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新豪天地登录网址:被子植物早期分支与传粉昆

时间:2019-09-08 03:31来源:科学研究
中科院版纳植物园森林塔吊观测系统投入使用 被子植物约有35万种,在生态系统中占绝对优势。生物学家达尔文对被子植物突然爆发一直感觉非常迷惑,称之为“讨厌之谜( abominablem

中科院版纳植物园森林塔吊观测系统投入使用

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被子植物约有35万种,在生态系统中占绝对优势。生物学家达尔文对被子植物突然爆发一直感觉非常迷惑,称之为“讨厌之谜(abominable mystery)”。化石证据显示,被子植物在白垩纪早期已由昆虫传粉为主,传粉昆虫的多样化可能是促进被子植物大爆发原因之一。目前被广泛接受的假说是“被子植物早期具有泛化的传粉者‘generalist’(即传粉动物访问系统发育关系不相关的植物种类,并且往往以取食目的),进而形成泛化的传粉系统”。当前,关于被子植物早期分支与传粉昆虫之间相互关系的研究受到以下阻碍:现存被子植物早期分化的类群基本是孑遗种类,最大的特点是“科多种少”;单种属,单型科比例较高,研究对象的物种多样性受限。现存被子植物早期分支类群主要分布于热带亚洲,且以夜晚开花为主,开展野外研究较为困难。

华南植物园 被子植物早期分支与传粉昆虫协同演化研究获进展

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科研人员观察枕果榕传粉榕小蜂。

以东南亚为分布中心的五味子科(Schisandraceae)是被子植物早期分支物种最丰富的陆生类群,约100种,其花的形态、颜色及性系统的多样性为研究被子植物早期分支与传粉者之间相互关系的起源与演化提供了理想的模式。近期,中国科学院华南植物园研究员罗世孝及其合作者,通过野外采样、观察与视频拍摄、电子扫描镜下性状分析、昆虫的形态与DNA条形码鉴定、协同分子系统树的构建及分子钟的分析,首次从物种、群落和系统发育水平层面,揭示了被子植物“第一个”专性共生传粉系统,即“五味子科植物与瘿蚊”的演化与维持机制。

本报讯 被子植物的化石在白垩纪爆发性地大量出现,被达尔文称为“讨厌之谜(abominable mystery)”。如今,被子植物约35万种,在生态系统中占有绝对优势。传粉昆虫的多样化可能是促进被子植物大爆发的原因之一,化石证据显示被子植物在白垩纪早期已由昆虫传粉为主。目前,依据化石观察的结果与理论推测后,被广泛接受的假说是“被子植物早期具有泛化的传粉者,进而形成泛化的传粉系统”。

▲科研人员观察枕果榕传粉榕小蜂。

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群落水平的研究发现,同域分布的五味子科植物大多各自拥有自己独特的传粉者,同一物种在不同的群落具有相同的传粉者。协同系统发育与分子钟标定发现,年轻的传粉瘿蚊与更古老的五味子科植物之间形成了典型的协同适应。五味子科植物花部结构与传粉瘿蚊产卵结构之间形成了典型的性状匹配,一种传粉瘿蚊的产卵结构与一种植物的花部结构特征高度适应。综合研究及分析整个现存被子植物早期分支与传粉者之间相互关系发现,以产卵为目的蝇类(flies)是现存被子植物早期分支种类的主要传粉者。这一类传粉者有“没有花粉会被取食”和“雌性的草食昆虫为了后代发育更忠诚于同一物种的花,因此在植物与传粉者之间形成的往往是更加专性的相互关系”两个明显的优势。地球上现存被子植物早期分支物种主要由产卵的昆虫传粉,相互之间形成了特殊的共生关系,而非具有“泛化的传粉者”。这一新的发现对传统的假说提出了挑战,为研究和理解被子植物早期与传粉者相互关系提供了新思路。

中科院华南植物园罗世孝博士及其合作者,多年来一直追踪被子植物早期分支中最大的家族——五味子科植物与瘿蚊隐秘关系。他们通过电镜扫描、昆虫的形态与DNA条形码鉴定等手段,近期首次从物种、群落和系统发育水平揭示了被子植物第一个专性共生传粉系统(五味子科植物与传粉瘿蚊共生系统)及其演化与维持机制。

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利用森林塔吊布设马来氏网。

相关研究成果发表在Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences上。该研究得到了国家自然科学基金委的资助。

“被子植物早期分支与传粉昆虫之间的关系太隐秘,现存被子植物早期分化的类群科多种少,研究对象的物种多样性受限;而且五味子科主要分布于热带亚洲,且以夜晚开花为主,开展野外研究非常困难。”罗世孝在野外观察过程中发现相关文献与书籍对五味子科这一类早期分化的植物的传粉与繁殖了解甚微,他觉得五味子科那只在夜幕下悄悄开放的花里一定藏着一个大自然不想直白告诉人类的秘密。

利用森林塔吊布设马来氏网。

近日,中国科学院西双版纳热带植物园研究生王朝雅在导师彭艳琼研究员指导下,开始利用森林塔吊观测系统开展“西双版纳热带雨林林冠、林下重要植物的传粉昆虫多样性及传粉网络研究”。

