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中國科學(xué)院昆明植物研究所
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科研進展

昆明植物所在“腐尸花”植物類群視覺和嗅覺信號同昆蟲通訊研究中取得進展

文章來源:昆明植物園  |  發(fā)布時間:2015-09-11  |  作者:陳高  |  瀏覽次數(shù):  |  【打印】 【關(guān)閉

 

  在被子植物進行傳粉的過程中,其花和傳粉者的生態(tài)關(guān)系研究得較為充分。然而,花的視覺、嗅覺或味覺的多重功能如何同時完成及其維持的化學(xué)關(guān)系解析卻缺乏關(guān)注。作為昆蟲感知系統(tǒng)的信號線索,花的綜合表型特征可能是將傳粉者和植物的繁殖策略耦合在一起的多效應(yīng)載體。目前,花的繁殖器官特征和傳粉者感知系統(tǒng)進化的化學(xué)基礎(chǔ)已成為生態(tài)學(xué)家或進化生物學(xué)家關(guān)注的興趣點。 

  近年來,中國科學(xué)院昆明植物研究所孫衛(wèi)邦研究組的陳高博士與該所蔡祥海研究員、夏成峰研究員合作,以云南省大宗經(jīng)濟作物魔芋(Amorphophallus konjac C. Koch),中國廣泛使用的藥用植物百部(Stemona japonica (Blume) Miquel)為研究材料。探索了這類典型的腐尸花植物的繁殖策略和食腐昆蟲的進化關(guān)系,在研究進化生物學(xué)基礎(chǔ)科學(xué)問題的同時,也期望能保護和持續(xù)利用這些受威脅廣布種的野生居群。 

  魔芋的花序釋放二甲基二硫和二甲基三硫等人類認(rèn)為惡臭的氣味吸引傳粉的甲蟲和蒼蠅是大家熟知的腐尸花傳粉策略,該機制在天南星科已經(jīng)研究得比較充分。但被研究者忽視的另一特征是不相關(guān)的腐尸花類群多呈現(xiàn)血紅色到紫褐色的視覺效應(yīng),該趨同進化趨勢雖然為多數(shù)研究者熟悉,但并沒有被詳細(xì)地闡述。陳高等人研究發(fā)現(xiàn)魔芋花序不僅模擬尸體腐爛的氣味,而且模擬尸體腐爛的不同階段,從最初的模擬尸斑(紅棕色)到最后的尸綠(墨綠色),該視覺和嗅覺信號給傳粉者提供了長花期及大花展示的動態(tài)立體的生態(tài)效果。這些信號也暗示為什么被子植物中腐尸花類群多呈現(xiàn)花巨大癥的形態(tài)特征,如泰坦魔芋(3以上)、巨花馬兜鈴(50厘米以上)、大王花(100厘米)等。該研究揭示訪花的蒼蠅不能很好地將花序佛焰苞、尸斑、尸綠、血紅素(尸斑色)、硫血紅色(尸綠色)、魔芋花序的色素區(qū)分開來。同時,研究魔芋花序模擬尸斑的生物和化學(xué)信號基礎(chǔ),能為今后進一步促進魔芋種質(zhì)資源創(chuàng)新提供理論支持和技術(shù)指導(dǎo)。本研究以Mimicking livor mortis: a well-known but unsubstantiated colour profile in sapromyophily為題,在線發(fā)表于生態(tài)學(xué)領(lǐng)域主流期刊Journal of Chemical Ecology上(http://link.springer.com/article/10.1007/s10886-015-0618-2)。 

  此外,通過和夏成峰研究組合作,研究人員也詳細(xì)解析了另一種腐尸花科植物百部和傳粉昆蟲的化學(xué)通訊關(guān)系,該研究發(fā)現(xiàn)百部釋放了在被子植物花中極少記錄的1-Pyrroline作為吸引傳粉昆蟲的小分子信號物質(zhì)。該化合物可能是蒼蠅傳粉者的性信息素,此化合物的發(fā)現(xiàn)、合成及其生態(tài)功能的驗證,擴展了對腐尸花傳粉綜合征的認(rèn)識(以前通常認(rèn)為腐尸花釋放二甲基二硫、二甲基三硫、糞臭素、吲哚、羧酸等吸引傳粉者)。蒼蠅的性信息素提取及其生態(tài)功能的交互驗證還在進一步研究之中。 

  另外,除了被子植物,不少真菌也釋放惡臭的氣味吸引蒼蠅或甲蟲傳播孢子,該進化策略類似典型的種子植物通過提供回報吸引吃果實的鳥類或蝙蝠進行種子傳播。研究發(fā)現(xiàn)五棱散尾鬼筆通過釋放惡臭的氣味能吸引吃孢子的蒼蠅、蠼螋、隱翅蟲、露尾甲等進行孢子傳播。 

  以上兩項研究結(jié)果分別以Semen-like floral scents and pollination biology of a sapromyophilous plant Stemona japonica (Stemonaceae)、Spore dispersal of fetid Lysurus mokusin by feces of mycophagous insects為題,發(fā)表于Journal of Chemical Ecology上(http://link.springer.com/article/10.1007/s10886-015-0563-0)、(http://link.springer.com/article/10.1007/s10886-014-0481-6)。

  被子植物中幾種典型的“腐尸花”植物類群呈現(xiàn)尸斑或尸綠的視覺信號給食腐、食糞或食尸的傳粉者 

  魔芋花序的顏色模擬尸體腐爛不同階段的視覺信號及其視覺和味覺信號對蒼蠅的聯(lián)合或單獨吸引效果 

  百部花釋放1-吡咯專一地吸引芒蠅進行欺騙性傳粉,該花呈現(xiàn)“腐尸花”的花色特征 

  釋放惡臭氣味的五棱散尾鬼筆通過吸引吃蘑菇的昆蟲的糞便進行孢子傳播 

 


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