花型对称性对蜂类传粉的适应机制：基于野牡丹花型自然转变的研究

花型由辐射对称向两侧对称的进化是被子植物进化过程中的三次重大事件之一。社会性传粉昆虫特别是传粉蜂类的出现与繁盛对于花型对称性的进化起了关键的作用。由于花型演变需要漫长的历史过程，目前对花型进化适应机制的研究多是通过人工操作改变花型，但这些操作会对花结构造成不同程度的破坏；而且关于花型对称性对蜂类传粉的适应机制尚无相关报道。本项目以我国华南地区常见种野牡丹（Melastoma malabathricum L.）为研究对象，利用其开花进程中花型对称性的自然转变，通过检测花型辐射对称与两侧对称阶段主要和次要传粉者的传粉效率、传粉精确度以及柱头落置自花花粉比例的变化，揭示花型对称性在进化过程中对蜂类传粉的适应机制，进而探讨不同效率的传粉者对花型进化的选择作用。同时本研究的结果也将有助于探索植物与传粉者的协同进化机理和被子植物花型多样性的形成原因。

花型由辐射对称向两侧对称的进化是被子植物进化过程中的三次重大事件之一。社会性传粉昆虫特别是传粉蜂类的出现与繁盛对于花型对称性的进化起了关键的作用。由于人工操作改变花型会对花结构造成破坏，本项目利用野牡丹（Melastoma malabathricum L.）开花进程中花型对称性的自然转变，通过检测花型辐射对称与两侧对称阶段主要和次要传粉者的传粉效率、传粉精确度以及柱头落置自花花粉几率的变化，揭示花型对称性在进化过程中对于蜂类传粉的适应机制，进而探讨不同效率的传粉者对于花型进化的选择作用。. 本项目利用野牡丹花型的自然转变，针对以下三方面的问题开展研究：（1）明确野牡丹花型对称性对传粉效率以及传粉精确度的影响，揭示两侧对称花型对蜂类传粉的适应机制。（2）通过检测野牡丹开花进程两个阶段柱头上自花花粉比例的变化，探讨花型由辐射对称转变为两侧对称是否为避免自交的机制。（3） 通过比较主要传粉者与次要传粉者对花型对称性转变的行为响应，探讨不同效率的传粉者对花型进化的选择作用，检验“最有效传粉者法则”是否可以解释野牡丹两侧对称花型的形成。. 研究结果表明，两侧对称花型与辐射对称花型相比，领木蜂的访花频率、与柱头接触几率以及单次访花后的柱头花粉沉积量均显著较高。支持“两侧对称花型可以提高传粉效率和精确度”的假说。两侧对称阶段柱头自花花粉比例显著低于辐射对称阶段，表明花型对称性的转变对于降低自交几率有积极意义。花型对称性对于主要传粉者领木蜂的访花频率和单花停留时间具有显著影响，而对次要传粉者无垫蜂的影响不显著。同时实验中发现，野牡丹花两侧对称阶段，“传粉型”和“给食型”雄蕊的花粉释放速率几乎相同，表明两组雄蕊之间存在精确的协调。这是第一次在具有明确功能分化的雄蕊群中发现“协作”机制，对于探索和揭示被子植物花内雄蕊分化的适应机理具有重要意义。同时，实验结果证明了野牡丹“花粉报酬”的提供首先适应于植物满足其雄性功能的需要。本研究的结果也将有助于探索植物与传粉者的协同进化机理和被子植物花型多样性的形成原因。. 在本项目支持下目前已发表（含接收）SCI期刊论文4篇（均有标注），并在此研究基础之上申请到国家自然科学基金面上项目一项（项目批准号：31370269）及国家公派访问学者项目一项（录取文号：留金发[2012]3022）。