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科研进展

胡蜂传播种子塑造传播体特征及蚁播植物百部科的地理分布格局获新进展

文章来源:中国科学院东亚植物多样性与生物地理学重点实验室  |  发布时间:2021-03-25  |  作者:李英,陈永生  |  浏览次数:  |  【打印】 【关闭

 

  物种扩散是塑造生物多样性分布格局的重要生态和进化过程。植物类群的扩散通常是通过种子或其他繁殖体的散布来实现的,这一过程往往需要诸如风、水流及动物等非生物或生物媒介的参与。植物与种子传播者的协同演化一直是进化生物学家关注的核心科学问题。目前,围绕鸟类和哺乳动物等开展的植物与传播者间的协同演化已有大量研究,但对无脊椎动物在植物种子传播及时空分布格局中扮演的角色的研究则相对较少。  

  中国科学院昆明植物研究所极小种群野生植物综合保护团队的陈高研究员课题组一直从事植物与无脊椎动物互作的研究,发现蚂蚁传播种子的百部科植物是典型的腐尸花类群(Chen et al., 2017a, Journal of Integrative Plant Biology);该科部分类群存在少见的胡蜂传播种子的进化策略(Chen et al., 2017b, Journal of Integrative Plant Biology);并进一步解析了胡蜂对百部科植物种子(传播体)的扩散新机制种子闻起来看起来吃起来像胡蜂的猎物(Chen et al., 2018, New Phytologist 

  

大百部的蒴果看起来、闻起来、吃起来像胡蜂的猎物,吸引胡蜂攻击传播体(种子+油脂体),进而介导蚁播植物种子的长距离传播

  最近研究团队以胡蜂扩散的大百部(Stemona tuberosa)为研究对象,通过野外调查、化学分析、种子传播实验等探索了种子传播者与传播体在空中的权衡。结果表明:1胡蜂与传播体质量存在当地适应性,二者的质量可能随纬度升高而降低2)胡蜂对种子扩散效率与传播体质量负相关3)交换实验表明同种胡蜂扩散小传播体效率更高。当地胡蜂可识别并搬运外来传播体暗示了胡蜂嗅觉识别的稳定性。胡蜂与大百部传播体的相互作用为我们提供了一个衡量动物对其互惠植物进化功能性状选择偏好的理想体系该研究成果以“Do dispersers shape diaspore mass in vespicochory?”为题发表于生态学期刊Ecology硕士研究生李英为第一作者,陈高研究员为通讯作者。 

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人工操作传播体的大小显著影响胡蜂的行为及种子的命运(扩散距离、叮咬种子的时间、种子被丢弃的位置等)  

  

大胡蜂可扩散大种子和小种子,小胡蜂只能扩散小种子,传播体对种子和油脂体的投资比例受到严格的选择 

  此外,研究团队与北京大学、莱比锡大学等单位合作研究了百部科特殊种子扩散模式对其时空分布格局的影响。结果表明,该类群于晚白垩纪时期起源于亚洲大陆(东亚及中南半岛)并随后扩散至北美、马来群岛及澳大利亚北部。无脊椎动物介导的扩散可能会促使狭域特有现象的发生,对植物类群现代分布格局的形成起着重要作用。百部科不同类群扩散模式的差异深刻影响了该科生物地理过程。尽管经历了漫长的演化历史(从白垩纪至今),由于受限于蚂蚁的扩散能力,绝大多数百部科物种不能跨越海洋的阻隔,为狭域特有类群,以其祖先起源地为多样化中心,局限分布于其分布区内的大陆上,不能扩散到大陆周边的岛屿。胡蜂具有强的扩散能力,可以跨越生物地理屏障,占据更为广阔的分布区,大陆及周边岛屿甚至是彼此隔离的马来群岛中均可见这些类群的分布。桥的接作用及季风气候的发展可能促使了胡蜂传播植物类群的成功扩散。该研究为我们理解无脊椎动物介导的扩散如何影响植物生物地理过程及现代分布格局形成提供了新的视角。也为百部科百部生物碱的多样性分化提供了生物地理学方面的证据。该研究成果以“Invertebrate-mediated dispersal plays an important role in shaping the current distribution of a herbaceous monocot”为题发表于生物地理学期刊Journal of Biogeography。北京大学陈永生博士,昆明植物研究所曾春霞博士为共同第一作者,昆明植物所蔡祥海研究员和陈高研究员为共同通讯作者 

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百部科的全球地理分布  

  

百部科蚁播类群和胡蜂传播类群的地理分布模式  

  

百部科的生物碱分布差异 

  上述研究得到国家自然科学基金(31670322; 32000169),NSFC-云南省联合基金(U1602264),云南省青年拔尖人才(YNWR-QNBJ-2018-017),中国科学院大科学装置(017-LSF-GBOWS-02)及德国BMBF project BIOHEALTH16GW0120K)项目的支持 

(责任编辑:李雪)

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