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科研進展

胡蜂傳播種子塑造傳播體特征及蟻播植物百部科的地理分布格局獲新進展

文章來源:中國科學院東亞植物多樣性與生物地理學重點實驗室  |  發布時間:2021-03-25  |  作者:李英,陳永生  |  瀏覽次數:  |  【打印】 【關閉

 

  物種擴散是塑造生物多樣性分布格局的重要生態和進化過程。植物類群的擴散通常是通過種子或其他繁殖體的散布來實現的,這一過程往往需要諸如風、水流及動物等非生物或生物媒介的參與。植物與種子傳播者的協同演化一直是進化生物學家關注的核心科學問題。目前,圍繞鳥類和哺乳動物等開展的植物與傳播者間的協同演化已有大量研究,但對無脊椎動物在植物種子傳播及時空分布格局中扮演的角色的研究則相對較少。  

  中國科學院昆明植物研究所極小種群野生植物綜合保護團隊的陳高研究員課題組一直從事植物與無脊椎動物互作的研究,發現螞蟻傳播種子的百部科植物是典型的腐尸花類群(Chen et al., 2017a, Journal of Integrative Plant Biology);該科部分類群存在少見的胡蜂傳播種子的進化策略(Chen et al., 2017b, Journal of Integrative Plant Biology);并進一步解析了胡蜂對百部科植物種子(傳播體)的擴散新機制種子聞起來看起來吃起來像胡蜂的獵物(Chen et al., 2018, New Phytologist 

  

大百部的蒴果看起來、聞起來、吃起來像胡蜂的獵物,吸引胡蜂攻擊傳播體(種子+油脂體),進而介導蟻播植物種子的長距離傳播

  最近研究團隊以胡蜂擴散的大百部(Stemona tuberosa)為研究對象,通過野外調查、化學分析、種子傳播實驗等探索了種子傳播者與傳播體在空中的權衡。結果表明:1胡蜂與傳播體質量存在當地適應性,二者的質量可能隨緯度升高而降低2)胡蜂對種子擴散效率與傳播體質量負相關3)交換實驗表明同種胡蜂擴散小傳播體效率更高。當地胡蜂可識別并搬運外來傳播體暗示了胡蜂嗅覺識別的穩定性。胡蜂與大百部傳播體的相互作用為我們提供了一個衡量動物對其互惠植物進化功能性狀選擇偏好的理想體系該研究成果以“Do dispersers shape diaspore mass in vespicochory?”為題發表于生態學期刊Ecology碩士研究生李英為第一作者,陳高研究員為通訊作者。 

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人工操作傳播體的大小顯著影響胡蜂的行為及種子的命運(擴散距離、叮咬種子的時間、種子被丟棄的位置等)  

  

大胡蜂可擴散大種子和小種子,小胡蜂只能擴散小種子,傳播體對種子和油脂體的投資比例受到嚴格的選擇 

  此外,研究團隊與北京大學、萊比錫大學等單位合作研究了百部科特殊種子擴散模式對其時空分布格局的影響。結果表明,該類群于晚白堊紀時期起源于亞洲大陸(東亞及中南半島)并隨后擴散至北美、馬來群島及澳大利亞北部。無脊椎動物介導的擴散可能會促使狹域特有現象的發生,對植物類群現代分布格局的形成起著重要作用。百部科不同類群擴散模式的差異深刻影響了該科生物地理過程。盡管經歷了漫長的演化歷史(從白堊紀至今),由于受限于螞蟻的擴散能力,絕大多數百部科物種不能跨越海洋的阻隔,為狹域特有類群,以其祖先起源地為多樣化中心,局限分布于其分布區內的大陸上,不能擴散到大陸周邊的島嶼。胡蜂具有強的擴散能力,可以跨越生物地理屏障,占據更為廣闊的分布區,大陸及周邊島嶼甚至是彼此隔離的馬來群島中均可見這些類群的分布。橋的接作用及季風氣候的發展可能促使了胡蜂傳播植物類群的成功擴散。該研究為我們理解無脊椎動物介導的擴散如何影響植物生物地理過程及現代分布格局形成提供了新的視角。也為百部科百部生物堿的多樣性分化提供了生物地理學方面的證據。該研究成果以“Invertebrate-mediated dispersal plays an important role in shaping the current distribution of a herbaceous monocot”為題發表于生物地理學期刊Journal of Biogeography。北京大學陳永生博士,昆明植物研究所曾春霞博士為共同第一作者,昆明植物所蔡祥海研究員和陳高研究員為共同通訊作者 

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百部科的全球地理分布  

  

百部科蟻播類群和胡蜂傳播類群的地理分布模式  

  

百部科的生物堿分布差異 

  上述研究得到國家自然科學基金(31670322; 32000169),NSFC-云南省聯合基金(U1602264),云南省青年拔尖人才(YNWR-QNBJ-2018-017),中國科學院大科學裝置(017-LSF-GBOWS-02)及德國BMBF project BIOHEALTH16GW0120K)項目的支持 

(責任編輯:李雪)

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