五味子科几种植物的传粉生物学和种子散播

五味子科(Schisandraceae)隶属于木兰亚纲八角目(Illiciales)，为攀缘藤本，花单性，雌雄异株或同株。近年来分子系统学的研究结果显示，一个包括八角目在内的所谓ANITA类群（Amborellaceae – Nymphaeales – Illiciales – Trimeniaceae - Austrobaileyaceae）代表了被子植物最基部的类群。这使得五味子科成为解决原始被子植物起源和演化问题的重要类群之一，而倍受关注。作为被子植物的原始类群，其繁育系统、传粉生物学和种子传播等方面的知识对于理解被子植物起源和基部各大类群之间的系统发育关系是至关重要的，而五味子科在这些方面的研究几乎还是空白。本研究选取几种代表不同雄蕊群类型的五味子科植物，对其进行传粉生物学和种子散播方式的研究，在此基础上讨论了该科植物和早期被子植物的传粉机制和种子散播机制。 1．翼梗五味子的传粉生物学 翼梗五味子是严格的雌雄异株。雄花在颜色、形状和大小上都与雌花非常相似，但是数量明显多于雌花。在开放后，雌雄花的花被片都不完全张开，把雄蕊群和雌蕊群包在其中，花被片和雄蕊群或雌蕊群之间的空隙非常狭小。翼梗五味子的花不能产热，不能散发出花香，也不分泌花蜜。翼梗五味子的传粉者只有Megommata sp.（瘿蚊科）的雌性成虫，花粉是对传粉者的唯一回报。Megommata sp.访问翼梗五味子的雄花摄取花粉作为其卵巢发育或产卵所需的额外营养，而雌花则是通过模拟雄花的形态来吸引昆虫的。绿叶五味子的传粉机制与翼梗五味子相似，也是雌花模拟雄花的形态欺骗昆虫访花。这种欺骗性传粉在基部被子植物是普遍存在的。 2．南五味子的传粉生物学 南五味子是雌雄同株。雌雄花的花被片都是黄色，子房绿色，雄蕊有黄色和红色两种颜色，开黄色雄花的和开红色雄花的植株在所研究的14个居群中都是随机分布的。南五味子的雌雄花都是在晚上开放，并能散发出强烈的花香，红色雄花、黄色雄花和雌花的花香成分非常相似，主要成分都是丁酸甲酯 (methyl butyrate)。南五味子的雌雄花还可以产生热量。南五味子的传粉者只有一种昆虫-- Megommata sp.（瘿蚊科），它们的访花时间与花香的散发时间以及花热产生的时间基本吻合，都集中在花开后的4-5小时内。在南五味子中，花香在吸引传粉者上起着决定性作用，花热可以增强花香的散发，而花色则不起作用。花粉是南五味子对Megommata sp.的唯一的回报，雌花利用与雄花相同的诱物（花香和花热）来吸引传粉者，因此南五味子的传粉系统也是一种欺骗性传粉。 3．五味子科植物的传粉系统 五味子科植物的花一般比较小，花器官多而不定，螺旋状排列。五味子科不存在风媒传粉，传粉昆虫主要是双翅目昆虫和甲虫类。翼梗五味子、南五味子、绿叶五味子只是由瘿蚊科Megommata属的一种昆虫来传粉的，表现出一种专化地传粉系统。而Schisandra glabra则有多种昆虫参与传粉，表现出泛化的传粉系统。以瘿蚊为媒介的传粉系统中，只有雄花能为昆虫提供报酬，而雌花则是通过模拟雄花来欺骗昆虫访花的。在这个欺骗性传粉系统中，味觉和视觉线索对瘿蚊都是很重要的，五味子的雌花可以通过模拟雄花的形态或者通过散发出与雄花相同的花香气味来吸引传粉者的。在泛化传粉的系统中，花粉、柱头和花被片都可作为昆虫的食物，并且S.glabra花还可以为昆虫提供栖息或交配场所。 五味子科植物的传粉模式符合“菌蚊类昆虫传粉综合征”。这个传粉综合征的特点是：植物一般具有较小的两性花或单性花、能散发强烈的花香、能够产生花热;传粉昆虫是菌蚊科、瘿蚊科和其他长角亚目的昆虫;欺骗性传粉;具有自交不亲和现象。Austrobaileyales 分支中的各类群和睡莲科植物都适合这个传粉综合征。 4．五味子科植物的种子散播 五味子的果实都是由小浆果组成的聚合果，五味子属的果实是长穗状，南五味子属的呈球形。成熟小浆果的颜色从红色到紫红色;具有中等大小的种子。翼梗五味子的果实是以小浆果为单位脱落的，整个脱落过程仅持续13天，种子是由鸟类和哺乳类散播的。异形南五味子和南五味子的聚合果虽然都是球形的，但是异形南五味子的果实和种子比南五味子大得多;它们的果实脱落和种子散播方式有很大差异，异形南五味子是整个聚合果脱落，脱落时间集中在20天内，而南五味子是以小浆果为单位脱落，脱落时间可长达4个月之久。异形南五味子的种子很可能是通过鸟类来散播的，而南五味子则没有发现有效的种子散播者。在五味子科内，果实形态总的进化趋势是由短到长，南五味子属所具有的球形聚合果很可能代表了五味子科果实的祖先性状。五味子科植物果实形状的进化可能最少要经历两个过程。在白垩纪和第三纪的交界期前后，由于气候和植被的变化，一些五味子类群的果实和种子变大;而后在第三纪，随着特化的果实散播者如鸟类和鼠类的出现，五味子科一些种类的花托在果期明显变长，球形聚合果进化成长穗状聚合果。

