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極小種群野生植物綜合保護(hù)團(tuán)隊(duì)在種子傳播新機(jī)制方面取得重要進(jìn)展

文章來(lái)源:昆明植物園  |  發(fā)布時(shí)間:2018-05-03  |  作者:陳高  |  瀏覽次數(shù):  |  【打印】 【關(guān)閉

 

  種子是裸子植物和被子植物重要的繁殖器官,種子的大小、形態(tài)、顏色、氣味、化學(xué)組成和在植株上著生的位置等特征在不同的植物類(lèi)群中存在廣泛的變化,這些變化為種子的傳播者提供了視覺(jué)、嗅覺(jué)、觸覺(jué)、味覺(jué),甚至是聽(tīng)覺(jué)上的感知線索,進(jìn)而為種子植物和種子傳播者的協(xié)同或彌散性進(jìn)化提供了進(jìn)化舞臺(tái)。種子傳播策略包括風(fēng)傳播、水傳播、自身重力或彈力傳播、哺乳動(dòng)物傳播、鳥(niǎo)傳播、螞蟻傳播等。目前,對(duì)鳥(niǎo)和哺乳動(dòng)物傳播種子研究開(kāi)展的較為深入,對(duì)無(wú)脊椎動(dòng)物在植物種子傳播中扮演的角色則研究較少。因此,一些由無(wú)脊椎動(dòng)物完成的、不同尋常的種子傳播策略總會(huì)激起公眾對(duì)動(dòng)植物共生關(guān)系的好奇,比如蛞蝓傳播、無(wú)刺蜂傳播、蟑螂傳播、無(wú)翅大蝗傳播、果實(shí)模擬糞球吸引蜣螂傳播種子等。探索這些不常見(jiàn)的種子傳播策略有利于我們真實(shí)地了解復(fù)雜的動(dòng)植物互惠關(guān)系。 

  胡蜂傳播,即種子被胡蜂科昆蟲(chóng)進(jìn)行傳播,是蟻播植物中罕見(jiàn)的種子傳播類(lèi)型。目前僅在3個(gè)被子植物科中被發(fā)現(xiàn),即Vancouveria hexandra、齡草屬的種類(lèi)、沉香屬的種類(lèi)。然而胡蜂到底是偶然傳播蟻播植物的種子,還是它們之間已形成互利合作的穩(wěn)定進(jìn)化關(guān)系卻沒(méi)得到機(jī)制上的闡述。種子釋放視覺(jué)的、嗅覺(jué)的或味覺(jué)的信號(hào)是否能指引胡蜂定向識(shí)別和傳播種子也是有待解決的問(wèn)題。考慮到社會(huì)性胡蜂是泛化的捕食者,胡蜂對(duì)昆蟲(chóng)體表的碳?xì)浠衔锸置舾?,研究團(tuán)隊(duì)推測(cè)聞起來(lái)像獵物可能是胡蜂傳播種子的重要原因。雖然胡蜂傳播種子十分罕見(jiàn),但胡蜂飛行能力強(qiáng),能促進(jìn)蟻播植物進(jìn)行長(zhǎng)距離傳播,從而使之更有利于拓展新生境、促進(jìn)居群間的基因交流、減少親本與后代的競(jìng)爭(zhēng)等。解析胡蜂的感知系統(tǒng)和種子信號(hào)的關(guān)系,將有助于理解胡蜂在植物長(zhǎng)距離傳播中扮演的角色及其進(jìn)化意義。 

  百部科百部屬的大百部在整個(gè)東南亞是傳統(tǒng)的藥用植物,其殺蟲(chóng)、止咳潤(rùn)肺的功效已經(jīng)得到驗(yàn)證。研究團(tuán)隊(duì)在進(jìn)行百部屬植物調(diào)查時(shí)發(fā)現(xiàn)大百部蒴果內(nèi)的傳播體在其自然生境及植物園人工栽培條件下均會(huì)被胡蜂取食和傳播。胡蜂取食大百部傳播體的過(guò)程極像它們?nèi)∈称淅ハx(chóng)獵物時(shí)的行為:覓食的胡蜂呈現(xiàn)之字形的飛行軌跡靠近大百部的傳播體,當(dāng)接近傳播體的距離約10cm時(shí),胡蜂會(huì)猛撲向傳播體,仿佛正在捕食潛在的獵物。當(dāng)胡蜂花費(fèi)幾分鐘咬掉攜帶油質(zhì)體的種子后,它會(huì)飛行一定距離,找到適合的地點(diǎn)對(duì)攜帶的傳播體進(jìn)行加工,該行為也類(lèi)似胡蜂加工昆蟲(chóng)獵物時(shí)的行為(將獵物去頭去尾,只取食中間的肌肉部分,然后將這部分用口器和腳搓揉成肉糜并帶回巢穴飼喂幼蟲(chóng))。胡蜂搓揉大百部傳播體,咬掉大部分油質(zhì)體后丟棄的種子落到地面上會(huì)被覓食的螞蟻進(jìn)行第二次傳播。 

  孫衛(wèi)邦研究員帶領(lǐng)的極小種群野生植物綜合保護(hù)團(tuán)隊(duì)的陳高博士通過(guò)和中科院西雙版納熱帶植物園汪正威博士、文平博士及華中師范大學(xué)的艾輝博士合作,通過(guò)野外調(diào)查、化學(xué)分析、觸角電位測(cè)定、胡蜂觸角上的蛋白受體確定及系列的行為實(shí)驗(yàn),解析了大百部種子被胡蜂傳播的機(jī)制。研究揭示: 胡蜂在大百部種子傳播過(guò)程中扮演長(zhǎng)距離傳播的角色; 大百部油質(zhì)體在模擬昆蟲(chóng)血淋巴的同時(shí),釋放的嗅覺(jué)線索是維持胡蜂和大百部傳播體關(guān)系的重要信號(hào); 胡蜂和螞蟻協(xié)作傳播大百部種子的行為可以用來(lái)解釋該物種目前的分布格局。本研究能為解析其他蟻播植物居群時(shí)空分布格局形成的研究提供理論基礎(chǔ)和新的思考視角。該文“Hydrocarbons mediate seed dispersal: a new mechanism of vespicochory”在線發(fā)表于植物學(xué)領(lǐng)域主流期刊New Phytologist。 

  上述研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金胡蜂傳播大百部種子的識(shí)別機(jī)制及其生態(tài)意義研究31670322)、云南省后備人才計(jì)劃植物色香味同動(dòng)物彌散性進(jìn)化關(guān)系研究2015HB091)及國(guó)家基金-云南省聯(lián)合基金金沙江干熱河谷典型脆弱生態(tài)系統(tǒng)中受威脅植物的瀕危機(jī)制解析及其綜合保護(hù)U1602264)的支持。 

  文章鏈接 

 

不同產(chǎn)地的大百部種子能被不同的胡蜂進(jìn)行傳播

 

大百部蒴果的視覺(jué)、味覺(jué)和嗅覺(jué)信號(hào)和胡蜂的潛在關(guān)系 

 

種子附屬物釋放的烷烴和烯烴信號(hào)能操作胡蜂的行為 

 

種子附屬物的烷烴和烯烴信號(hào)能特異結(jié)合胡蜂觸角上的識(shí)別蛋白 

  (責(zé)任編輯:李雪) 


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