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昆明植物所在喜马拉雅冰缘带发现新的种子互利共生机制

    为了吸引昆虫访花并传粉,植物在长期进化过程中,形成了丰富多样的报酬类别。除了常见的花粉和花蜜,有的植物还提供一些高度特化的报酬来吸引传粉昆虫,如产 卵地和昆虫后代发育的食物(种子),即:作为传粉的报酬,植物提供一部分种子供昆虫的幼虫取食,称为种子寄生性传粉互利共生关系(pollinating seed-consuming mutualism)。 尽管昆虫为大部分植物传粉,同时,大量昆虫又以植物的种子为食,但是种子寄生性传粉互利共生关系仅在少数几类植物中发现。最近,中国科学院昆明植物研究所 高山植物多样性研究组宋波博士在孙航研究员的指导下,在喜马拉雅高山地区发现了一例新的种子寄生性传粉互利共生关系,揭示了高山植物应对恶劣传粉环境的"聪明才智"。

    蓼科大黄属的塔黄(Rheum nobile)是喜马拉雅高山冰缘带的特有植物,主要生长在海拔4000-6000米的高山流石滩,该植物在开花时形成大而半透明的乳黄色苞片包裹在整个头状花序外面,高达1-1.5米,是名副其实的高山"明星植物"。由于高山地区环境恶劣,传粉昆虫种类少且活动能力弱,生长在这里的植物被普遍认为存在传粉限制。然而,研究人员调查发现,塔黄在自然条件下的坐果率高达98%, 似乎不存在传粉限制。进一步调查发现,塔黄在开花时被双翅目眼蕈蚊科迟眼蕈蚊属的一种昆虫频繁访问。该种昆虫的雌、雄虫首先在苞片外进行交配,之后雌虫进 入苞片内,在花间爬行并将卵产入一部分花的子房内。在此过程中,粘附在昆虫身体上的花粉被传递到柱头上实现传粉。子房内的卵在种子即将成熟时开始孵化为幼 虫,并以成熟的种子为食完成幼虫发育,之后爬出果实钻到土壤下面化成蛹越冬,第二年六月份又羽化为成虫,开始下一个世代。成本-利益分析发现,尽管蕈蚊的幼虫会消耗一部分种子,但是,蕈蚊在访花时通过传粉能给塔黄带来约50%的净繁殖收益(种子)。花气味分析与行为检测发现,塔黄在花期时挥发的2-甲基丁酸甲酯对传粉蕈蚊具有强烈的吸引作用,从而帮助传粉蕈蚊在空旷的流石滩上快速发现开花个体。这些结果说明,为了吸引传粉昆虫,塔黄"牺牲"一部分种子作为传粉昆虫幼虫发育的食物,并挥发特殊的气味为传粉昆虫"导航",是一种高度密切的互惠合作关系。

     该研究结果以A new pollinating seed-consuming mutualism between Rheum nobile and a fly fungus gnat, Bradysia sp., involving pollinator attraction by a specific floral compound 为题在New Phytologist 上在线发表。