广布小蝶兰及两种根茎兰属植物的传粉生物学研究

植物与传粉者的关系并非一门独立的学科，它包含很多进化生物学的内容。传粉生物学研究为我们理解植物进化的一些关键问题，如生殖隔离、物种形成、适应进化等提供重要证据。兰科植物由于其精巧的花部结构及其独特的传粉机制，备受传粉生物学家的关注。从达尔文时代以来，有大量的文献记载了欧洲兰族植物的传粉生物学的各个方面，其中，共涉及4种欺骗性传粉方式，它们几乎代表了兰科植物中近1/3没有报偿兰花所有的欺骗类型。然而，到目前为止，尽管在中国有丰富的兰族植物资源，中国兰科植物的传粉生物学研究仍然很缺乏。 在本研究中，作者以黄龙自然保护区内兰族的2种根茎兰属植物和1种小蝶兰属植物为材料，研究它们的传粉生物学，并探讨他们之间的生殖隔离机制。 1． 根茎兰属Galearis 及小蝶兰属Ponerorchis植物的交配系统 所研究的2种根茎兰属植物和1种小蝶兰属植物人工自交授粉均可以成功结实。在自然条件下，广布小蝶兰和二叶根茎兰都必须依赖于昆虫才能结实成功，而黄龙根茎兰则是以自花授粉为主。 2． 广布小蝶兰Ponerorchis chusua的传粉系统 在黄龙自然保护区进行了连续2 年的野外观测和实验，结果表明，广布小蝶兰是一种自交亲和，但需要昆虫传粉的欺骗性植物。广布小蝶兰的主要传粉者为雌性Bombus rufofasciatus，雌性B. consobrinus wittenburg，B. cucorun的蜂王和雄性B. pyrosona。熊蜂对广布小蝶兰具有典型的欺骗性兰花传粉的特征，即访问十分迅速，并且一般一个植株只访问一朵花，避免了同株异花授粉。 3． 二叶根茎兰Galearis diantha的传粉系统 野外观察表明，二叶根茎兰只有一种有效的传粉者，其访问频率不高，访 问时间短，并且会一次访问一个植株的两朵花，不可避免的产生同株异花授粉。自然结实率为23.0－26.8％，人工授粉实验证明传粉者限制是结实率较低的主要原因。 4. 黄龙根茎兰Galearis huanglongensis的传粉系统 研究结果表明，黄龙根茎兰为自动自花授粉的植物，黄龙根茎兰的花粉约在花开放4天后，花粉块从花粉囊中掉出，由于重力作用，花粉块柄弯曲使花粉接触到柱头，完成传粉。 5. 根茎兰属Galearis及小蝶兰属Ponerorchis植物的生殖隔离机制 本文的研究表明，根茎兰属内的杂交及与小蝶兰属间植物之间人工杂交授粉均可以成功结实，它们物种之间的生殖隔离主要是通过受精前隔离机制。具有相同传粉者（B. rufofasciatus）的广布小蝶兰与二叶根茎兰通过机械隔离机制保持物种界限。

