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受威脅植物海菜花的兩性模擬和“不完美”的欺騙性傳粉

  在自然界,很多植物通過向傳粉者提供回報(如花蜜、花粉等)誘使傳粉者為其傳粉。但有的植物不為傳粉者提供回報,而是利用擬態來欺騙傳粉者為其傳粉,這種現象被稱為欺騙性傳粉(deceit pollination)。蘭科植物提供了許多欺騙性傳粉的著名案例,在這些欺騙性傳粉體系中,模擬者和被模擬對象常常是不同的物種。而在一種被稱為兩性模擬(intersexual mimicry)的欺騙性傳粉中,模擬者和被模擬對象則是同一種植物。在自然界,僅約6%的被子植物為雌雄異株,其中一些植物存在雄花有回報而雌花無回報的特征。一個物種的生殖成功需要保證傳粉者既訪問雄花也要訪問雌花。在這類植物中,無回報的雌花如何通過模擬有回報的雄花從而欺騙傳粉者訪問成為了一個有趣的研究問題。 

  海菜花(Ottelia acuminata)是分布在中國南部的一種雌雄異株的水生植物,曾為云南高原湖泊的象征。它對水體污染敏感,僅輕度污染就能導致一個水體內所有的海菜花消失,曾經有海菜花分布的很多湖泊現在已經難見其蹤影。雖然中國高等植物受威脅物種名錄(2017)將海菜花評為易危(VU),但其脆弱性超過陸生的受威脅植物,國家科技基礎資源調查專項“中國西南地區極小種群野生植物調查與種質保存”項目(2017FY100100)將其列入了調查物種。 

  研究發現海菜花存在兩性模擬的欺騙性傳粉:海菜花的雌花對傳粉者(中華蜜蜂)沒有回報,但雌花的花部形態、花部色素及花香的成分和比例與有花粉回報的雄花極其相似。有趣的是,海菜花雌花散發的花香顯著高于雄花且尺寸略大,這兩個特征都有利于雌花在與雄花競爭傳粉者訪問中有更佳的“廣告”效果,但是也意味著海菜花在進化過程中可能受到了花粉限制(pollen limitation)的影響,即雌花的成功傳粉可能長期受到傳粉者不足的限制。 

  那么,雌性海菜花的模擬是否成功欺騙了傳粉者呢?研究發現,雖然海菜花種群的雌雄株比例約為1:7,但中華蜜蜂的訪花行為在次數上對雄花有顯著偏好。這意味著中華蜜蜂能夠識別雌雄花并更多的訪問了雄花,雌花的欺騙并不“完美”。但是,這個結果并沒有導致此研究中的海菜花種群出現強烈的花粉限制。夏婧等(2013)研究發現種群大小和雌雄花比例會影響海菜花人工種群的花粉限制。結合他們的研究,研究人員推論:雖然海菜花雌花的模擬并不能完全騙過傳粉者,但是仍起到了避免傳粉者強烈歧視并引導傳粉者偶然受騙的效果,保證了傳粉者的訪問中仍有一小部分給予了雌花(有研究認為偶然地訪問無回報的花對傳粉者的懲罰是微小的,并不會導致傳粉者強烈的去避免這種錯誤)。因此,在傳粉者數量及訪花次數高的種群中,雌花獲得的訪花數量提高并抵消了傳粉者歧視可能引發的花粉限制。而一個足夠大、雄花足夠多的海菜花種群,預告了豐富的回報,更可能獲得傳粉者的光臨。這時,兩性模擬的欺騙性傳粉雖然不完美但已足夠有效了。這個研究對保護海菜花及具有類似傳粉機制的植物有重要的意義,揭示了這類植物的繁殖和更新對傳粉者數量及其訪花行為具有較高的依賴,在遭遇種群萎縮時可能會更加脆弱,也提醒保護工作者對海菜花和類似植物開展人工種群恢復或重建時需要重視構建合理的種群規模和雌雄比例。 

  該研究交叉結合了保護生物學、動植物協同進化和植物化學生態學的研究方法,以“Intersexual mimicry and imperfect deceit of a threatened aquatic herb Ottelia acuminata”為題在線發表于Journal of Systematics and Evolution期刊。楊靜與牛洋為共同第一作者,陳高和蔡祥海為共同通訊作者。 

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