花部化学信号对五味子科传粉系统由泛化向特化转变的影响

Floral scent is an important part of the floral display for flowering plants. Changes in it may induce the pollinator (s) shift, and possibly, followed by the pollination system transition between generalization and specialization. However, we are still not clear about the transition mechanism for the latter question. Schisandraceae belong to the ANITA group, and most of their species are distributed in China. Based on the previous reports, there is a generalization-specialization differentiation in Schisandraceae, and gall midges are the only pollinators in the specialized pollination system. Many studies have shown that olfactory information is the main cue with which gall midges find their host plants, which is consistent with our results in Schisandra sphenanthera. Here, based on our previous work, we want to use the Schisandraceae plants as the experimental materials and employ field observations, Y-tube olfactometer tests, Gas Chromatography-Mass Spectrometer (GC-MS) and gas chromatography-electroantennographic detection (GC-EAD) methods: ①analysis floral scents differences among plants with generalized or specialized pollination system; ②find the ethological and electrophysiological evidences about whether pollinators visit flowers via scents; ③explore the effects of floral scents to the pollination system transition from generalization to specialization. It is of great scientific significance for understanding the pollination system dynamics in the early angiosperms through this project.

花部气味是被子植物花部展示的一个重要组成部分。它的改变可导致植物传粉者的改变, 并可能伴随泛化与特化传粉系统的转变，但目前对后一问题的转变机制仍缺乏了解。五味子科属于低等被子植物 ANITA组群，主要分布于我国。根据已有报道，该科植物存在明显的泛化与特化传粉系统的分化，且其特化传粉者均为瘿蚊。前人研究表明嗅觉信息是瘿蚊寻找宿主植物的主要信号，这与我们对华中五味子的研究结果是一致的。本项目在已有工作的基础上，拟以五味子科植物为研究对象，采用野外观察、Y型管嗅觉检测、气相色谱-质谱（GC-MS）分析以及气相色谱-触角电位检测（GC-EAD）相结合的方法：①分析泛化与特化传粉植物花部气味的差异；②找出传粉者是否通过花部气味对花有访问偏好的行为学和电生理学证据；③探究花部气味对五味子科传粉系统由泛化向特化转变中的作用。项目的执行对于理解传粉系统在早期被子植物类群中的动态变化具有重要的科学意义。

本课题主要关注五味子科瘿蚊的传粉生物学研究。研究内容主要包括瘿蚊传粉信号的研究，八角属厚被亚属红茴香中“cultivation mutualism”瘿蚊传粉现象的研究以及八角属薄被亚属中甲虫传粉生物学的研究。通过3年的调查研究，我们取得了很好的研究结果。.（1）以华中五味子为例，探明了瘿蚊对花部气味和颜色的行为学效应，同时探明了颜色传粉信号在瘿蚊欺骗传粉过程中的作用。本子课题研究首次对被子植物瘿蚊的传粉信号进行研究。.（2） 瘿蚊传粉现象至少发生在7个科的植物中，在五味子科八角属厚被亚属中，我们第一次在瘿蚊传粉中发现“cultivation mutualism”现象，并第一次在瘿蚊传粉过程中发现有微生物（根霉）的共生现象。本子课题对于研究瘿蚊从普通植食性昆虫向传粉性昆虫的转变有着重要的科学意义。.（3）五味子科八角属在新、旧大陆之间存在间断分布现象。分布于墨西哥湾的佛罗里达八角（Illicium floridanum）为美洲唯一一个薄被亚属物种，前期研究报道它的传粉者主要为膜翅目昆虫，甲虫很少，但目前对分布于旧大陆的薄被亚属物种的传粉生物学研究还没有报道。我们通过对假地枫皮连续3年的研究发现，它的传粉者主要为叶甲科、象甲科和腮金龟科等鞘翅目昆虫，膜翅目虽有出现，但数量相对非常少。本子课题是对旧大陆八角属薄被亚属传粉生物学研究的首例报道，也是五味子科第一例以甲虫为主要传粉者的植物。这对研究目前五味子科以膜翅目为主要传粉昆虫的起源具有重要的科学意义。