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花蜜生產(chǎn)是否是植物的投資代價(jià)?

文章來(lái)源:中國(guó)科學(xué)院東亞植物多樣性與生物地理學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室  |  發(fā)布時(shí)間:2023-07-18  |  作者:任宗昕  |  瀏覽次數(shù):  |  【打印】 【關(guān)閉

 

  除一些極少數(shù)的傳粉關(guān)系,大多數(shù)傳粉關(guān)系都是由傳粉動(dòng)物在花上的覓食行為建立起來(lái)。大多數(shù)動(dòng)物訪花的目的是采集花蜜或花粉,在這個(gè)過(guò)程中將一朵花的花粉帶到同一朵或者下一朵花的柱頭上,從而能夠起到為植物傳粉的作用。大多數(shù)植物的花朵分泌花蜜作為傳粉動(dòng)物的能量報(bào)酬,是吸引和維持動(dòng)物訪花的關(guān)鍵?;鄣闹饕煞譃樘牵ㄕ崽?、葡萄糖和果糖,以及其它如氨基酸、次生代謝物等微量成分。一般而言,植物花蜜的分泌(生產(chǎn))是一種動(dòng)態(tài)過(guò)程,常常伴隨著花蜜生產(chǎn)重吸收。植物花朵在花蜜被動(dòng)物取食之后,往往能刺激花蜜的快速補(bǔ)充,花萎蔫或者凋落之前,往往會(huì)將花蜜的糖分回收到母體中。通常認(rèn)為,糖的生產(chǎn)往往消耗了植物體本身大量的資源,因此花蜜產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)過(guò)程存在一定的繁殖代價(jià),會(huì)影響花蜜的特征及其與傳粉動(dòng)物的互作,進(jìn)而影響植物繁殖適合度。

  中國(guó)科學(xué)院國(guó)際人才計(jì)劃訪問(wèn)學(xué)者、澳大利亞麥考瑞大學(xué)Graham Pyke教授和中國(guó)科學(xué)院昆明植物研究所任宗昕副研究員對(duì)花蜜生產(chǎn)及其動(dòng)態(tài)進(jìn)行了深入思考,從能量角度探究花蜜投資的代價(jià)和收益;全面系統(tǒng)的對(duì)花蜜生產(chǎn)及其相關(guān)的傳粉生物學(xué)320篇文獻(xiàn)進(jìn)行了整理,對(duì)已有的研究案例進(jìn)行剖析,進(jìn)而對(duì)將來(lái)的研究提出框架性建議。通過(guò)文獻(xiàn)的整理和分析發(fā)現(xiàn),花蜜生產(chǎn)是植物較大的能量投資,但是相應(yīng)的證據(jù)卻較為缺乏,并且實(shí)驗(yàn)結(jié)果往往難以解釋。較有說(shuō)服力的直接證據(jù)來(lái)自于以下三類(lèi)實(shí)驗(yàn):1)通過(guò)不斷移出花蜜,刺激花朵補(bǔ)充分泌更多的花蜜,減少能量用于種子生產(chǎn),從而降低了結(jié)籽率和種子重量。1991Pyke通過(guò)人工移出火鈴花科植物Blandfordia nobilis (1)的花蜜,刺激花朵分泌更多花蜜,并通過(guò)人工授粉與對(duì)照組比較,發(fā)現(xiàn)刺激花蜜分泌組的種子數(shù)量和重量都顯著下降,從而證明花蜜的生產(chǎn)是耗能的過(guò)程,是植物的繁殖代價(jià)。2)人工添加花蜜,花朵通過(guò)糖的重吸收過(guò)程獲得更多的能量用于種子的生產(chǎn),進(jìn)而增加了種子的產(chǎn)量。已有的研究的結(jié)果多樣,有些案例表明添加花蜜能促進(jìn)種子的產(chǎn)量,有些則無(wú)顯著影響。3)通過(guò)檢測(cè)葉片光合作用產(chǎn)生的能量分配到花蜜生產(chǎn)的比例確定花蜜的投資代價(jià)。極少的研究案例表明,花蜜消耗的能量的比例可以占到植物光合作用生產(chǎn)的總能量的4%37%。然而,上述的研究案例較少,一些研究案例并沒(méi)有建立在植物個(gè)體水平上,而是進(jìn)行單花的比較,從而不能有效的量化花蜜生產(chǎn)的投資和收益。 

