功,主要通过与传粉昆虫的相互作用来提高传粉效率。此外,某些植物的退化雄蕊也可能同时具有多种功能,并且其功能的强弱与传粉者的种类、行为、大小和频率相关。正确评估退化雄蕊对植物繁殖成功的影响,需要多学科手段来系统的研究,以便能更加深入的理解不同近缘关系的物种间退化雄蕊功能的差异,揭示退化雄蕊在被子植物系统进化中的意义。     

苏铁类植物传粉生物学研究进展(综述)

苏铁类植物是现存最古老的种子植物,研究其传粉特点,对于研究种子植物的起源与演化、植物与动物的协同进化以及苏铁类植物的繁殖机制、濒危机制有重要意义。本文从苏铁雌雄株开花物候学、传粉媒介及传粉机制等方面,对苏铁类植物传粉生物学相关研究进行综述,并提出今后该类植物传粉生物学研究的建议：对更多苏铁属种类未知的传粉机制进行研究;更广泛地应用排除法研究苏铁类特别是苏铁属植物的传粉媒介,进一步探讨传粉昆虫与苏铁类的共生关系问题。     

植物的传粉媒介

在长期的进化过程中，种子植物的传粉形成了多种媒介，具有高度的适应性，其中昆虫和风是两种最主要的传播媒介。昆虫与被子植物相互依存、相互促进，共同进化。     

花对称性的研究进展

花对称性(floral symmetry)是被子植物花部结构的典型特性之一,主要有辐射对称和两侧对称两种形式。被子植物初始起源的花为辐射对称,而两侧对称的花则是由辐射对称的花演变而来。两侧对称的花部结构是被子植物进化过程中的一个关键的革新,被认为是物种形成和分化的关键推动力之一。近年来有关花对称性的形成和进化机制的研究在植物学科的不同领域均取得了长足的进展。本文综述了花对称性在发育生物学、传粉生物学、生殖生态学及分子生物学等方面的研究进展。两侧对称形成于被子植物花器官发育的起始阶段,随后贯穿整个花器官发育过程或者出现在花器官发育后期的不同阶段。花器官发育过程中一种或多种类型器官的败育以及特异性花器官结构的形成是两侧对称形成的主要原因。研究表明,在传粉过程的不同阶段,花对称性均会受到传粉昆虫介导的选择作用。相比辐射对称的花,两侧对称的花提高了特异性传粉者的选择作用,增加了花粉落置的精确性,进而确保了其生殖成功。花对称性的分子机理已经在多种双子叶植物中进行了深入的研究。现有的证据表明,CYC同源基因在花对称性的分子调控方面起着非常重要的作用。花对称性在被子植物进化过程中是如何起源,与其他花部构成之间是否协同作用,一些不符合一般模式的科属其花对称性的形成机制等都是今后要进一步研究的命题。     

果实类型多样性的形成机制和进化

果实是被子植物特有的繁殖器官,果实的类型影响种子传播的模式、有效性和距离。果实类型的多样性在一定程度上造成了不同植物类群在生态上的差异,并对被子植物的进化速度和分化模式产生重要影响。本文对果实类型多样性形成中起关键作用的通路及其进化机制进行了综述,讨论了影响果实类型进化的各种因素,介绍了有关果实类型进化方向和模式的研究进展,为研究被子植物果实多样性的形成和演化提供新的思路。     