毛乌素沙地两种蜜源植物羊柴和角蒿的传粉生物学研究

本论文从传粉生物学的角度出发，运用野外观察、室内测定和生物统计学方法，对毛乌素沙地的两种蜜源植物羊柴（Hedysarum leave）和角蒿（Incarvillea sinensis var. sinensis）的开花物候、花生物学特性、传粉昆虫行为以及繁育系统进行了研究，得出如下结论： 1．在自然居群中，存在着开白色花和紫红色花的两种羊柴植株，其中白色花植株仅占5.5±1.56%左右。白色花和紫红色花植株的花期存在明显的重叠，白色花植株的花期集中在8月中旬到9月上旬，而紫红色花植株的花期从7月中旬持续到9月中旬。在整个花期内，单个白色花植株的生产的总花数为125±11.33朵，明显少于紫红色花植株的372±30.38朵，两者存在极显著差异。 2． 羊柴白色花和紫红色花的单花花粉量、胚珠数和P/O值都存在显著差异。在单花开放的整个过程中，白色花的花蜜分泌量显著地高于紫红色花，但白色花和紫红色花的花蜜糖分浓度变化趋势相似，即都具有两个花蜜浓度高峰值。 3. 羊柴白色花植株稳定且访花频率较高的传粉者是散熊蜂、白脸条蜂和意大利蜂，而紫红色花植株稳定且访花频率较高的传粉者有散熊蜂、白脸条蜂、意大利蜂和海切叶蜂。传粉昆虫在白色花上的单花停留时间比紫红色花的稍长，两者存在显著差异。 4. 羊柴白色花植株和紫红色花植株自花授粉的结实率（白色花：4.31±0.34%;紫红色花：4.58±0.53%），相对于人工异花授粉的结实率（白色花：19.77±2.31%;紫红色花：21.03±3.02%）较低。自然结实率（白色花：25.93±2.30%;紫红色花：25.24±1.61%）没有显著性差异（F=0.25;P=0.80）。此外，羊柴不存在无融合生殖现象。 5. 角蒿花期从7月中旬持续到9月初，单花开放时间为5-9h;单花花粉量为18816.27±326.70、在花开放后3-4h时，花粉活力达到最大值71.98±1.23%，胚珠数为180.80±5.30，P/O值为104.7。在花开放后3-4h时，花蜜量达到最大值1.41±0.35ul。角蒿的传粉昆虫仅有散熊蜂和四条无垫蜂。在花开放过程中，花粉活力动态和花蜜分泌动态都与传粉昆虫的行为不吻合。 6. 角蒿自花授粉和人工异花授粉的结实率和结籽率均无显著差异。自然结实率为85.93±1.63%，显著地低于自花授粉和人工异花授粉，但是，自花授粉、人工异花授粉及自然对照的结籽率无显著差异。在开放传粉的情况下，被去雄的花结实率仅为48.90±5.37%，说明昆虫传粉仅贡献一部分结实率。角蒿不存在无融合生殖。

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。

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。

同域分布两种兰科植物的传粉生物学及其防止同株异花授粉机制

兰科植物是被子植物中物种最丰富和最进化的类群之一，具有精巧、多样化的花部结构以及独特的吸引传粉者方式。开展兰科植物传粉生物学的研究对理解自然选择机制和异花授粉优势学说具有重要的理论意义。广西雅长兰科植物自然保护区是我国第一个以兰科植物命名的保护区，本文通过对保护区内同域分布的流苏贝母兰（Coelogyne fimbriata）和兔耳兰(Cymbidium lancifolium )传粉过程观察和繁殖成功等方面的研究，探讨兰科植物传粉机制和防止同株异花授粉的机制。同时结合传粉生物学研究的结果，对兰科植物多样性保护提出相关建议。主要研究结果如下： 1．流苏贝母兰的传粉生物学 在保护区2 个居群内对流苏贝母兰花期物候、传粉者种类和行为进行了连续3 年（2005-2007）的观察，对花和传粉者形态学指标进行了测量，对两个居群内所选取实验样地的花粉移走率、花粉接收率和结实率进行了详细的统计，通过动物行为学实验检测了花香对传粉者吸引方面的影响。并通过人工繁育系统实验检测流苏贝母兰的繁殖特征。结果显示，流苏贝母兰为具有特殊气味且无花蜜的兰科植物，由一种黄胡蜂属（Vespula）昆虫的雌性个体专性传粉，此为第二例由胡蜂专性传粉的具有食源性欺骗机制的兰科植物，且在传粉者行为和吸引机制与第一例存在很大差异。行为学实验显示花香对传粉者具有吸引作用。流苏贝母兰的花期与实验地黄胡蜂的繁殖季节和种群扩张期相吻合，在此期间，为了满足自身和幼虫的需求，黄胡蜂对碳水化合物需求大大增加。推测流苏贝母兰利用了黄胡蜂在繁殖和种群扩张期间需要大量摄取碳水化合物类物质，通过模拟碳水化合物来源（如果实或有花蜜、汁液分泌的植物）的气味，吸引传粉者。居群内花粉移走率、花粉接收率和结实率分别为0.069-0.918，0.025-0.695和0.014-0.069。结实率较低的原因可能与流苏贝母兰的自交不亲和特性和传粉者连续访问造成的同克隆授粉有关。其自交不亲和特性能有效地阻止自交，促进异交，同时蕊喙在接收花粉24 h 内与柱头愈合也能够减少花粉浪费，提高雄性适合度。 2．兔耳兰的传粉生物学 在保护区1 个居群内对兔耳兰进行了连续2 年（2005-2006）的观察和实验。观察发现兔耳兰唯一的传粉者为膜翅目蜜蜂科的中华蜜蜂(Apis cerana cerana)。中华蜜蜂在花内的停留时间为8-71 s。根据观察我们推测兔耳兰可能是通过其唇瓣上无规则的紫栗色小斑点(假蜜导)来吸引中华蜜蜂为其传粉, 属于食源性欺骗方式。在传粉过程中兔耳兰的药帽与花粉团和粘盘一起粘在中华蜜蜂胸背部。药帽的存在能够阻止下一朵被拜访的花实现雌性功能。兔耳兰药帽高度加上传粉昆虫胸高大于传粉通道入口的高度, 支持兔耳兰可能通过药帽来减少同株异花授粉现象的推测。蕊喙会在花粉接受72 h 内逐渐下弯并与柱头愈合，将接受的花粉包裹，且有些花的花萼片和侧面的两个花瓣会环抱住唇瓣侧裂片及蕊柱形成的入口，即传粉通道，避免继续接收花粉，增加花粉输出，提高雄性适合度。2005 和2006 年该兔耳兰居群的自然繁殖成功率分别为0.211 和0.213。繁育系统实验证明兔耳兰是高度自交亲和物种，不存在无融合生殖和自动自花授粉的现象, 其结实依赖传粉者。TTC 法检测结果显示兔耳兰种子活力达85.78%因此推断种子活力不是制约兔耳兰种子萌发的主要原因。而传粉者的密度和访问频率可能是影响兔耳兰结实的重要因素, 并最终影响兔耳兰种群的维持和扩张。 3．兰科植物促进繁殖成功的机制 植物通过各种方式吸引传粉者的最终目的是实现繁殖成功，是植物生活史的重要环节。兰科植物具有雌雄同体的合蕊柱的特殊结构，为了避免花粉-柱头间的干扰，其进化出一系列特殊的花部结构和适应机制，如欺骗性吸引机制、花粉块柄弯曲、花粉干缩等等。流苏贝母兰作为大量开花的克隆植物，其自交不亲和特性是促进异交的重要机制，另外蕊喙在花粉接收24 h 内与柱头发生愈合也是减少同株异花授粉机率的重要花部适应特征。兔耳兰为聚丛状生长的兰科植物，总状花序具多朵花，在传粉过程中通过药帽的阻挡和机械隔离，使携带于昆虫背部的花粉不能进入花内与柱头发生接触，避免同株异花授粉的发生。另外兔耳兰也存在花部适应的机制，蕊喙在花粉接收72 h 内逐渐下弯与柱头愈合，同时有些花的花萼片和侧面的两个花瓣环抱传粉通道入口，避免继续接收花粉，提高雄性适合度。 4. 兰科植物传粉系统和多样性保护 传粉生物学的研究为兰科植物的保护生物学提供了坚固的理论基础和重要的科学依据。绝大部分的兰科植物繁殖成功受到传粉者数量的限制。由于其精巧的花部结构，约67%已知传粉系统的兰科植物仅由唯一的传粉者专性传粉。另外，在某些区域内，还存在着较高程度的传粉者共享。传粉者数量的减少已经威胁到兰科植物的繁殖生存。因此，对兰科植物的保护应不仅仅关注于植物的保护，同时还应致力于传粉系统的保护。

