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植物花色演化与传粉动物介导的花色性状选择研究特邀综述

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:2021-07-22  |  作者:任宗昕,Judith Trunschke,王红  |  浏览次数:  |  【打印】 【关闭

 

  自然界中被子植物的花朵五彩缤纷,呈现出极其丰富的颜色和式样的多样性。花色多样性的成因,以及花色与传粉动物的互作机制一直是进化生态学富有挑战性的问题。其中最大的难点在于人类与传粉动物所感知的花颜色多样性和辨别颜色的差异和能力不同,大多数传粉昆虫对紫外光敏感,但却是红色盲。依靠动物传粉的植物花部性状的演化,可能源于其性状与传粉动物视觉和觅食行为等多方面及其交互作用的影响。因此,仅用拟人化的方式来解析传粉动物对花色的感知和偏好可能很难反映客观事实。然而到目前为止,大多数研究者对花色演化和多样化产生原因的理解主要来自于宏进化研究的结果,侧重于花色变异及其在物种间转变以及与传粉者转变的关系。

中国科学院昆明植物研究所王红研究员研究团队与中国科学院国际人才计划(PIFI)访问学者德国Klaus Lunau教授(Heinrich-Heine-University)和澳大利亚Graham H. Pyke教授(Macquarie University)合作发表特邀综述文章。该研究通过对184篇相关文献的深入分析指出,已有的研究大多涉及花色性状与动物的视觉感知和反应两个方面,存在问题在于:首先,植物花色性状和适合度方面:对花色和花色式样的量化,以及花色与花部其它性状的关联,特别是花色与花报酬的联系缺乏研究;非生物因子对种间和种类花色变异的影响机制尚不清楚。其次,传粉动物对花色的视觉感知和识别能力以及行为反应方面:动物对色彩的感知能力和偏好、动物个体的学习能力研究,动物对花色感知、辨别行为的过程和后果,以及生物和环境对感知过程的影响尚不清楚。

该综述文章对上述问题以及进一步的实验设计进行了详细的论述,提出了新的解决方案和今后研究的框架性建议,通过多学科整合和交叉研究,需要重点关注以下问题:第一,花色特性、变异和功能:1、对花色性状的认识需要整合花生物学和化学(色素)和光学(光吸收、投射、反射和散射以及结构色)特性;2、区分传粉动物对饱和度反差的反应和对色相的反应,以及花色与生境和伴生植物花色的差异;3、传粉动物对花内色彩式样的反应和选择;4、花结构色的选择与植物-传粉动物互作的信号交流。第二,传粉动物视觉和花色感知:1、加强模式和非模式传粉动物光谱视觉模型构建和研究;2、植物的繁殖适合度与传粉昆虫偏好和行为的变异结合。第三,传粉者吸引和对花色的反应:1、实验室内生物行为控制实验结果拓展应用到野外环境中;2、野外传粉动物对花色的觅食偏好,并建立花色-报酬的关联性。第四、传粉昆虫介导的花性状选择:1、花色特征与传粉动物访问频率和效率的相关性;2、传粉动物访花行为和效率对花色性状的选择影响;3、传粉环境,包括群落伴生植物和花粉限制对花色性状选择的影响。该研究为进一步深入开展植物花色演化与传粉动物介导的花色性状选择研究,以及在种群水平植物花色连续变异的性状选择研究提供了重要的启示。

近期,该研究作为“花色在被子植物进化中的作用”专辑的特邀综述文章,以“Floral color evolution and the evidence of pollinator-mediated selection”为题发表在国际植物学著名期刊Frontiers in Plant Sciences。德国籍博士后Judith Trunschke为论文第一作者,任宗昕副研究和王红研究员为论文共同通讯作者,Klaus Lunau教授和Graham H. Pyke 教授为合作者。该项目得到了中国科学院先导B专项(XDB31000000)、中国博士后国际人才引进计划和中国科学院国际人才计划项目的支持。

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(责任编辑:李雪)

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