油质体在蚁播植物种子散布中的作用研究

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种子散布是植物生活史的重要环节,影响种子的命运进而会影响植物群落的空间分布格局。种子散布还会通过影响种群内和种群间的基因流动进而影响种群的适应性和生活史特征等演化过程。在长期的历史演化过程中,蚂蚁与植物间形成了多种互惠共生关系,蚂蚁散布植物种子便是其中之一。通过蚂蚁散布种子的植物称为蚁播植物,典型蚁播植物种子上常具有富含营养的附属物,这种附属物被称为油质体(elaiosome)。油质体在种子散布中起着重要的作用,一般认为蚂蚁通过取食油质体而得到食物报酬,而种子通过蚂蚁的搬运得到散布。在蚂蚁散布种子过程中,有研究认为油质体通过吸引蚂蚁取食而促进蚂蚁搬运种子,另有研究提出油质体可能通过给蚂蚁提供钳着位点(handle)而影响种子散布等。蚁播植物种子掉落到地表后大多数在48h内被蚂蚁快速搬运,种子滞留地表期间遭遇空气干燥或雨水浸泡,这可能影响蚂蚁对种子的散布。本文以几种典型蚁播植物:罂粟科(Papaveraceae)紫堇属(Corydalis)小花宽瓣黄堇(C. giraldii Fedde)、假刻叶紫堇(C. pseudoincisa C. Y. Wu)和白屈菜属(Chelidonium)白屈菜(Ch. majus L.)以及小檗科(Berberidaceae)淫羊藿属(Epimedium)柔毛淫羊藿(E. pubescens Maxim.)为研究材料,首先对这几种蚁播植物对应的搬运者蚂蚁种类和数量、不同蚂蚁种类对蚁播植物种子的搬运效率和搬运距离以及去除油质体对种子散布的影响进行了调查,初步研究了这几种蚁播植物与蚂蚁间的相互关系。其次进一步深入研究了油质体在种子散布中的作用,以及干燥和水浸对种子散布的影响。通过以上研究以期为蚁播植物研究提供资料,也为深入研究共生双方从蚁播中获得的利益以及蚂蚁和植物互惠共生关系提供理论依据。主要研究结果如下:1.蚁播植物与蚂蚁间的互惠共生关系是一种弥散性相互作用。四种蚁播植物样地共捕获到2385头蚂蚁,分别属于蚁亚科和切叶蚁亚科的9属16种。野外观察表明玉米毛蚁、尼特纳大头蚁、丝光蚁以及Aphaenogastter sp.1是样地中的几种主要搬运者。搬运小花宽瓣黄堇、假刻叶紫堇、白屈菜和柔毛淫羊藿种子的蚂蚁种类分别有6种、4种、2种和6种,不同的蚁播植物其搬运者蚂蚁种类和蚂蚁组成均不相同,其主要搬运者蚂蚁种类也不相同。同一种蚂蚁对不同的蚁播植物的搬运效率和散布距离也不相同。除假刻叶紫堇外,去除油质体显著降低了蚂蚁对种子的搬运效率。2.油质体在蚂蚁散布种子的过程中,不仅起到吸引蚂蚁搬运种子的作用,其钳着位点作用也不容忽视。蚂蚁对相同植物三类种子的触碰和检查次数均无显著差异。蚂蚁对种子的尝试搬运次数除玉米毛蚁对小花宽瓣黄堇、假刻叶紫堇和白屈菜去除油质体的种子(S)显著高于完整种子(SE)和粘有人工模拟油质体的种子(S+H)外,其它的均无显著差异。玉米毛蚁对小花宽瓣黄堇、假刻叶紫堇、白屈菜和紫花堇菜以及尼特纳大头蚁对小花宽瓣黄堇、假刻叶紫堇和紫花堇菜完整种子(SE)的搬运效率显著高于粘有人工模拟油质体的种子(S+H)和去除油质体的种子(S),此外,玉米毛蚁对小花宽瓣黄堇粘有人工模拟油质体的种子(S+H)的搬运效率显著高于去除油质体的种子(S)。这说明玉米毛蚁在搬运小花宽瓣黄堇种子过程中油质体不仅起到吸引作用,而且起到钳着位点作用;玉米毛蚁在搬运假刻叶紫堇、白屈菜和紫花堇菜以及尼特纳大头蚁搬运小花宽瓣黄堇、假刻叶紫堇和紫花堇菜种子过程中油质体仅起到吸引作用。3.干燥和水浸对种子散布的影响与蚁播植物种类有关。蚂蚁对种子的最初接触和最初搬运次数干燥/水浸不同时长与新鲜种子间差异均不显著,而不同程度的干燥均显著降低了丝光蚁对柔毛淫羊藿种子以及尼特纳大头蚁对假刻叶紫堇种子的搬运效率,对丝光蚁搬运小花宽瓣黄堇种子以及尼特纳大头蚁搬运白屈菜种子的搬运效率没有显著影响;不同程度的水浸显著降低了丝光蚁对小花宽瓣黄堇种子和柔毛淫羊藿种子以及尼特纳大头蚁对假刻叶紫堇种子的搬运效率,对尼特纳大头蚁搬运白屈菜种子的搬运效率影响不显著。以上实验结果表明,四种蚁播植物散布者蚂蚁种类和组成不同,不同蚁播植物具有不同的搬运效率和散布距离,油质体会影响种子的散布,蚂蚁散布种子是一种弥散性的相互作用关系。油质体可通过对蚂蚁起吸引作用,或同时起吸引和钳着位点的双重作用等影响种子散布,油质体的影响作用不但取决于植物种类,也与搬运蚂蚁的种类有关。蚂蚁没接触种子前对不同种子没有选择,不同蚁播植物对干燥和水浸的响应不同。
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