美味猕猴桃和软枣猕猴桃种间杂交花粉管行为和早期胚胎发生的观察

美味猕猴桃(Actinidia deliciosa(A．Chev．)C．F．Liang and A．R．Ferguson)和软枣猕猴桃（Actinidia arguta）种间传粉后，花粉管在花柱内行为的荧光观察，以及早期胚胎发生的显微观察，结果如下： 1．花粉粒在柱头的乳头细胞表面萌发，在开放型的V形花柱道内生长。 2．花粉管生长速率比对照缓慢，到达胚珠珠孔的时间平均延迟50到60小时。 3．花粉管在花柱中下部出现形态变化：部分花粉管呈波纹状弯曲;花粉管顶端膨大，尖细或破裂;花粉管直径变化;花粉管解体。 4．花粉管胼胝质沉积的变化：胼胝质沿花粉管壁不规则沉积;有的膨大的花粉管顶端出现胼胝质;有的不出现胼胝质塞，而整个花粉管壁有胼胝质分布，荧光强烈。 5．基于显微结构和种子分析，种间杂交大约有30%的胚珠能够受精，并发育成为种子，种子的胚的大小和胚乳的量与对照有差别，有约70%或更多的表现不育或败育。胚发育为茄型，受精后台子保持休眠十几天后开始横分裂。传粉后七周形成子叶胚。胚发育较对照迟缓。胚乳细胞型。 6．种间杂交能够结实，正常种子占20% -30％，败育干瘪种子占10%左右，未受精胚珠占60%- 70％。种内传粉正常种子占95%，空瘪败育种子占0.7％，未受精胚珠占3.8％。 7．种间杂交果实大小、重量，种子大小及数目，胚的大小都比对照小。