杠杆状雄蕊及其进化生态学意义

对被子植物一类特化雄蕊——杠杆状雄蕊的结构多样性及其进化生态学意义进行了归纳总结。植物的花在进化过程中, 常会发生雄蕊群的改变, 包括雄蕊数目及其形态结构的变化, 同时雄蕊功能也会发生相应的适应性转变。杠杆状雄蕊是指结构特化为杠杆状或距状, 在传粉过程中具有类似杠杆功能的一类特化的雄蕊类型。目前, 已在唇形科不同亚科以及姜科6个属中发现杠杆状雄蕊, 根据其结构和形态发生方式总体上可分为2大类: 一类是唇形科中以鼠尾草属(Salvia)为代表的, 由2个可育雄蕊平行发育、药隔组织增长所形成的杠杆状雄蕊; 另一类是姜科植物中由一个可育雄蕊特化形成的带有距状附属体的雄蕊类型。在生态功能上, 两类雄蕊均能通过传粉者推动其距状下臂做杠杆运动进行传粉, 被认为是一种促进异交的传粉机制, 可通过精确传粉和花粉分发等途径影响植物的繁殖成功。杠杆状雄蕊在不同的类群中是独立起源与进化的; 仅在唇形科鼠尾草属中, 杠杆状雄蕊发生了3次独立进化, 而且它可能是触发该属物种适应性辐射的关键性状。将来需在宏观进化和微观进化两个水平深入探讨杠杆状雄蕊的进化生态学意义。     

鼠尾草属不同物种的雄蕊杠杆机制对传粉者空间变异的进化响应

被子植物虫媒传粉植物的物种分化通常被认为是花性状响应传粉环境(传粉者)的空间变异而发生适应性分化的结果。通过对鼠尾草属(Salvia) 3个物种(共4个居群)传粉互作系统的比较, 探索了花性状对不同传粉环境的进化响应。结果表明: 各居群的传粉者组成、主要传粉者类型及其大小各不相同, 杠杆状雄蕊及相关花部性状大小在不同居群间具有显著差异; 各居群均表现出腹部传粉和背部传粉2种传粉模式, 但背部传粉仍然是最有效的传粉方式; 居群间杠杆状雄蕊长度与传粉者体长表现出极显著的正相关, 然而花冠长与传粉者体长表现出负相关; 花冠口高度和柱头高度与传粉者胸厚也表现出一定的协同变异。鼠尾草属植物的杠杆状雄蕊及相关花部性状在传粉系统的进化过程中表现出高度的可塑性, 表明雄蕊杠杆传粉机制对传粉环境的变异非常敏感, 在该属植物的物种分化过程中具有关键作用。     

兰科植物欺骗性传粉

植物与传粉动物的互利关系在生态系统中非常普遍。然而,有许多植物不为传粉者提供任何报酬,而是利用各种欺骗方式诱骗昆虫拜访,从而实现传粉,即欺骗性传粉。兰科是被子植物大科之一,其高度特化的繁殖器官和适应于昆虫传粉的精巧结构令人称奇。进化论创始人达尔文描述了许多兰花与昆虫精巧的传粉系统,但他忽视了欺骗性传粉的存在。事实上,近1/3的兰科植物都依赖于欺骗性传粉。欺骗性传粉可能是导致兰科植物多样性的重要原因之一。兰花利用或操作昆虫觅食、交配、产卵和栖息等行为,演化出各种各样的欺骗性传粉机制,常见的类型包括泛化的食源性欺骗、Batesian拟态、性欺骗、产卵地拟态和栖息地拟态。花的颜色、形态和气味在欺骗性传粉的成功实现中起到了重要作用。欺骗性兰花与传粉昆虫之间的演化可能是不同步的,兰花追踪昆虫的行为信号而发生分化,然而欺骗性传粉可能对昆虫造成一定的伤害,从而对昆虫也施加选择压力。由于昆虫的学习行为,欺骗性的兰花一般具有低的昆虫拜访率和结实率,其繁殖成功率受各种因素的影响。欺骗性加剧了兰花对传粉昆虫的依赖,使其具有更高的灭绝风险,传粉生物学的研究能为兰科植物的有效保护提供指导。在欺骗性传粉系统中,有报酬的伴生植物、拟态模型和其他拟态信号提供者对传粉成功有重要影响。因此,研究欺骗性传粉兰花、传粉昆虫和相关的生物和生态因子的网状进化关系具有重要理论和实践意义。