獐牙菜属的花为辐射对称,花冠深裂至近基部,冠筒甚短,呈现明显的泛化传粉的综合征。但与一般泛化传粉类群不同的是,獐牙菜属拥有发育良好、形态多样的花冠蜜腺。这些特化的蜜腺很可能在昆虫传粉过程中发挥重要作用。獐牙菜属的蜜腺,按照形态可以分为腺窝和腺斑两个主要类别。腺窝的主体常是凹陷的蜜囊,边缘常覆以膜片或具流苏;而腺斑形态平坦,无流苏,常与花冠异色。腺窝常生于花冠裂片基部,而腺斑则大多生于花冠裂片中部。目前有关獐牙菜属传粉生态方面的报道很少。这些报道大多没有对蜜腺与传粉之间的关系付出足够的关注,且未见以具腺斑的种类为研究对象的报道。针对本属蜜腺的研究虽有一些,但都停留在形态学、系统分类学等层面,没有与传粉学实验结合起来。为了深入了解蜜腺在獐牙菜属内的演变规律,我们开展了本次实验。在本研究当中,我们选取了生长于同一地点的两种獐牙菜属植物——獐牙菜和贵州獐牙菜作为实验对象,二者的蜜腺类型分别是腺斑和腺窝。我们对两种植物分别进行了花部特征、交配式样、蜜腺特性和昆虫访花等方面的调查工作,结果如下:一、花部特征花部形态学獐牙菜两性花花冠的直径为25.67±3.74mm,腺斑圈直径为14.05±2.18mm,雄蕊长5.60±0.59mm,雌蕊长6.03±1.13mm。雄蕊群直径在雄阶段为8.2±2.3mm,雌阶段为12.5±1.6mm,存在极显著差异,直观上表现为显明的雄蕊向外运动。獐牙菜存在一定数量的雌花。相对于两性花而言,雌花的花冠直径、腺斑圈直径和雌蕊长度均极显著地较小。贵州獐牙菜花冠直径为15.8±1.3mm,腺斑圈直径为3.2±0.2mm,雄蕊长4.2±0.3mm,雌蕊长4.2±0.4mm,雄蕊群直径3.6±0.6mm,雄蕊运动的幅度很小。獐牙菜的整个花期内,其蜜腺圈直径始终大于雄蕊群直径,亦即腺斑始终位于雄蕊外侧,而贵州獐牙菜则与之相反,腺窝-雌蕊的间距比花药-雌蕊更近。单花花期獐牙菜的单花自花冠张开,至花冠闭合共计持续5.44±1.25d。其中,自花冠张开至花药开裂(散粉开始),用时0.87±0.76h。散粉期持续0.50±0.49d。自散粉结束至柱头开裂,用时1.01±0.38d。柱头可授期持续2.05±0.63d。贵州獐牙菜单花花期不超过1d,花药通常伴随着花冠的开放一同开裂,柱头的暴露通常与花药开裂时间相一致,并不存在明显的雌雄异熟。开花式样以植株为单位,花期内的獐牙菜植株平均每日开花6.1朵,其中处于雄阶段的两性花2.6朵,处于雌阶段的两性花2.4朵,雌花0.9朵。各植株的每日开花数呈明显的偏态分布,少数植株的开花数远高于居群平均水平。植株的每日平均开放花数与株高成显著正相关。居群内雌花占比为9.7±3.3%。居群内雌花数量和雌花占比随着日期推移并无明显的上升或下降趋势。雌花占比在植株之间存在很大差异,亦呈现偏态分布,但与植株每日开放总花数没有显著相关,与株高亦无显著相关。贵州獐牙菜花期内植株的当前开花数目为11.7±6.6。开放花数在植株之间的分布没有明显的偏态。二、交配式样散粉实验套袋花经过1日后,花药上的花粉数并无显著减少,而自然散粉的花经过0.3日,花粉已基本散毕。以上结果表明獐牙菜的花药若隔离了访花昆虫,则不能完成散粉,而在自然条件下獐牙菜的花药可以迅速而彻底地完成散粉。风力、重力等作用对于獐牙菜传粉的效力微乎其微,要完成传粉必须有昆虫访花者的参与。柱头落粉率调查獐牙菜两性花的柱头落粉率为91.1%。雌花的柱头落粉率为80.0%。花粉-胚珠比獐牙菜单花内总花粉数为86355±26618,单花内胚珠数为95±25,花粉-胚珠比为912±171。獐牙菜雌花内的胚珠数为47±10,极显著地少于两性花。贵州獐牙菜单花内总花粉数为8072±1513,单花内总胚珠数为170±42,花粉-胚珠比为49.2±11.5。结实率、结籽率实验去雄并套袋的獐牙菜两性花均未结实,指示着獐牙菜不存在无融合生殖。