松杉类植物花粉发育和传粉生物学的研究

本文用光学显微镜结合荧光技术对青扦花粉的发育过程进行了观察;用共聚焦显微镜观察了白扦生长花粉管细胞内的游离Ca2+分布;利用原子力显微镜对雪松和水杉花粉外壁的亚结构进行了研究：用透射电镜、扫描电镜及解剖镜等技术研究了侧柏、北美香柏、红豆杉、粗榧和白皮松的传粉机制，结果如下。 青扦花粉的发育过程与松科其它一些植物花粉的发育模式相似。从小孢子母细胞到成熟花粉约二十天左右。小孢子母细胞进入减数分裂前彼此分开，但在某些部位仍有连接。细胞质内有大量淀粉粒，在减数分裂过程中减少或消失，没有观察到明显的淀粉粒带。减数分裂中的胞质分裂为同时型，四分体为四面体型。小孢子刚从四分体释放出来时，气囊已开始形成，细胞中含大量淀粉粒。随着小孢子的发育，其体积增大，并出现液泡，细胞核移向一侧。小孢子第一次不对称分裂产生一个大的中央细胞和一个小的原叶细胞。中央细胞不久就进行第二次分裂产生精子器原始细胞和第二原叶细胞。原叶细胞形成后，其与中央细胞或精子器原始细胞之间的壁逐渐沉积胼胝质，以后随着原叶细胞的退化，胼胝质壁消失。精子器原始细胞分裂形成管细胞和生殖细胞，生殖细胞在散粉前分裂形成体细胞（精原细胞）和柄细胞（不育细胞）。成熟花粉为5细胞，但两个原叶细胞已退化消失。 白扦花粉在10%蔗糖+0.01%硼酸的液体培养基内培养12小时后开始萌发。在正常生长的花粉管中，其顶端有一个透明区，而透明区后则含有大量的贮藏物质颗粒。在停止生长的花粉管中透明区消失，而整个花粉管顶端也被储藏物质颗粒充满。正常生长的花粉管顶端有一个较高的Ca2+浓度。在停止生长的花粉管内不具有这样一个Ca2+梯度。 雪松和水杉二种花粉外壁中由孢粉素构成的亚结构单位形态相似，均呈颗粒状，但大小略有不同。雪松的长56-99 nm，宽42-74;水杉的长81-118 nm，宽43-98 nm。在雪松中这些亚单位紧密排列组成短棒状或球状的花粉外壁结构单位，再由几个到十几个这样的结构单位组成较大的岛屿状结构。在这些岛屿状结构之间有大小不一的空隙存在，整个花粉外壁由这样一些岛屿状结构交互连接形成。水杉花粉外壁的亚单位排列也较紧密，且有3-10个成群分布的趋势，但各群之间界限不明显。此外，雪松和水杉的花粉外壁亚单位均无螺旋状排列趋势，这一结果倾向于支持Southworth关于花粉外壁亚单位颗粒状并呈网状排列的观点。 白皮松胚珠倒生，其发育过程与松属的其它种相似，成熟胚珠珠孔端具两手臂状结构，有利于接收花粉。花粉具气囊。传粉期间，没有观察到传粉滴产生，但珠心顶端细胞解体形成花粉室。花粉室内可接受一至几个花粉，花粉在花粉室内的位置无明方向性。传粉时，胚珠处于大孢子线细胞时期。花粉在花粉室内萌发形成花粉管进入珠心组织，花粉管在珠心内生长一段时间后停止生长，并于次年春天重新启动生长。离体生长的花粉管顶端常有胼胝质产生，但顶端区域后的花粉管壁上却无胼胝质沉积。 侧柏、北美香柏、红豆杉和粗榧均为直生胚珠。传粉时胚珠产生传粉滴。在红豆杉胚珠发育早期，珠心表面细胞轮廓清晰;而在后期，其珠心表面则形成了一层膜状结构。这层膜状结构在传粉前随珠心细胞的解体而破裂，珠心细胞的降解产物参与了传粉滴形成。在传粉前和传粉期，珠心细胞内含大量的线粒体、内质网、高尔基体和小泡。传粉滴主要由珠心细胞分泌形成。这四种植物的花粉均无气囊，属可湿性花粉。红豆杉和粗榧的花粉水合时，内壁膨胀，外壁开裂。通常情况下，红豆杉花粉的外壁保留在传粉滴的表面，而花粉的其它部分沉入传粉滴内。侧柏和北美香柏的传粉滴授粉后，花粉进入传粉滴导致传粉滴的明显收缩。在侧柏中传粉滴授粉后100分钟内就完全收缩进入珠孔。传粉滴收缩的速率与所授花粉数量和花粉的种类有关。与侧柏亲缘关系较近植物花粉引起传粉滴的收缩速率和侧柏自身花粉引起的传粉滴收缩速率相似;反之，收缩速率变慢。侧柏传粉滴的收缩可能主要是由于花粉减弱胚珠分泌的结果。但授粉不引起红豆杉和粗榧传粉滴的明显收缩。在红豆杉和粗榧中，从授粉到传粉完全收缩需要20-24小时。这两种植物传粉滴的收缩可能主要是蒸发引起的非代谢性过程，与侧柏和美香柏属于不同的传粉滴收缩机制。

