二叠纪松柏类植物与蛀木甲虫相互作用研究

Plant–insect interaction plays a pivotal role in today’s terrestrial ecosystems, including nutrient cycling, crucial food web links and mutualistic relationships. However, the interactions between plants and insects during the deep geological times are so far less well understood due to lack of fossil evidence. Permineralised plant specimens offer a unique window into the plant–insect interactions and their co-evolution. Based on the previously NSFC-supported studies, the applicant has collected a large number of well-preserved permineralised plant axes from the Permian of the Cathaysian Flora. These permineralised axes not only possess very detailed anatomical structures, such like the pith, primary xylem, leaf trace and bark, but also show diverse evidence of fossil insects. The applicant also has obtained some similar material from the Euramerican Flora. The applicant preliminarily found that the anatomical structures of some Permian conifers showing high similarity to that of certain extant lineage, more interestingly, these fossil conifers preserved with a lot wood-boring beetle information, such like mandibles, chitins, egg chlorins, coprolites, tunnel complex, etc. The applicant plans to study these precious specimens by using Micro-CT and other techniques, to reveal the diversity/evolution of conifer, and the interaction/co-evolution of the conifers and wood-boring beetles, e.g. the feeding behavior of wood-boring beetles, the physiological reaction of the host plants. The project will for the first time document the fossil record of both conifers and wood-boring beetles from the Permian Cathaysian Flora, and shed light on a comprehensive understanding for the ancient terretrial ecosystems and the co-evolutionary history of conifers and wood-boring beetles.

植物与昆虫的相互关系是当今陆地生态系统的重要组成部分，也是生态学研究的热点之一。但地史时期植物与昆虫的相互关系，以及形成这些相互关系的生物之间的协同演化过程等还存在许多未解之谜。在前期国家基金资助下，申请人对二叠纪矿化植物进行了系统的研究，并对植物茎干中保存的蛀木节肢动物遗迹开展了初步工作。最近，申请人发现华夏植物群某些松柏类标本的解剖结构不仅与现生支系具较高可比性，而且还保存了精美的蛀木甲虫化石，如蛀孔、粪便颗粒等遗迹以及口器、卵壳等实体标本；申请人在欧洲也发现了一些类似的化石材料。本项目拟通过进一步收集二叠纪矿化松柏类植物与蛀木甲虫标本，利用Micro-CT等技术对这类珍贵材料展开系统研究，揭示二叠纪松柏类植物和甲虫的分异、相互关系（甲虫生活习性、宿主植物生理响应），并进一步探讨两者的协同演化机制。本项目将为深入认识地史时期的陆地生态系统以及松柏类与蛀木甲虫的协同演化提供信息。

植物与昆虫的相互关系是当今陆地生态系统的重要组成部分，也是生态学研究的热点之一。但由于缺乏相关研究，我们对地史时期植物与昆虫的相互关系，以及形成这些相互关系的生物之间的协同演化过程等还存在许多未解之谜。项目执行以来，项目组在大量野外工作基础上，利用印痕、压型、矿化等多种保存形式的植物化石标本，结合光学显微镜、扫描电子显微镜等多种技术手段，对晚古生代至早中生代植物与昆虫相互作用、植物多样性、陆生植物群落演替等方面开展了一系列深入研究，在Nature Communications、Earth-Science Reviews、Science Bulletin、Global and Planetary Change、Review of Palaeobotany and Palynology等国际核心学术期刊发表13篇标注基金资助的论文。我们发现晚古生代末期植物与昆虫之间的相互作用方式不仅多样性高、而且它们之间的关系也呈现高度复杂化，多种不同类群的植物、昆虫与其它节肢动物发生多种生物相互作用的现象较普通，构成了复杂的生态网络关系；在火山活动频繁的环境里，植物与昆虫之间的相互作用受到严重影响，无论在昆虫伤害结构类型多样性和昆虫伤害出现频率等方面都显著降低；植物与昆虫相互作用的复杂程度在晚二叠世已出现明显的纬度梯度，这种纬度梯度可能是引起不同纬度地区植物对二叠纪末生物大灭绝事件产生差异响应的原因。本项目的执行为深入认识地质历史时期植物多样性、昆虫多样性、植物与昆虫相互作用和协同演化提供了线索。项目执行期间，项目组成员出国参加学术交流5人次，参加国内外学术会议20余人次，4研究生获得理学硕士学位，1名研究生获得“硕士研究生国家奖学金”、1名研究生获得“云南省优秀硕士学位论文”。