蚂蚁参与的传粉系统——基于鸟巢兰属和对叶兰属三种兰科植物的传粉生物学研究

蚂蚁和被子植物之间存在广泛、普遍和多样的关系，但蚂蚁为被子植物传粉的报道却很少。本文通过对分布于四川省黄龙寺自然保护区黄龙沟内鸟巢兰属和对叶兰属的三种花结构十分相似的植物(高山鸟巢兰Neottia listeroides、小叶对叶兰Listera smithii以及花叶对叶兰L. puberula var. maculata)的传粉生态学研究，首次在国内报道高山鸟巢兰和花叶对叶兰中蚂蚁参与的传粉现象，并探讨了蚂蚁参与的传粉系统中蚂蚁传粉的特点、传粉效率、蚂蚁活动特点与防止自花授粉的关系、以及蚂蚁传粉的作用等问题。同时通过蚂蚁参与传粉的高山鸟巢兰和花叶对叶兰以及没有蚂蚁参与传粉的小叶对叶兰的生境对比，初步分析了蚂蚁参与传粉的生境条件。 黄龙沟内小叶对叶兰、高山鸟巢兰和花叶对叶兰居群水平的花期分别可持续27 d、40 d和50 d，大量开花期(～60%)分别在6月下旬到7月上旬、7月中下旬和8月。这3种植物都具暴露的花蜜，花蜜位于唇瓣中央不明显蜜槽内，花蜜量很小。访问小叶对叶兰的昆虫非常少，2005年和2007年均没有观察到传粉者。在2005年，姬蜂和瘿蜂为花叶对叶兰主要传粉者。在2007年，蚂蚁(包括细胸蚁和立毛蚁)分别是高山鸟巢兰和花叶对叶兰最主要的传粉者，其单花访问次数、携粉次数以及授粉次数分别在这2种植物的所有访问昆虫中是最高的。蚂蚁沿唇瓣蜜槽取食花蜜，到达唇瓣基部后，在高山鸟巢兰上，一般情况下蚂蚁头部不能接触到蕊喙先端，只有当蚂蚁头部向上抬起，才能触碰到蕊喙，花粉团通过蕊喙先端释放的粘滴粘在蚂蚁头部最顶端;而在花叶对叶兰上，只要蚂蚁在唇瓣基部活动就可以触碰到蕊喙，花粉团粘在蚂蚁头部的前额处。当小叶对叶兰、高山鸟巢兰和花叶对叶兰的蕊喙先端被触碰后，立即向下运动盖住柱头，分别约9 h、21 h和23 h重新抬起至药帽位置。蕊喙的这种运动可以避免因蚂蚁的重复访问而引起自花授粉的发生。繁育系统实验表明，这3种植物是自交亲和的，但必须依靠昆虫进行传粉。自然条件下，小叶对叶兰的自然结实率在2005和2007年分别为18.03%和14.42%，花叶对叶兰在2005和2007年分别为17.05%和43.20%，高山鸟巢兰在2007年为19.77%。 细胸蚁和立毛蚁在高山鸟巢兰和花叶对叶兰上的访问频率差异不大，前者略低于后者，但高山鸟巢兰的结实率却远低于花叶对叶兰。这主要是由于高山鸟巢兰与细胸蚁和立毛蚁之间形态上的不完全适应，而花叶对叶兰与2种蚂蚁之间形态上却较为适应的缘故。虽然2007年2种蚂蚁是高山鸟巢兰和花叶对叶兰最有效的传粉者，但这种传粉关系可能只是在特定时间和独特生态环境中出现的。生境干旱可能是导致蚂蚁访花和传粉的重要因素。我们的研究结果也初步表明当环境变化导致原有的主要传粉者缺失时，蚂蚁可以起到补充传粉的作用。