  花蜜生產(chǎn)是植物的投資代價(jià)的間接證據(jù)還包括:1)花蜜分泌時(shí)間與傳粉動(dòng)物覓食時(shí)間的匹配。大多數(shù)植物花蜜分泌時(shí)間與傳粉動(dòng)物采集時(shí)間一致,表明花蜜生產(chǎn)需要節(jié)約成本,避免在非傳粉動(dòng)物活動(dòng)時(shí)間分泌。2)花蜜生產(chǎn)與植物生長(zhǎng)、植株大小和繁殖的權(quán)衡。一般來(lái)說(shuō),大的花朵具有較高的花蜜產(chǎn)量,而花蜜特征與其它性狀的負(fù)相關(guān)則表明花蜜生產(chǎn)有投資代價(jià)。3)花蜜的重吸收和無(wú)花蜜的欺騙性的花?;鄣闹匚帐且环N能量的回收,是節(jié)約能量的一種策略。欺騙性的花往往不分泌花蜜,可能是一種節(jié)約能量消耗的策略,將更多的資源用于花信號(hào)的展示。4)花蜜生產(chǎn)的能量分配。通過(guò)計(jì)算植物能量分配到花蜜的比例,可以得出花蜜生產(chǎn)的能耗,但是很難進(jìn)行操控實(shí)驗(yàn),往往通過(guò)去除葉片、添加水分等間接的手段來(lái)檢測(cè)花蜜生產(chǎn)的變化。5)植株內(nèi)不同器官間的能量分配。到目前為止,鮮有證據(jù)表明同一植株花朵間資源的轉(zhuǎn)運(yùn)和交互利用,開(kāi)展花蜜代價(jià)的研究時(shí)需要對(duì)植株所有花朵進(jìn)行單獨(dú)一種處理,以避免可能的能量交互利用。 

  文章對(duì)未來(lái)的研究方向提出了框架性建議:1)通過(guò)實(shí)驗(yàn)的手段,減少和增加花蜜生產(chǎn),檢測(cè)植物種子產(chǎn)量來(lái)驗(yàn)證花蜜投資的代價(jià);實(shí)驗(yàn)需要去除花朵間能量的轉(zhuǎn)移的影響,所以建議操作植株所有的花朵,而不是部分花朵。2)研究植物的能量的分配,包括能量的來(lái)源和去處,以及能量轉(zhuǎn)運(yùn)的通路和調(diào)控機(jī)理。3)構(gòu)建花蜜生產(chǎn)的投資代價(jià)和繁殖適合度收益的進(jìn)化模型,探究花蜜性狀進(jìn)化的途徑。4)解釋傳粉動(dòng)物與植物的互作如何塑造花蜜的特征和分泌行為。5)將花蜜的投資代價(jià)的理論應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn),促進(jìn)農(nóng)作物產(chǎn)量的提升。 

  研究成果以Floral nectar production: what cost to a plant?為題,發(fā)表于國(guó)際著名學(xué)術(shù)期刊Biological Reviews。Graham Pyke教授和任宗昕副研究員為共同作者,任宗昕副研究員為通訊作者。研究得到了中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專(zhuān)項(xiàng)(XDB31000000、國(guó)家自然科學(xué)基金(3227159431971570和中國(guó)科學(xué)院國(guó)際人才計(jì)劃訪問(wèn)學(xué)者項(xiàng)目(2021VBA0014)的支持。Pyke教授與任宗昕副研究員建立有長(zhǎng)期的合作研究關(guān)系,致力于植物花蜜分泌行為研究。 

  文章鏈接

 

1. 火鈴花科植物Blandfordia nobilis是開(kāi)展花蜜研究的模式植物。 

(責(zé)任編輯:李雪)

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