蓝翠雀花退化雄蕊力学筛选机制研究

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被子植物花部特征的演化主要受到传粉者的选择驱动,同时也受到多种非传粉因子的影响,如环境因素、植食作用等。因而,花部特征的演化可能处在特殊且复杂的综合选择体系中。植物传粉者相互作用领域的一个核心问题是,当植物不能直接评估访花者的质量时,植物是否以及如何选择最佳的传粉者。筛选机制是植物与传粉者筛选博弈研究的重要内容,也是维持和推动动植物协同进化机制共同进化的重要理论框架。此外,在高海拔地区,植物为应对当地恶劣气候与环境,甚至植食性昆虫的影响,花特征也会迫于适应环境而发生演化,形成相应具有保护功能的结构。在此,本文主要对三个居群蓝翠雀花退化雄蕊的力学筛选这一新功能进行了研究。首先,测量蓝翠雀花各个花性状,确定哪些花性状之间存在相关性;其次,对不同实验地点的昆虫组合、访花次数、访花率和传粉效率进行了观察记录;然后,对蓝翠雀花退化雄蕊关于阳光直射保护,雨水冲刷保护和昆虫啃食保护的功能进行了验证;最主要的,检测并比较了压开蓝翠雀花退化雄蕊所需的力学强度和传粉者能够达到的力学强度;此外,也验证了蓝翠雀花蜜距对访花昆虫喙的长度筛选机制。本文证实了蓝翠雀花退化雄蕊对访花昆虫力学强度的生物力学筛选机制,旨在揭示退化雄蕊这特殊花形态特征的生态学功能,并试图研究退化雄蕊是否为极端环境选择压力下植物与环境相适应的结果,以及退化雄蕊与传粉者之间是否存在生态学上的协同进化。进一步探讨植物花部形态结构演化机制,具有解释特殊花部结构的传粉适应性和进化的意义。主要结果表明:(1)不同实验站之间蓝翠雀花的花性状存在显著差异。并且部分花特征与退化雄蕊的力学强度之间存在强相关性,说明退化雄蕊的力学强度可能是由花的功能模块中的部分花特征组合决定的,导致不同种群的退化雄蕊力学强度不同。(2)去除退化雄蕊后蓝翠雀花花粉萌发率在阳光直射下显著降低,说明退化雄蕊具有阳光直射保护机制。在雨水天气去除退化雄蕊显著降低了蓝翠雀花的花粉数量,也说明其具有雨水冲刷保护机制。此外,去除退化雄蕊组与自然对照的昆虫啃食率无显著性差异,表明蓝翠雀花的退化雄蕊可能没有阻止植食者啃食繁殖器官的功能。(3)各居群压开雄蕊期蓝翠雀花退化雄蕊的力学强度均与当地蓝翠雀花传粉者的力学强度相匹配,力学强度小于压开退化雄蕊的昆虫显著低于退化雄蕊的操作力学强度,但这个力学筛选机制在雌蕊期不存在,表明退化雄蕊仅在雄蕊期形成了对访花昆虫的生物力学筛选机制。(4)各居群蓝翠雀花的蜜距长均与当地传粉昆虫的喙长相匹配,且显著长于非访花昆虫,表明蜜距形成了对访花昆虫的喙长度筛选机制。(5)不同居群花蓝翠雀花高效昆虫的筛选都是通过生物力学筛选和长度筛选相结合的复杂机制实现的,表明传粉者在植物对传粉者形态的适应中发挥着重要作用,这很可能是植物对传粉者形态的趋同进化的结果。
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