仅套袋的两性花有少数结实,总体结籽率为20.3±32.7%,但这少数的结实现象很可能是袋子充当了传粉媒介所致。去雄后自然授粉的两性花,全部结实,结籽率为82.2±15.7%,自然授粉的两性花,几乎全部结实,结籽率为83.2±22.6%,结籽率在二者之间无显著差异,说明去雄对獐牙菜的柱头授粉过程基本不存在影响。人工授以同株花粉的两性花,全部结实,结籽率为83.8±27.7%,人工授以异株花粉的两性花,也全部结实,结籽率为77.0±17.8%,二者之间并无显著差异,表明獐牙菜自交完全可亲和。自然授粉的处理组的结籽率并不显著低于人工授以足量花粉的处理组,因此,在獐牙菜实验居群内并不存在明显的花粉限制。自然授粉的雌花均结实,结籽率为94.3±8.3%,显著高于自然授粉两性花的结籽率。贵州獐牙菜套袋组的结实率为4.7%,结籽率为0.7±3.9%。去雄组的结实率为7.7%,结籽率为5.1±18.2%。自然授粉组的结实率为40.0%,结籽率为32.0±43.6%。三组数据相比,自然授粉组不论结实率还是结籽率均显著高于套袋组和去雄组。只有自花花药与访花昆虫同时存在,贵州獐牙菜才能获得比较可观的结实与结籽,因此可以确定,贵州獐牙菜的自花花药与昆虫访花者两因素产生了显著的协同作用,换言之,贵州獐牙菜在自然条件下结实的主体部分来自昆虫辅助的自花授粉。三、蜜腺特性表面结构獐牙菜的腺斑具有平坦的外观,腺斑区表面的细胞形态与花冠上表面其他区域的细胞十分相似。这些表皮细胞均呈乳突状,乳突的外表面密布纵行的棱脊,相邻乳突之间的距离约为10到20μm。这种微结构十分类似莲叶表面的形态,很可能具有“莲叶效应”,使得花蜜在花冠上表面倾向于聚集成液珠附着于腺斑处,而非流溢于花瓣之外。贵州獐牙菜与同属的大多数物种相同,具有凹陷形态的腺窝,腺窝的边缘具有长流苏。贵州獐牙菜蜜腺和花冠裂片的表面并不具有类似獐牙菜的乳突结构。腺斑对传粉昆虫的作用去除腺斑并未显著减少来访昆虫数目,但单只昆虫在花上的停留时间显著缩短了。结果表明与花冠异色的腺斑在单花对于昆虫的视觉吸引方面不具备决定性作用,但其提供报酬的功能使得它在激励昆虫在花上停留更长时间这一任务中扮演着至关重要的角色。花蜜分泌獐牙菜的一朵两性花,其花蜜分泌共计持续4.9±1.6d。单花在整个花期内的花蜜分泌总量为57.2±29.1μl,其中雄阶段分泌总量为26.8±11.6μl,雌阶段分泌总量为28.1±22.3μl。单花单日分泌花蜜量为10.5±7.4μl,其中雄阶段单日为13.9±8.0μl,雌阶段单日为8.5±6.2μl,雄阶段远高于雌阶段。单花在花期第一日所分泌的花蜜量最多,以后每日依次降低。从第4日起,已开始有少数的单花无花蜜分泌,至第6日,已有过半的单花不再分泌花蜜。雌花产蜜的速度远小于两性花。獐牙菜花蜜的糖浓度为7.6±4.1%,在雄阶段为10.8±4.2%,雌阶段为6.2±3.1%,雄阶段远高于雌阶段。花期最初2日的花蜜糖浓度较高,至第3日有一个明显的下降,以后整体趋势上逐渐降低。獐牙菜单花单日分泌的糖分量为0.84±0.77mg,雄阶段单日的糖分量为1.41±0.88mg,雌阶段为0.59±0.57mg,雄阶段远高于雌阶段。獐牙菜单花在花期内所分泌的糖分总量为4.97±2.61mg。贵州獐牙菜分泌的花蜜十分微少,难以测量。四、昆虫传粉昆虫种类和行为獐牙菜的访花昆虫种类多达35种以上,其中多为双翅目和膜翅目,极少数为半翅目、鳞翅目、鞘翅目和其他门类。几乎所有造访獐牙菜花朵的昆虫,在取食花蜜时均有在花冠上“绕圈”的行为。大多数昆虫“绕圈”的形式是在花瓣间爬行,爬行时身体长轴与腺斑圈的切线方向大致保持一致,我们将这样的取蜜行为称作“典型”行为。少数种类以飞行方式从一花瓣运动到下一花瓣。獐牙菜访花昆虫的体型和访花时所采用的行为与其接触花药的机会大小息息相关。昆虫取食花粉的行为在獐牙菜花上十分罕见。贵州獐牙菜的访花昆虫种类远少于獐牙菜,记录到的仅有约13种,其中绝大部分都是膜翅目和双翅目,其他门类仅极偶然可见。