《中国科学院武汉植物园在植物-传粉者相互作用的密度依赖机制中取得新进展》

  • 来源专题:生物安全知识资源中心—领域情报网
  • 编译者: hujm
  • 发布时间:2023-10-17
  •  物种互作在群落构建过程中的作用及其对多物种共存的影响是生态学研究的核心科学问题之一。近年来,传粉者介导的植物种间和种内互作被引入到这一研究领域,很好阐释了传粉互作与群落构建乃至物种共存的内在科学联系,对于揭示物种多样性维持机制有着重要意义,但仍有许多需要明确的问题。如植物间传粉互作关系(竞争或者促进作用)往往都是密度依赖的,影响这种密度依赖模式的生态因素,例如空间尺度、传粉生态位的重叠程度以及植物对传粉者吸引能力的差异等都可能发挥着重要作用,但仍不明朗。

      中国科学院武汉植物园植物繁殖生态学学科组联合多个研究机构人员,以横断山脉这一全球生物多样性热点地区的高山草甸开花植物群落为研究对象,通过多年的连续监测实验,对十余个开花植物群落中的超过100种植物的开花密度、传粉者构成以及访问频率等进行了统计和分析,在观测样方水平和植物群落水平上量化了植物的同种和异种花密度对其传粉频率的影响;并检验了植物的传粉生态位和传粉者吸引能力的差异与传粉者介导的植物间互作式样和强度的密度依赖之间的关系。

      研究结果表明,植物传粉频率受到同种和异种花密度的影响,稀有种在样方水平更易遭受种间竞争,但在群落水平则通过种间开花植物获得促进效应(图1)。同时,样方水平的种间竞争对于具有泛化传粉系统的植物更为明显,对于该地区最广泛的熊蜂访花植物而言,群落水平的种间促进更为显著(图2)。此外,对于传粉者吸引能力弱的植物而言,种内正密度效应更强。因此,该研究揭示了在开花植物多样性极其丰富的区域,传粉密度依赖效应对于维持稀有植物物种、促进植物多样性起到了重要的平衡作用,而这种平衡作用又受到了空间尺度、传粉生态位以及植物对传粉者的吸引属性的影响。

      相关研究成果以"The interplay between scale, pollination niche and floral attractiveness on density-dependent plant-pollinator interactions"为题,在线发表于生态学领域经典学术期刊Oecologia上。中国科学院武汉植物园叶忠铭副研究员为第一作者,杨春锋研究员和里约热内卢植物园Pedro J. Bergamo博士为通讯作者,武汉大学金晓芳博士、中国科学院武汉植物园操喻副研究员及何勇登博士生、西交利物浦大学邹怡副教授参与了本研究,研究工作还得到了中国科学院武汉植物园王青锋研究员、西班牙地中海高等研究院Anna Traveset教授的指导。该研究得到了国家自然科学基金(31970253, 31770255, 31800194, 32170241)、中国科学院战略性先导科技专项(XDB31010000)等项目的资助。