沙地中植物的传粉对策——毛乌素案例研究

地环境严酷多变，植物的物种多样性较低且常成斑块状分布，传粉昆虫的种类较少且其数量在时间和空间上变化较大。生长在沙地中的植物常采取一些独特的传粉对策来适应其严酷多变的的环境。然而，前人对沙生植物传粉生物学的研究还非常有限，至今未总结出其与沙生环境相适应的传粉生物学特点。本文以生长于毛乌素沙地的角蒿、披针叶黄华和羊柴三种主要蜜源植物为材料，通过大量的野外观察和人工实验，对其开花习性、花生物学特点、传粉和交配系统及有性繁殖成功进行了研究，得到以下主要结论： 1. 由于传粉昆虫的种类较少，传粉者的拜访频率低且时空分布不均，角蒿发育出一种有效的生殖保障机制——通过风驱动花冠脱落实现延迟自花授粉。在花开放后期，角蒿仍然张开且未萎蔫的花冠被风吹落，拖动冠生雄蕊沿花柱向前滑动，使得花药穿过张开的柱头裂片，从而实现自花传粉。然而在柱头裂片闭合后，由于柱头表面被封闭，使得这一自花传粉过程不能实现。该植物不存在雌雄异熟，并且是完全自交亲和的。与自然状况下相比，在风排除帐中花冠脱落的比例显著减小，说明风对角蒿花冠的脱落至关重要。在排除传粉者的情况下，花开放后期花冠的脱落显著增加了柱头上的花粉数，相应也显著增加了花的结实和结籽率，说明风驱动的花冠脱落可通过促进自交来增加果实和种子生产。仅散熊蜂和四条无垫蜂两种蜂为角蒿提供传粉，但在自然状况下样地中仅仅一半的花被拜访，并且去雄花的结实率显著低于未去雄的花，表明昆虫传粉仅对花的结实有部分贡献，并且延迟自花传粉能为角蒿提供繁殖保障。另外，角蒿的柱头较敏感，它的两个张开的柱头裂片在受到传粉者触碰后很快紧紧闭合，但是如果此时柱头表面未收到或仅收到少量花粉，闭合的柱头裂片又会重新张开，这一特性是一种动态的雌雄异位，能减少自交和异交的干扰，并且也是角蒿生殖保障机制的一部分。由于涉及花器官的运动及风和敏感柱头的积极参与，因此角蒿的延迟自花传粉与以前报道的自花传粉机制均不同。此外，角蒿由蜂类和风拖动花冠共同参与的传粉模式也是一种新的风和动物联合传粉机制。 2. 披针叶黄华在早春开花，植株密集，花量较大，由于在此期间开花的虫媒植物很少，此时出现的蜂类在食源有限的情况下频繁地拜访披针叶黄华的花。在传粉者频繁拜访的压力下，披针叶黄华采取了花药序次成熟和开裂的对策来实现花粉的最佳散布。披针叶黄华是自交亲和的，单花期长3-4天，它的十枚完全分离的雄蕊在2-3天内分五对序次地伸长和开裂，这五对花药序次开裂通常彼此间隔3-4小时，但这一行为在夜间停止。五对序次开裂花药的大小、花粉数量和可育花粉的比例无显著差异。有七种蜂为披针叶黄华提供传粉，其中山本氏切叶蜂是主要传粉者，它对披针叶黄华的拜访频率很高，一朵花平均每天受到25次拜访。山本氏切叶蜂在一次拜访中移出一朵花内可获得花粉的70-90%，且一次拜访和多次拜访对花粉的移取率无显著差异;在具有1-5对开裂花药的花间，昆虫对花粉的移取率也无显著差异，说明传粉者对花粉的移取能力很强。其花蜜的分泌模式与花药序次开裂的模式及传粉者的拜访特点相适应。正是传粉者高的拜访频率和强的花粉移取能力使得披针叶黄华采取了序次呈现花粉的策略来增加花粉被散布的机会。 3. 羊柴是毛乌素沙地的一种优势克隆植物，花期较长，开花量大。该种植物是不完全雄性先熟的，P/O比为55 610，花蜜的分泌模式与雌性功能的出现和昆虫的拜访相适应。有14种蜂为其提供传粉，其中意大利蜂、散熊蜂、白脸条蜂、和海切叶蜂是四种主要传粉者。该种植物具有自交异交混和交配系统，但自体受精结实率很低，种子繁殖需依靠传粉者提供授粉，传粉者的拜访行为能导致频繁的同株异花传粉。 4. 羊柴植株具有短时间大量开花的特点，但相邻不同斑块的开花时间差异很大，早、晚开花的斑块较少，大多数斑块一致在开花季节中期开花。这种斑块水平上开花的不同步能影响传粉者的种类组成和拜访频率，在整个开花季节内，传粉者的种类逐渐减少，并且早开花的斑块比那些中期开花的有更高的传粉者拜访频率,说明大量中期开花的斑块间存在传粉者竞争。在早开花的斑块中，传粉者的拜访频率与花展示的大小成显著正相关，说明大量开花能增加花展示对传粉者的吸引。但在中期开花的斑块中，随着开花量的持续增加，传粉者拜访减少。与中期开花的斑块相比，早、晚开花的斑块有更高的结实率。斑块水平上植株的结实率与羊柴的盖度、植株密度和重要值等种群统计学参数无显著相关，并且植株的大小和花展示的大小对开花时间与结实率的关系没有影响。由此可知，羊柴在斑块水平上大量开花和不同步开花共存的开花模式可能是对吸引传粉者和减少植株间对传粉者竞争的一种折衷。 5. 生长于毛乌素沙地的这三种主要蜜源植物的花期几乎不重叠，均具有泛化传粉系统，在花期内出现的大多数蜂类都可为披针叶黄华和羊柴提供传粉，比较特殊的是角蒿具有昆虫和风联合传粉的泛化传粉系统。三种植物都是自交亲和的，具有混合交配系统。这可能与沙地环境中蜂类的物种多样性较低，且其数量在时间和空间上变化很大有关。

