中国兜兰属植物的传粉生态学研究

兰科植物多样化的花部性状和复杂的传粉系统为我们研究传粉者与花部性状关系提供了材料，兰科植物的多样性被认为是适应于多样化特化传粉者的结果。对同属不同形态的兰科植物进行传粉生态学观察，对于了解花部性状与传粉系统的关系，理解传粉者在花部进化中的作用具有重要意义。兜兰属植物是兰科植物中比较独特的类群，全世界约有69种，该属植物的花部性状（唇瓣形状、花部颜色）存在很大的差异。本文通过对我国4种具有不同花部性状的兜兰进行传粉生物学研究，探讨该属植物传粉机制与花部形状的关系和适应性进化等问题。 1.硬叶兜兰的传粉生物学 在贵州省东北部对硬叶兜兰传粉进行了连续4年的野外观察和实验，结果表明，硬叶兜兰是由蜂类传粉的，其中黄熊蜂是主要传粉者;硬叶兜兰不产生气味，主要依靠颜色来吸引传粉者。虽然传粉者主要为蜂类，但硬叶兜兰花还吸引了大量食蚜蝇访问者，并且蜂类和食蚜蝇在花上具有相似的行为。所以，硬叶兜兰的花信号是吸引“访问昆虫”，并不是专性吸引“传粉昆虫”的。虽然食蚜蝇类访问者也可以进入硬叶兜兰的传粉通道，但是硬叶兜兰传粉通道的大小决定了熊蜂为其主要传粉者，而频繁访花的食蚜蝇由于体形过小不能为硬叶兜兰传粉。 2.小叶兜兰和长瓣兜兰的传粉生物学 对小叶兜兰和长瓣兜兰的传粉生物学研究，证实了依据传粉综合征概念所作出的推测。小叶兜兰和长瓣兜兰都是由食蚜蝇传粉的，两种兜兰在观察地点的主要传粉者均为黑带食蚜蝇;并且它们都是依靠欺骗食蚜蝇传粉的。通过气味分析，我们发现小叶兜兰和长瓣兜兰都不产生气味，它们都是依靠颜色来欺骗传粉者的。但两种兜兰的欺骗机制存在差异，并且这种差异与花部颜色特征的不同相关。小叶兜兰黄色退化雄蕊的反射光谱符合觅食中的食蚜蝇对颜色的偏好，能有效的诱骗食蚜蝇传粉;长瓣兜兰则是利用花瓣基部的黑色突起和睫状毛模拟繁殖地（蚜虫）来欺骗雌性食蚜蝇。根据本实验结果，我们认为传粉综合征只是对应于不同的传粉选择压力而不是简单对应于传粉者种类，利用传粉综合征预测时还需要考虑生境和演化历史等因素对花部形态的影响，这样才可能得到有效的结果。 3. 带叶兜兰传粉生物学 在广西雅长自然保护区对带叶兜兰传粉进行了连续2年的野外观察。结果表明，带叶兜兰是自交亲和、需要昆虫传粉的欺骗性植物。紫纹异巴食蚜蝇是观察地点唯一的传粉者。虽然小叶兜兰和长瓣兜兰的主要传粉者——黑带食蚜蝇也会访问带叶兜兰，但因为胸高较大不能通过传粉通道，常常被卡死在带叶兜兰的传粉通道中。通过对比小叶兜兰、长瓣兜兰和带叶兜兰的传粉通道大小，以及相应的传粉者的大小，我们发现带叶兜兰具有比其它两种兜兰小的传粉通道，同时，带叶兜兰主要传粉者的胸高也比其它两种兜兰主要传粉者的胸高小。带叶兜兰的传粉通道可以起到限制传粉者种类的作用。此外，带叶兜兰可能是通过模拟食蚜蝇的繁殖地来吸引传粉者的。 4.兜兰属传粉系统的转变 综合已有的关于兜兰属传粉机制的报道以及本文的观察结果，并结合分子系统学证据。我们做出如下推测，兜兰属中存在由蜂类传粉向蝇类传粉转变的趋势，并且这种转变是由兜兰属植物花颜色对昆虫的吸引以及花结构（传粉通道大小）对访问昆虫选择的共同作用结果。兜兰属中较为原始的种类（如硬叶兜兰）可以同时吸引蜂类和蝇类访问者;通过花各部分性状的转变，特别是假雄蕊在颜色上的特化（反射光谱变化范围），或花萼和花瓣的黑色突起和睫状毛附属物对繁殖地（蚜虫）的模拟，处于较进化地位的兜兰属种类则专性吸引食蚜蝇。同样地，兜兰属中较为原始的种类具有较大的传粉通道，从而限制了蝇类访问者作为传粉者，但允许体形较大熊蜂类访问者成为有效传粉者;随着传粉通道的变小，兜兰属植物则仅允许体形较小的食蚜蝇成为有效传粉者。传粉通道越小，有效传粉者的选择余地就越窄。