花粉既是植物的雄配子体,也是传粉者觅食的营养品。花粉被访花者有效采集,则降低了花粉传递到柱头的几率。为探索植物配置花粉资源的适应策略,我们以川续断科(Dipsacaceae)川续断属(DipsacusL.)的两种草本植物为对象,开展花粉化学防御机制的研究。川续断属植物是两年生或者多年生草本;该属约20余种,主要分布于欧洲、北非和亚洲。作为重要的中药材,前人的研究主要集中在川续断属植物器官化学成分分析、药理研究、药材质量评价等方面,很少有人进行川续断属植物的传粉生态学研究。蜂类传粉的植物因蜂类有效收集和转运花粉造成花粉损失(pollen loss),植物如何在花粉用于受精与提供报酬之间维持平衡呢?有研究报道花粉中含有次级代谢物质,但其生态学意义不清楚。本研究以川续断属的大头续断(Dipsacus chinensis)和川续断(D.asper)为研究材料,野外观察到某些熊蜂对落置在虫体身上的续断花粉不梳理的现象,我们探究了熊蜂不梳理续断花粉的原因,花粉中次级代谢物质对熊蜂行为的影响以及植物花粉中产生有毒的次级代谢物质的生物学意义。主要的研究包括以下几个方面:1、为了调查大头续断、川续断传粉生态学基本的情况,我们连续5年对植物进行访花观察,测量植物的营养器官和繁殖器官特征,观察并记录了植物的花期物候,测量了大头续断一天之内花蜜的分泌动态,对大头续断和川续断进行了5种授粉处理。结果表明大头续断、川续断两种植物都具有泛化的传粉系统。两种植物的花白色,辐射对称,花蜜体积多而且糖浓度相对较高,并且一天之内持续分泌;访问者有膜翅目、鞘翅目、鳞翅目昆虫,其中膜翅目的熊蜂(Bumbles)是最重要的传粉者。大头续断和川续断的盛花期在7-8月,我们在云南和湖北两地的调查都注意到不同种熊蜂表现出明显差异的花粉梳理行为。自然的座果率和人工自花授粉、异花授粉的座果率没有显著差异。5年的研究表明大头续断和川续断有多样的访花者,但熊蜂是最有效的传粉者。2、为了定量比较不同熊蜂对大头续断、川续断花粉的梳理程度以及熊蜂不梳理花粉的行为是否是因为花粉本身的原因,比如,花粉的营养价值不高,花粉中产生有毒的不利于蜂类生长发育的次级代谢物质等。我们在野外随机抓捕不同种的熊蜂,分析比较熊蜂的花粉筐以及虫体身上携带的续断花粉的比例和数量。用氨基酸分析仪分析了续断花粉的氨基酸种类及其含量,高效液相色谱分析植物不同花器官中次级代谢物质的含量。研究结果表明,白背熊蜂(B.festivus)能有效地梳理大头续断、川续断的花粉,它的花粉筐中含有大量大头续断、川续断的花粉,而虫体身上落置的大头续断和川续断的花粉数量很少。红腹熊蜂(B.friseanus)、疏熊蜂(B.remotus)不梳理续断的花粉,它们足部的花粉筐中含有很少量的大头续断、川续断的花粉,而虫体身上却散布很多续断的花粉。三条熊蜂(B.trifasciatus 可以梳理收集一定量的川续断花粉。大头续断和川续断的花粉中游离氨基酸的含量都相对比较高,而且氨基酸的种类也比较齐全。高效液相色谱分析结果表明大头续断、川续断的花粉中含有次级代谢物质川续断皂苷Ⅵ含量相对较高,而花蜜中没有检测出来该物质。结果表明不同种熊蜂的花粉梳理行为有别,可能与其对花粉中有毒的次级代谢物质的耐受性有关。3、为了探究花粉中的次级代谢物质是否影响熊蜂的访问行为,对续断花粉梳理程度不一样的熊蜂对川续断皂苷Ⅵ的耐受程度是否不一样,不同花粉梳理程度的熊蜂的访花行为对植物的生殖成功贡献是否不同以及植物花粉中产生有毒的次级代谢物质的生物学意义,我们设置了一系列皂苷浓度梯度的人工花蜜控制实验比较不同浓度皂苷对熊蜂的访问率以及单花访问时间的影响;设计了向人工假花中加入不同皂苷浓度实验,比较熊蜂访问一次后剩余的花蜜的糖含量;比较不同梳理程度的熊蜂访问时一次移出和落置花粉量;2015在云南和湖北两个地方重复人工授粉实验。研究表明花粉中产生的次级代谢物质川续断皂苷Ⅵ(高浓度)能够遏制熊蜂的访问行为,包括访问率,单花访问时间以及一次访问吸收的花蜜量。这种遏制作用存在着剂量效应,即只有当人工花蜜中皂苷的含量超过自然状态下时花粉中皂苷含量才能显著遏制熊蜂访问行为。梳理续断花粉的白背熊蜂对皂苷的耐受能力要高于不梳理续断花粉的红腹熊蜂、疏熊蜂和三条熊蜂。可以有效梳理续断的花粉的白背熊蜂一次访花花粉移出的数量显著高于不能有效梳理花粉的红腹熊蜂、疏熊蜂。然而白背熊蜂一次访问花粉落置的数量却是显著低于不梳理花粉的红腹熊蜂和疏熊蜂。传粉者数量、访问频率、花粉梳理行为不同导致的传粉效率的不同,云南大头续断和川续断自然状态下都不存在花粉限制,然而神农架的川续断自然状态下存在花粉限制。我们的研究结果说明花粉中产生的有毒的次级代谢物能够降低熊蜂的访问行为,对熊蜂是不利的。熊蜂也可以通过降低访问频率,单花访问时间以及一次吸取花蜜的量来降低皂苷带来的伤害。某些对皂苷耐受能力差的熊蜂就采取不梳理续断的花粉来降低这种次级代谢物质带来的伤害。熊蜂不梳理续断花粉的行为可以提高一次访问落置的花粉数从而提高植物的生殖成功。这项实验为花粉的化学防御提供了新证据。