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昆明植物所在“腐尸花”植物类群视觉和嗅觉信号同昆虫通讯研究中取得进展
日期:2015-09-09 |来源:昆明植物研究所 | 【 【打印】【关闭】浏览次数:

  在被子植物进行传粉的过程中,其花和传粉者的生态关系研究得较为充分。然而,花的视觉、嗅觉或味觉的多重功能如何同时完成及其维持的化学关系解析却缺乏关注。作为昆虫感知系统的信号线索,花的综合表型特征可能是将传粉者和植物的繁殖策略耦合在一起的多效应载体。目前,花的繁殖器官特征和传粉者感知系统进化的化学基础已成为生态学家或进化生物学家关注的兴趣点。 

  近年来,中国科学院昆明植物研究所孙卫邦研究组的陈高博士与该所蔡祥海研究员、夏成峰研究员合作,以云南省大宗经济作物魔芋(Amorphophallus konjac C. Koch),中国广泛使用的药用植物百部(Stemona japonica (Blume) Miquel)为研究材料。探索了这类典型的“腐尸花”植物的繁殖策略和食腐昆虫的进化关系,在研究进化生物学基础科学问题的同时,也期望能保护和持续利用这些受威胁广布种的野生居群。 

  魔芋的花序释放二甲基二硫和二甲基三硫等人类认为恶臭的气味吸引传粉的甲虫和苍蝇是大家熟知的“腐尸花”传粉策略,该机制在天南星科已经研究得比较充分。但被研究者忽视的另一特征是不相关的“腐尸花”类群多呈现血红色到紫褐色的视觉效应,该趋同进化趋势虽然为多数研究者熟悉,但并没有被详细地阐述。陈高等人研究发现魔芋花序不仅模拟尸体腐烂的气味,而且模拟尸体腐烂的不同阶段,从最初的模拟尸斑(红棕色)到最后的尸绿(墨绿色),该视觉和嗅觉信号给传粉者提供了长花期及大花展示的动态立体的生态效果。这些信号也暗示为什么被子植物中腐尸花类群多呈现“花巨大症”的形态特征,如泰坦魔芋(3米以上)、巨花马兜铃(50厘米以上)、大王花(100厘米)等。该研究揭示访花的苍蝇不能很好地将花序佛焰苞、尸斑、尸绿、血红素(尸斑色)、硫血红色(尸绿色)、魔芋花序的色素区分开来。同时,研究魔芋花序模拟尸斑的生物和化学信号基础,能为今后进一步促进魔芋种质资源创新提供理论支持和技术指导。本研究以Mimicking livor mortis: a well-known but unsubstantiated colour profile in sapromyophily为题,在线发表于生态学领域主流期刊Journal of Chemical Ecology上(http://link.springer.com/article/10.1007/s10886-015-0618-2)。 

  此外,通过和夏成峰研究组合作,研究人员也详细解析了另一种腐尸花科植物百部和传粉昆虫的化学通讯关系,该研究发现百部释放了在被子植物花中极少记录的1-Pyrroline作为吸引传粉昆虫的小分子信号物质。该化合物可能是苍蝇传粉者的性信息素,此化合物的发现、合成及其生态功能的验证,扩展了对腐尸花传粉综合征的认识(以前通常认为腐尸花释放二甲基二硫、二甲基三硫、粪臭素、吲哚、羧酸等吸引传粉者)。苍蝇的性信息素提取及其生态功能的交互验证还在进一步研究之中。 

  另外,除了被子植物,不少真菌也释放恶臭的气味吸引苍蝇或甲虫传播孢子,该进化策略类似典型的种子植物通过提供回报吸引吃果实的鸟类或蝙蝠进行种子传播。研究发现五棱散尾鬼笔通过释放恶臭的气味能吸引吃孢子的苍蝇、蠼螋、隐翅虫、露尾甲等进行孢子传播。 

  以上两项研究结果分别以Semen-like floral scents and pollination biology of a sapromyophilous plant Stemona japonica (Stemonaceae)、Spore dispersal of fetid Lysurus mokusin by feces of mycophagous insects为题,发表于Journal of Chemical Ecology上(http://link.springer.com/article/10.1007/s10886-015-0563-0)、(http://link.springer.com/article/10.1007/s10886-014-0481-6)。 

  

 被子植物中几种典型的“腐尸花”植物类群呈现尸斑或尸绿的视觉信号给食腐、食粪或食尸的传粉者 

 魔芋花序的颜色模拟尸体腐烂不同阶段的视觉信号及其视觉和味觉信号对苍蝇的联合或单独吸引效果 

 百部花释放1-吡咯专一地吸引芒蝇进行欺骗性传粉,该花呈现“腐尸花”的花色特征 

 释放恶臭气味的五棱散尾鬼笔通过吸引吃蘑菇的昆虫的粪便进行孢子传播 

  

 
 
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