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  华南植物园发现南五味子属植物与传粉松脂瘿蚊互利共生机制  
  2017/05/24 | 【  

原始被子植物的小秘密 

  2017年可谓世界选举年,但刷屏无数,亮瞎眼的非美国总统与法国总统不可,他们让无数的老男和熟女觉得动力无限,前途光明。在北美70岁的唐纳德·特朗普携46岁的妻子入住白宫,成为美国45任总统;而地球的另一边,法国的马克龙在39岁时被64岁的妻子培养进了爱丽舍宫,成为法国最年轻的总统。再看看韩国的朴槿惠,不但丢了工作,还独守牢房。我们宝岛的小英同志,想去参加个WHA会议,5000岁的“家长”也不同意,是因为没有找对 “伴侣”?这是种什么宇宙力量?量子力学能解答吗?吃瓜的群众真是不懂了。还是让我们回归自然去找找参考答案吧! 

  原始被子植物与其传粉松脂瘿蚊之间互利共生关系就是自然界为我们提供的压箱底的“秘密”。 

  华南植物园植物科学中心罗世孝博士及其合作者以东南亚特有的原始被子植物类群“南五味子属”植物为研究对象,揭示了起源于40个百万年左右的被子植物是如何与只有1.5个百万年左右的传粉伴侣形成完美搭档“爬上”热带雨林之颠的机制。 

  当你走进热带雨林时,你不但会被巨大的板根,神奇的空中花园和各种各样的昆虫吸引,你还会纳闷怎么到处都是藤本,有的细如手指,有的粗如碗口,但你却很难看到它们的花、果,甚至连叶子也看不到,因为它们有的爬上了树梢,让你无法一见它们的真容。南五味子属部分种类就是这些藤本中的一员。南五味子属植物拥有艳丽的花朵,而且雌雄异花(图D)。那是什么“媒人”在为它们传粉呢?它们是怎么繁殖呢?这一问题长期困扰着植物学家和进化生物学家。 

  南五味子属的植物大多是在夏天的晚上开花,并且不分泌任何花蜜。当夜幕降临,晚风吹过,一股强烈的花香气味会飘在南五味子植物周围。罗世孝博士通过长期的野外观察发现,一种瘿蚊,又叫松脂瘿蚊(因为幼虫寄生在松树分泌的松脂油中而得名),循着“诱蚊”花香来访问植物的雄花和雌花(图AC & D)。瘿蚊在访问雄花时产卵于花药内(图B)或特殊的花被(图C),因此身上,特别是尾部会沾上大量的花粉。当瘿蚊在访问雌花时,同样会在此花中产卵,此时瘿蚊身上的花粉会沾到湿的柱头上,完成为植物授粉的过程。瘿蚊的卵会在35个小时之内孵化成幼虫(图E),由于幼虫具有咀嚼式口器,因此会咀嚼肥厚的花部结构表面,此时受伤的花会立即分泌 “防御”粘液(图E),以期驱赶这些“害虫”。杨子银博士通过研究发现,这种分泌物的主要成份是石竹烯,花香气味的主要成分是a-蒎烯,两者都是松脂油的主要成份,这个结果很好的解析了松脂瘿蚊能在南五味子花内成长发育的原因。但有一点非常特殊的是,南五味子的松脂瘿蚊是通过自己 “挖掘”而让花部结构分泌松脂油,并且能以这种“防御”分泌为食物,这与前人的研究,寄生在松树上的瘿蚊是利用甲虫伤害松树产生的松脂油产卵和发育完全不同。瘿蚊的幼虫在花内1-2天就发育成老熟幼虫,并且随花部结构一起掉落到地上结茧,第二年花期再飞出开始自己的新一轮生活史,并且为植物传粉。因此,南五味子植物与传粉松脂瘿蚊之间形成了互利共生传粉机制。 

  协同分子系统学研究发现,至少有4种南五味子属植物与松脂瘿蚊之间形成了一对一的专性共生关系,根据南五味子属植物花部结构特点,我们推荐这一专性互利共生传粉机制可能广泛存在于南五味子属植物中。针对植物与共生传粉瘿蚊的分化时间计算发现,这是一个相跨“百万年”的牵手。说什么“千年等一回”,那简直是太“low”了吧。当其它的原始被子植物在漫长的演化过程中成为单科,单属,单种,甚至从地球上消失时,南五味子属植物在新搭档的呵护下不但完成了传宗接代,而且还爬上 “热带雨林之颠”,真可谓人生的赢家。对南五味子属植物与松脂瘿蚊来说,这真是“夏天夏天已悄悄过去留下小秘密;压心底,压心底,不能告诉你……”。 

  知道特朗普与马克龙成为总统的“密码”了吗?千万不要想多了,热带雨林的故事还多着呢,期待下一个发现吧! 

  最新研究成果已在线发表在国际重要学术期刊 Annals of Botany上。实验过程中华南植物园植物科学中心罗世孝博士与农业资源中心杨子银博士在植物与传粉昆虫化学响应机制方向进行了探索与合作,也为后续的合作研究打下了良好的基础。该项目得到了国家自然科学基金面上项目(3117021731370268)的资助。 

  链接:https://academic.oup.com/aob/article-bstract/doi/10.1093/aob/mcx024/3748214/Coevolution-with-pollinating-resin-midges-led-to?redirectedFrom=fulltext 

     

  (华南植物园 罗世孝) 

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