  • 原文来源:http://www.whiob.ac.cn/xwdt/kydt/yjjz/202310/t20231017_6903034.html;https://link.springer.com/article/10.1007/s00442-023-05461-3
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    • 来源专题:生物安全知识资源中心—领域情报网
    • 编译者:hujm
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    • 城市化是人类世最突出的生态过程之一,对全球范围内的生物多样性有着广泛而深远的影响。生境丧失和破碎化,外来物种引入,热岛效应,光、噪音、空气、土壤污染等伴随城市化的各种事件都会改变原有物种的适合度和生活史,种群动态,物种间相互作用,群落结构以及生态系统服务功能。随着全球范围内城市化进程不断增加,研究人员、公众和政府对如何管理城市从而促进生物多样性保护、粮食生产和生态恢复以实现可持续的未来发展产生了浓厚兴趣和广泛关切。植物与动物间的传粉相互作用及其结果是生态系统的关键过程和重要服务功能,地球上近90%被子植物的繁衍以及人类食物的三分之一依赖动物传粉。目前,由于人类活动加剧引起的环境快速变化,世界不同国家和地区报导了不同程度的传粉者种群衰退甚至灭绝;而城市中不同类型绿地被认为可作为特定传粉者的避难所,同时城市农业的兴起和发展带来的社会和经济价值,使得城市传粉互作过程受到广泛关注。在这一背景下,全面客观评价城市提供的高度异质化生境对不同类型传粉者多样性的影响及其潜在原因,分析城市化对传粉服务功能的影响式样和结果,具有重要的科学价值和迫切的现实意义。   中国科学院武汉植物园植物繁殖生态学学科组近年来持续关注城市环境与动植物传粉互作,系统梳理了传粉者多样性的生态价值和综合功能(Plant Diversity, 44: 429-435, 2022),揭示了城市环境对传粉者多样性和传粉服务的影响可以发生在极小的尺度上(Urban Forest and Urban Greening, 65: 127378, 2021)。近期,学科组与德国哈勒·威登堡大学合作,系统收集了全球可用数据并深入分析了城市化与传粉者多样性及传粉服务的关系,并通过对城市环境特征以及传粉者特征分析,提出了一系列可能发挥作用的因子,重点探讨了以下三个科学问题。首先,城市化对传粉者多样性的影响。与自然生境相比,城市中传粉者多度不变,但物种数显著降低;城市内部差异显著,这种差异与城市环境异质性高度有关,中等干扰程度且食物和筑巢资源丰富的生境能支持较高的传粉者多样性。不同类群传粉者响应具有明显差异,鳞翅目昆虫受影响最严重,其次膜翅目和双翅目,而鸟类和鞘翅目未受影响。值得关注的是,城市化促进了外来的传粉者,减少了本地物种,外来物种可能通过竞争花资源、筑巢地点或传播寄生虫和病原体而加剧本地野生物种的保护风险。第二,城市化对具有不同功能性状传粉者的过滤作用。城市化显著减少了地下筑巢、独居性和早春活动的传粉者多样性,但食性多寡、体型大小和活跃时长等不是显著影响因素,未来需对物候、耐热性、飞行能力等影响适应城市环境的性状展开深入研究。第三,城市化对传粉服务的影响。虽然传粉者多样性降低,但是城市传粉者仍然为城市植物提供足够的传粉服务,尤其结籽率,泛化的蜜蜂属和熊蜂属昆虫对城市化耐受程度高,对促进城市植物繁殖成功有重要意义。另外,具对称性花的植物繁殖成功显著增加,而植物来源(外来或者本地)并不影响其在城市中的繁殖成功。   研究首次量化了城市化对传粉者多样性和传粉服务的影响,并探讨了可能的影响因素,提出了潜在的传粉者多样性保护策略。如花资源多样性可以显著提高传粉者的多样性,从而缓解城市化的消极影响。未来城市传粉保护应注重提高绿地的质量和连接性,满足不同生态需求的传粉者,从而增加其多样性。相关结果为城市生态系统中生物多样性保护和管理提供了科学依据,也为城市化在提高人类福祉的过程中如何更好呈现和发挥生态价值提供了思考方向。   研究成果以The effects of urbanization on pollinators and pollination: A meta-analysis为题,发表在生态学旗舰期刊Ecology Letters上。梁欢博士为论文第一作者,德国哈勒·威登堡大学Panagiotis Theodorou博士和杨春锋研究员为共同通讯作者,博士研究生何勇登参与了研究。该研究得到了中国科学院战略性先导科技专项(XDB31010000)、国家自然科学基金项目(32100188,31970253,32270243)的资助。
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    • 来源专题:生物安全知识资源中心—领域情报网
    • 编译者:hujm
    • 发布时间:2023-09-25
    •   异型花柱是被子植物中一种特殊的花多态现象和雌雄异位形式,并且具有异型花柱的物种通常同时具有自交不亲和机制。这一性状在防止自交的同时可以促进异交。异型花柱在被子植物中广泛分布,已在28个科中被报道,据估计这是至少20次独立起源并趋同演化的结果。异型花柱在遗传上是由S位点决定的,S位点是一个超基因,由多个紧密连锁的基因组成,这些基因分别控制花柱长度或雄蕊高度等特征。虽然异型花柱已经得到了广泛的研究,但对其分子机制的理解一直局限于少数物种。因此研究不同物种中的异型花柱的分子机制对于探究其趋同演化的过程有着非常重要的意义。   中国科学院武汉植物园王青锋/陈进明研究团队联合多伦多大学Spencer C. H. Barrett团队以异型花柱水生植物金银莲花(Nymphoides indica)为研究对象(图1),通过构建高质量的单倍型基因组,鉴定并解析了金银莲花中S位点超基因的演化和功能(图2)。   该研究通过群体基于测序数据覆盖度的全基因组关联分析(read-coverage-based GWAS)方法发现金银莲花短型(S-型)花柱存在一个178 kb的半合子区域,其中包含了三个S位点候选基因 - NinBAS1、NinKHZ2、NinS1,其中NinBAS1只在花柱中表达,NinS1只在雄蕊中表达,NinKHZ2在花柱和雄蕊中均表达(图3)。    该研究还探讨了S位点基因及其调控网络的潜在功能,以及转座元件和逐步基因复制对异型花柱超基因演化可能起到的作用。研究结果表明,金银莲花的S位点的转座元件密度显著高于基因组其余部分, 这些转座元件在S位点演化的过程中积累,可能进一步抑制了基因重组,进而导致基因丢失。同时,研究发现油菜素内酯在金银莲花异型花柱的发育过程中具有重要的作用,并且PIF (phytochrome-interacting factor,光敏色素互作因子)分子调控网络在雄蕊中显著富集,为分子层面上异型花柱的趋同演化提供了进一步的证据(图4)。   该研究揭示了水生植物金银莲花中异型花柱的遗传基础,拓宽了我们对植物性状多样性及其演化的认识。此外,高质量的基因组资源也为未来研究植物适应性演化的分子机制提供了宝贵的材料。   相关研究成果以"Haplotype-resolved genome assembly provides insights into the evolution of S-locus supergene in distylous Nymphoides indica"为题在线发表于国际著名学术期刊New Phytologist上。 武汉植物园博士生杨京珊和加拿大多伦多大学薛浩然博士为论文共同第一作者,加拿大多伦多大学Spencer C. H. Barrett及武汉植物园王青锋和陈进明研究员为共同通讯作者,武汉植物园石涛研究员、李治中和张越助理研究员等参与该工作。该研究得到了中国科学院战略性先导科技专项(XDB31010000)、国家自然科学基金(31270278)、中国科学院青年创新促进会项目(2019335)等项目的资助。