玉米种子脱水耐性与其线粒体完整性及抗氧化系统的关系

本文以正常性玉米种子‘农大108’(Zea Mays L. ‘Nongda 108’) 种胚为实验材料，研究了玉米种子发育过程中脱水耐性的变化规律，细胞匀浆以及线粒体水平上活性氧清除酶活性与种子脱水耐性/敏感性的关系，以及线粒体结构和功能完整性在发育过程中不同阶段对脱水的应答，以期在亚细胞分区水平上，针对活性氧产生的源头位点 (线粒体) 探明种子细胞脱水耐性/敏感性与抗氧化系统运转的关系。结果表明： 玉米种子在发育过程中先获得萌发能力后获得脱水耐性，并且脱水耐性的获得是一个渐进的过程。人工授粉后26天 (Days after pollination, DAP) 之前的种胚不具有脱水耐性，26 DAP时开始获得脱水耐性，到34 DAP后种胚完全获得脱水耐性。 在发育过程中，种胚线粒体的呼吸速率逐渐降低，并且对脱水的敏感性也逐渐下降。脱水会降低脱水敏感性种胚线粒体的结构完整性；脱水同时会降低线粒体功能的完整性，包括线粒体能量产生的速率和效率，以及三羧酸循环关键酶的活性。但当种胚获得脱水耐性后，脱水将不再影响种胚线粒体结构和功能的完整性。 玉米种胚发育过程中脱水耐性的变化与细胞中的抗氧化系统有关。在细胞匀浆水平上，脱水过程中脂质过氧化产物的积累与细胞脱水耐性的关系不明显；但是在线粒体水平上脱水会明显导致脱水敏感性种胚线粒体膜质过氧化程度的升高。脱水导致脱水敏感种胚细胞中几个重要的抗氧化酶活性的下降，但是与细胞匀浆水平相比，在线粒体水平上抗氧化酶系统对脱水更加敏感。 总之，发育早期玉米胚对脱水之所以敏感有两方面的原因，一方面是发育早期线粒体具有较高的代谢速率因而产生过多的活性氧，另一方面是由于脱水导致各抗氧化酶活性的显著降低，失去了抗氧化保护功能。而在发育晚期，早期本来很活跃的许多代谢随之关闭，呼吸速率降到很低，因而产生的活性氧减少，同时由于抗氧化系统对脱水的耐受性，所以脱水不会对线粒体的结构和功能造成伤害。与细胞匀浆水平相比，线粒体水平上抗氧化系统的运转与种胚在发育过程中脱水耐性的获得的关系更加密切。

西双版纳热带雨林聚果榕小蜂的传粉生态学

对聚果榕小蜂 (Ceratosolensp )传粉生态学进行了首次研究。结果表明 ,聚果榕小蜂的雄蜂比雌蜂早羽化数小时 ;雌蜂羽化不能自行打开瘿花和果肉出蜂口 ,两个出蜂口均需雄蜂开凿。而聚果榕的成熟花粉 ,不能自行地从开裂处散发出来 ,必须经榕小蜂的繁殖性雌蜂采集才能散到表面。羽化后的雌蜂在开裂的雄花中不停地用触角柄节、口器上颚和足推动和采集花粉。雌蜂飞出熟榕果寻找嫩隐头花果 ,一般在外飞翔 5～ 80min。雌蜂进入嫩聚果榕的隐头花果内后 ,立即把粘附在足、头、触角和身上的花粉不停地推动到长柱头雌花中 ,授粉行为长达 4～ 9h。然后 ,才把卵产在短柱头雌花中

Diffusive coevolution and mutualism maintenance mechanisms in a fig-fig wasp system

