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科研進(jìn)展
喜馬拉雅-橫斷山區(qū)高山草甸植物-熊蜂傳粉網(wǎng)絡(luò)研究取得新進(jìn)展 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(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 | 發(fā)布時(shí)間:2021-08-10 | 作者:梁歡,王紅 | 瀏覽次數(shù): | 【打印】 【關(guān)閉】 傳粉是植物與動(dòng)物間互惠關(guān)系的重要組成部分。群落中不同植物與傳粉者相互作用,構(gòu)成復(fù)雜的傳粉網(wǎng)絡(luò)。研究進(jìn)化歷史和生態(tài)因子如何影響生物互作網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是生態(tài)學(xué)的核心問題之一。其中,中性作用假說(neutral hypotheses)認(rèn)為植物與傳粉者相互作用是隨機(jī)的,所有個(gè)體與其他個(gè)體相遇的幾率相同。而基于生態(tài)位過程的假說,包括限制作用(forbidden links)和性狀匹配(trait matching),則認(rèn)為物種的時(shí)空分布、性狀間的匹配程度等影響生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)。進(jìn)化歷史通過塑造物種表型影響互作模式,親緣關(guān)系較近的物種往往具有相似的表型,因此互作對象和互作模式相似,表現(xiàn)出系統(tǒng)發(fā)育信號(hào);另外,近緣物種也可能為了避免競爭或是由于快速分化產(chǎn)生不同的表型,表現(xiàn)出不同的互作模式。以往研究僅側(cè)重對其中一或兩個(gè)機(jī)制的分析,而整合進(jìn)化和生態(tài)多因子研究鮮有報(bào)道。 熊蜂屬(Bombus)是蜜蜂科的一類重要傳粉昆蟲,廣泛分布于北溫帶和高山地區(qū)。全球已知熊蜂約250種,我國占全球一半的種類,是熊蜂資源最豐富的國家。由于熊蜂傳粉系統(tǒng)泛化,傳粉效率高,且對低溫環(huán)境適應(yīng)力強(qiáng),在自然生態(tài)系統(tǒng)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上均具有重要的生態(tài)和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。在我國西南山地,熊蜂是傳粉網(wǎng)絡(luò)中極其重要的網(wǎng)絡(luò)樞紐物種,是眾多高山植物的傳粉昆蟲,如馬先蒿屬(Pedicularis)。近年來由于全球氣候變化、人為活動(dòng)干擾等因素,全世界熊蜂多樣性明顯下降,部分物種瀕臨滅絕甚至已經(jīng)滅絕。相比于歐洲和北美,我國對熊蜂的基礎(chǔ)研究仍然十分滯后,尤其是在生物多樣性熱點(diǎn)地區(qū)的喜馬拉雅-橫斷山區(qū),群落水平植物-熊蜂傳粉網(wǎng)絡(luò)的研究幾乎為空白。 中國科學(xué)院昆明植物研究所王紅研究員研究團(tuán)隊(duì),與美國加州大學(xué)河濱分校Nicole Rafferty博士合作,選擇滇西北麗江玉龍雪山海拔3200米的五個(gè)高山草甸樣地,利用生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的理論,結(jié)合系統(tǒng)發(fā)育、功能性狀、多度和物候等13個(gè)因子,研究了群落中29種植物和12種熊蜂間2428次相互作用模式的構(gòu)建機(jī)制(圖1)。研究表明,傳粉網(wǎng)絡(luò)具有顯著的系統(tǒng)發(fā)育信號(hào),近緣的熊蜂種傾向于訪問相似的植物(圖2);植物花蜜體積和糖含量是解析系統(tǒng)發(fā)育吸引模式最重要的性狀。在物種水平上,盡管長喙的熊蜂傾向于訪問具長花冠管植物,但是短喙熊蜂在不同花冠管長植物間泛化傳粉。個(gè)體水平上,熊蜂喙長-花冠管長、熊蜂體型大小-花開口寬度兩類性狀匹配均能解釋植物-熊蜂的互作模式。 該研究首次在生物多樣性熱點(diǎn)地區(qū)喜馬拉雅-橫斷山脈,綜合多種進(jìn)化和生態(tài)因子較全面地解析了植物-熊蜂互作模式的構(gòu)建機(jī)制。該研究創(chuàng)新性地提出了性狀匹配在個(gè)體水平上的顯著性,強(qiáng)調(diào)今后在群落生態(tài)學(xué)研究中需充分考慮種內(nèi)性狀變異的重要性。未來研究需要進(jìn)一步關(guān)注該地區(qū)熊蜂傳粉網(wǎng)絡(luò)的時(shí)空格局、同域分布熊蜂的生態(tài)位分化和共存機(jī)制,以及氣候變化、生境喪失等對物種表型、分布和種間互作模式可能造成的影響。 該研究成果以“Evolutionary and ecological factors structure a plant-bumblebee network in a biodiversity hotspot, the Himalaya-Hengduan Mountains”為題,發(fā)表在生態(tài)學(xué)主流期刊Functional Ecology,梁歡博士為論文的第一作者,Nicole Rafferty博士和王紅研究員為共同通訊作者。該研究得到了中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)(XDB31000000)、國家自然科學(xué)基金-云南省聯(lián)合基金重點(diǎn)項(xiàng)目(U1502261)、國家留學(xué)基金和云嶺學(xué)者項(xiàng)目資助。
圖1. 麗江玉龍雪山高山草甸(3200m)不同熊蜂訪問不同植物。圖N中紅色箭頭指示正在鉆入花中,吸取花管底部花蜜的熊蜂。
圖2. 群落中相互作用的12種熊蜂(左)與29種植物(右)傳粉網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系圖。中間灰色線條為不同植物與熊蜂間的連接,線條寬度代表互作頻率。圓圈大小及所表示的連接數(shù)(右下角)、熊蜂喙長(左,紅色字體)及植物花蜜體積和糖濃度(右,綠色字體)在圖中進(jìn)行了標(biāo)注。 (責(zé)任編輯:李雪)
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