獐牙菜与贵州獐牙菜相对比,二者的蜂类访花者种类数基本相当,而造访前者的蝇类种类远多于后者。访花频率獐牙菜居群内的访花事件有56%来自蜂类,42%来自蝇类。附近生境内的贵州獐牙菜居群的访花事件有76%来自蜂类,23%来自蝇类。拜访獐牙菜的蝇类比例极显著地高于贵州獐牙菜。一朵处于花期内的獐牙菜两性花的被访频率为17.1次/h。其中处于雄阶段的花的被访频率较高,为21.4次/h,而雌阶段两性花被访频率只有13.2次/h。雌花的被访频率远低于花期内的两性花,仅有4.2次/h。蜂类造访獐牙菜的频率略高于蝇类。贵州獐牙菜单花的被访频率远低于獐牙菜,仅为2.9次/h。蜂类和蝇类对贵州獐牙菜的访花频率依次为2.2次/h和0.7次/h。花上停留时间与行经花瓣数目未受惊的昆虫个体在獐牙菜一朵雄阶段两性花上的停留时间为19.8±1.2s,在一朵雌阶段两性花上的停留时间为15.1±1.0s,而在一朵雌花上仅停留8.9±1.5s,三者呈显著的递减关系。蝇类个体的停留时间比蜂类略长。各昆虫类群的花上停留时间分布都呈强烈的偏态,平均值远高于中值,只有大型蝇类的偏态性没有那么强烈。大体趋势上讲大型蝇类比蜂类的停留时间更长,而且更为稳定。未受惊的昆虫个体在访问一朵雄阶段两性花时所行经的花瓣数目为4.6±0.15,访问雌阶段两性花时所行经的花瓣数目为4.1±0.13,访问雌花时所行经的花瓣数目为4.2±0.43。在不同花朵类别之间,昆虫行经花瓣数目的差异并不如昆虫停留时间的差异那样悬殊。蜂类个体行经花瓣数目的均值较多于蝇类。昆虫行经花瓣数目分布的偏态性不及停留时间那样强烈。昆虫个体在贵州獐牙菜的单花上平均停留22.5±6.4s,行经花瓣数目为4.8±0.4。蜂类的数据比蝇类略高。传粉效率实验结果表明,在獐牙菜居群内,蝇类群体的传粉贡献明显高于蜂类群体,亦即,由蝇类完成的有效访花明显多于蜂类。对獐牙菜两性花而言,完成有效访花事件的主要都是那些体型较大的种类。大型蝇类群体对传粉的贡献明显高于大型蜂类,甚至高于蜂类全体。蝇类个体传粉的稳定性和高效性指数显著高于蜂类个体,而在两性花,大型蝇类个体的这些指数又远高于蝇类平均水平,同时也远高于大型蜂类。根据以上对比,可以认为在个体传粉效率方面,大型蝇类远胜于其他类群。在贵州獐牙菜居群内,蝇类在个体层面的传粉效率略高于蜂类,但由于访花频率远不及蜂类高,因此在群体层面的传粉贡献落后于蜂类。獐牙菜访花昆虫在群体层面的传粉效率远高于贵州獐牙菜。综合以上结果,可以得出的结论是:獐牙菜为昆虫参与的异花授粉,自然条件下异交率和结实、结籽率较高,主要传粉者类群为大型蝇类。贵州獐牙菜为昆虫辅助的自花授粉,自然条件下异交率和结实、结籽率较低。在獐牙菜的进化历程中,很可能经历了从蜂类传粉到蝇类传粉的转变,这一主要传粉者类群的转变很可能与蜜腺形态由腺窝到腺斑的变异具有关联性。蝇类在传统意义的理解当中是较蜂类低效的传粉者,但在獐牙菜,雄阶段和雌阶段需求不同的访花行为方能完成有效授粉。这样,蜂类具有的精确性和固定性的特点在实质上降低了其传粉效率,而蝇类访花行为的随机性和多样性使得其在雄、雌阶段均有较高的传粉效率。这种传粉效率的差异也许是獐牙菜发展出适合蝇类口器的蜜腺形态——腺斑的重要选择压力之一。在獐牙菜,昆虫有效访花行为的二态性是由开放式的花冠和位置外移的蜜腺共同导致的。导致(獐牙菜属)花冠深裂而开展的驱动力,很可能是因为如此一来可以加大雄蕊运动的幅度,从而获得更严格的雌雄空间隔离,进而更有效地减少自交。导致(獐牙菜)蜜腺外移的驱动力,则很可能是由于这样的花部设计有利于雄性适合度的提升。关于蜜腺和昆虫访花等实验的结果均支持一个观点,即獐牙菜的两性花更加偏重于实现雄性生殖成功。为了尽量降低这一偏重性对雌性适合度的不利影响,獐牙菜一方面保留了雄蕊运动、花二型的特征,另一方面出现了性别分离,即产生一定比例的雌花来减少性别干扰。