In reciprocal mutualism systems, the exploitation events by exploiters might disrupt the reciprocal mutualism, wherein one exploiter species might even exclude other coexisting exploiter species over an evolutionary time frame. What remains unclear is how such a community is maintained. Niche partitioning, or spatial heterogeneity among the mutualists and exploiters, is generally believed to enable stability within a mutualistic system. However, our examination of a reciprocal mutualism between a fig species (Ficus racemosa) and its pollinator wasp (Ceratosolen fusciceps) shows that spatial niche partitioning does not sufficiently prevent exploiters from overexploiting the common resource (i.e., the female flowers), because of the considerable niche overlap between the mutualists and exploiters. In response to an exploiter, our experiment shows that the fig can (1) abort syconia-containing flowers that have been galled by the exploiter, Apocryptophagus testacea, which oviposits before the pollinators do; and (2) retain syconia-containing flowers galled by Apocryptophagus mayri, which oviposit later than pollinators. However, as a result of (2), there is decreased development of adult non-pollinators or pollinator species in syconia that have not been sufficiently pollinated, but not aborted. Such discriminative abortion of figs or reduction in offspring development of exploiters while rewarding cooperative individuals with higher offspring development by the fig will increase the fitness of cooperative pollinating wasps, but decrease the fitness of exploiters. The fig fig wasp interactions are diffusively coevolved, a case in which fig wasps diversify their genotype, phenotype, or behavior as a result of competition between wasps, while figs diverge their strategies to facilitate the evolution of cooperative fig waps or lessen the detrimental behavior by associated fig wasps. In habitats or syconia that suffer overexploitation, discriminative abortion of figs or reduction in the offspring development of exploiters in syconia that are not or not sufficiently pollinated will decrease exploiter fitness and perhaps even drive the population of exploiters to local extinction, enabling the evolution and maintenance of cooperative pollinators through the movement between habitats or syconia (i.e., the metapopulations).

Pollinator shift and reproductive performance of the qinghai-tibetan plateau endemic and endangered Swertia przewalskii (Gentianaceae)

Reproductive failure results in many plant species becoming endangered. However, little is known of how and to what extent pollinator shifts affect reproductive performance of endangered species as a result of the artificial introduction of alien insects. In this study we examined breeding systems, visitor species, visiting frequency and seed set coefficients of Swertia przewalskii in two years that had different dominant pollinator species (native vs. alien). Flowers of this species were protandrous and herkogamous and insects were needed for the production of seeds. The stigmatic receptivity of this species was shorter than for other gentians. No significant difference in seed set coefficient was found for hand-pollinated plants between the two years, indicating that pollinator shift only had a minor effect on this plant's breeding system. The commonest pollinators in 2002 were native bumblebees, alien honeybees and occasional solitary bees, however, only alien honeybees were observed in 2004. The flower visitation rate in both years was relatively high, although the total visit frequency decreased significantly in 2004. The control flowers without any treatment produced significantly fewer seed sets in 2004 than in 2002. In the past decade the seed production of this species may have partly decreased due to pollination by alien honeybees, however, we suggest that they might have acted as alternative pollinators ensuring seed production of S. przewalskii when native pollinators were unavailable. The main reason that this plant is endangered is probably the result of habitat destruction, but changes in land use, namely intensified agricultural practice and unfavorable animal husbandry have also contributed to its decline. We recommend that in-situ conservation, including the establishment of a protected area, is the best way to preserve this species effectively.

Reproductive ecology of the Qinghai-Tibet Plateau endemic Gentiana straminea (Gentianaceae), a hermaphrodite perennial characterized by herkogamy and dichogamy

The combined occurrence of both herkogamy and dichogamy in a hermaphrodite species has been considered to strongly favour outcrossing. In this study, we investigated in detail the reproductive ecology of Gentiana straminea Maxim. (Gentianaceae), a hermaphrodite perennial endemic to the Qinghai-Tibet Plateau. In a series of observations and experiments over four consecutive years, we examined whether the combination of dichogamy and herkogamy in individual flowers completely prevents geitonogamous pollen transfer in this species. The mode of floral development clearly indicates that autonomous self-pollination is completely avoided through herkogamy and dichogamy in individual flowers. This implication was confirmed by the breeding experiments, since no seed was produced when flowers were isolated. However, this gentian proved to be highly self-compatible when geitonogamous selfing was artificially induced. Many flowers opened simultaneously on individual plants, the ratio of male to female phase flowers was close to 2:1 in each inflorescence, at the full anthesis phase, and they were randomly distributed amongst the upper, middle and lower parts of each stem's inflorescence. On average, Bombus sushikini Skorikov, the most frequent visitor and only legitimate pollinator of G. straminea, visited nearly two flowers per inflorescence, and four flowers per plant. Among the pollinators' foraging bouts, the proportions of geitonogamous visits to inflorescences or flowers within an individual plant were 29% and 37%, respectively. Therefore, despite the strict dichogamous and herkogamous characteristics of the individual flowers, geitonogamous selfing might still prevail in G. straininea because of the size of its floral displays and the continuous visiting behavior of B. sushkini. (C) 2005 Elsevier SAS. All rights reserved.