论文链接

至于为什么以五味子科植物为模式,他说,以东南亚为分布中心的五味子科是被子植物早期分支物种最丰富的陆生类群,约100种,其花的形态、颜色及性系统的多样性为我们研究被子植物早期分支与传粉者之间相互关系的起源与演化提供了理想的模式。

近日,中国科学院西双版纳热带植物园研究生王朝雅在导师彭艳琼研究员指导下,开始利用森林塔吊观测系统开展“西双版纳热带雨林林冠、林下重要植物的传粉昆虫多样性及传粉网络研究”。

有花植物通常有固着生长的习性,其花粉传递依赖于一定的媒介,除去部分依靠风媒、水媒传递花粉的植物外,多数植物依赖动物传粉,且绝大多数为昆虫。

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科学家们发现地球上现存被子植物早期分支物种主要由产卵的昆虫传粉,相互之间形成了特殊的共生关系,而非具有“泛化的传粉者”。这一类传粉者有两个明显的优势:没有花粉会被取食;雌性的草食昆虫为了后代发育更忠诚于同一物种的花。因此在植物与传粉者之间形成的往往是更加专性的相互关系。这一新的发现对传统的假说提出了挑战,将为今后研究和理解被子植物早期演化及与传粉者相互关系打开一个新的窗口。

有花植物通常有固着生长的习性,其花粉传递依赖于一定的媒介,除去部分依靠风媒、水媒传递花粉的植物外,多数植物依赖动物传粉,且绝大多数为昆虫。

森林冠层,特别是热带雨林的冠层中昆虫物种非常丰富,存在着大量未得到描述的或人类知之甚少的昆虫物种,被喻为“生物的处女地”,它对森林生态系统中生态过程的维持和生物多样性保护具有重要的作用。但是,热带雨林树种普遍比较高大,很难接近林冠层,制约了林冠层昆虫群落的研究。

图1.五味子科植物不同的花部结构对就不同的传粉瘿蚊的访花行为和产卵相关结构的特征

《中国科学报》 (2018-01-15 第5版 创新周刊)

森林冠层,特别是热带雨林的冠层中昆虫物种非常丰富,存在着大量未得到描述的或人类知之甚少的昆虫物种,被喻为“生物的处女地”,它对森林生态系统中生态过程的维持和生物多样性保护具有重要的作用。但是,热带雨林树种普遍比较高大,很难接近林冠层,制约了林冠层昆虫群落的研究。

中国科学院西双版纳热带植物园建成的森林塔吊观测系统,使研究林冠开花植物与传粉昆虫相互作用成为了可能,并结合林下丰富的开花植物及其传粉昆虫,从群落水平和垂直空间上开展传粉昆虫多样性及传粉网络的研究。

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中国科学院西双版纳热带植物园建成的森林塔吊观测系统,使研究林冠开花植物与传粉昆虫相互作用成为了可能,并结合林下丰富的开花植物及其传粉昆虫,从群落水平和垂直空间上开展传粉昆虫多样性及传粉网络的研究。

据悉,王朝雅和彭艳琼的研究将依托森林塔吊1公顷样地,在塔吊覆盖区1公顷样地中,选择分布于不同垂直层上有代表性的优势、濒危或重要植物种类,遴选出8种有代表性的植物,系统观测开花、结果物候,掌握蜜粉源植物情况;并在花期全面调查传粉昆虫物种多样性,筛选有效传粉昆虫和优势传粉昆虫,构建传粉网络,研究其随季节和空间垂直高度的变化格局;再用优势传粉昆虫开展授粉控制试验,比较传粉、结实率,评价其传粉服务功能。

图2、五叶子科植物与传粉瘿蚊之间互利共生关系及花部性状与传粉者产卵性状之间协同适应

据悉,王朝雅和彭艳琼的研究将依托森林塔吊1公顷样地,在塔吊覆盖区1公顷样地中,选择分布于不同垂直层上有代表性的优势、濒危或重要植物种类,遴选出8种有代表性的植物,系统观测开花、结果物候,掌握蜜粉源植物情况;并在花期全面调查传粉昆虫物种多样性,筛选有效传粉昆虫和优势传粉昆虫,构建传粉网络,研究其随季节和空间垂直高度的变化格局;再用优势传粉昆虫开展授粉控制试验,比较传粉、结实率,评价其传粉服务功能。

王朝雅介绍道,目前本研究已完成马来氏网、简易蜂巢野外布置,并已开始观测物候数据,采集传粉昆虫调查传粉昆虫多养性,野外观察昆虫访花种类、访花行为和访花频次等。野外试验预计开展一年时间,将持续到2019年2月。该研究结果最终将为物种多样性有效保护和群落稳定性维持提供科学依据。

王朝雅介绍道,目前本研究已完成马来氏网、简易蜂巢野外布置,并已开始观测物候数据,采集传粉昆虫调查传粉昆虫多养性,野外观察昆虫访花种类、访花行为和访花频次等。野外试验预计开展一年时间,将持续到2019年2月。该研究结果最终将为物种多样性有效保护和群落稳定性维持提供科学依据。

(原载于《中国科学报》2018-05-07第5版创新周刊)

《中国科学报》 (2018-05-07 第5版 创新周刊)

编辑:科学研究 本文来源:新豪天地登录网址:被子植物早期分支与传粉昆

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