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植物花色演化與傳粉動物介導(dǎo)的花色性狀選擇研究特邀綜述

文章來源:中國科學(xué)院東亞植物多樣性與生物地理學(xué)重點實驗室  |  發(fā)布時間:2021-07-22  |  作者:任宗昕,Judith Trunschke,王紅  |  瀏覽次數(shù):  |  【打印】 【關(guān)閉

 

  自然界中被子植物的花朵五彩繽紛,呈現(xiàn)出極其豐富的顏色和式樣的多樣性?;ㄉ鄻有缘某梢颍约盎ㄉc傳粉動物的互作機制一直是進化生態(tài)學(xué)富有挑戰(zhàn)性的問題。其中最大的難點在于人類與傳粉動物所感知的花顏色多樣性和辨別顏色的差異和能力不同,大多數(shù)傳粉昆蟲對紫外光敏感,但卻是紅色盲。依靠動物傳粉的植物花部性狀的演化,可能源于其性狀與傳粉動物視覺和覓食行為等多方面及其交互作用的影響。因此,僅用擬人化的方式來解析傳粉動物對花色的感知和偏好可能很難反映客觀事實。然而到目前為止,大多數(shù)研究者對花色演化和多樣化產(chǎn)生原因的理解主要來自于宏進化研究的結(jié)果,側(cè)重于花色變異及其在物種間轉(zhuǎn)變以及與傳粉者轉(zhuǎn)變的關(guān)系。

中國科學(xué)院昆明植物研究所王紅研究員研究團隊與中國科學(xué)院國際人才計劃(PIFI)訪問學(xué)者德國Klaus Lunau教授(Heinrich-Heine-University)和澳大利亞Graham H. Pyke教授(Macquarie University)合作發(fā)表特邀綜述文章。該研究通過對184篇相關(guān)文獻的深入分析指出,已有的研究大多涉及花色性狀與動物的視覺感知和反應(yīng)兩個方面,存在問題在于:首先,植物花色性狀和適合度方面:對花色和花色式樣的量化,以及花色與花部其它性狀的關(guān)聯(lián),特別是花色與花報酬的聯(lián)系缺乏研究;非生物因子對種間和種類花色變異的影響機制尚不清楚。其次,傳粉動物對花色的視覺感知和識別能力以及行為反應(yīng)方面:動物對色彩的感知能力和偏好、動物個體的學(xué)習(xí)能力研究,動物對花色感知、辨別行為的過程和后果,以及生物和環(huán)境對感知過程的影響尚不清楚。

該綜述文章對上述問題以及進一步的實驗設(shè)計進行了詳細(xì)的論述,提出了新的解決方案和今后研究的框架性建議,通過多學(xué)科整合和交叉研究,需要重點關(guān)注以下問題:第一,花色特性、變異和功能:1、對花色性狀的認(rèn)識需要整合花生物學(xué)和化學(xué)(色素)和光學(xué)(光吸收、投射、反射和散射以及結(jié)構(gòu)色)特性;2、區(qū)分傳粉動物對飽和度反差的反應(yīng)和對色相的反應(yīng),以及花色與生境和伴生植物花色的差異;3、傳粉動物對花內(nèi)色彩式樣的反應(yīng)和選擇;4、花結(jié)構(gòu)色的選擇與植物-傳粉動物互作的信號交流。第二,傳粉動物視覺和花色感知:1、加強模式和非模式傳粉動物光譜視覺模型構(gòu)建和研究;2、植物的繁殖適合度與傳粉昆蟲偏好和行為的變異結(jié)合。第三,傳粉者吸引和對花色的反應(yīng):1、實驗室內(nèi)生物行為控制實驗結(jié)果拓展應(yīng)用到野外環(huán)境中;2、野外傳粉動物對花色的覓食偏好,并建立花色-報酬的關(guān)聯(lián)性。第四、傳粉昆蟲介導(dǎo)的花性狀選擇:1、花色特征與傳粉動物訪問頻率和效率的相關(guān)性;2、傳粉動物訪花行為和效率對花色性狀的選擇影響;3、傳粉環(huán)境,包括群落伴生植物和花粉限制對花色性狀選擇的影響。該研究為進一步深入開展植物花色演化與傳粉動物介導(dǎo)的花色性狀選擇研究,以及在種群水平植物花色連續(xù)變異的性狀選擇研究提供了重要的啟示。

近期,該研究作為“花色在被子植物進化中的作用”專輯的特邀綜述文章,以“Floral color evolution and the evidence of pollinator-mediated selection”為題發(fā)表在國際植物學(xué)著名期刊Frontiers in Plant Sciences。德國籍博士后Judith Trunschke為論文第一作者,任宗昕副研究和王紅研究員為論文共同通訊作者,Klaus Lunau教授和Graham H. Pyke 教授為合作者。該項目得到了中國科學(xué)院先導(dǎo)B專項(XDB31000000)、中國博士后國際人才引進計劃和中國科學(xué)院國際人才計劃項目的支持。

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(責(zé)任編輯:李雪)

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