拟单性木兰属雄性两性花异株植物的异交机制与遗传结构分析

有花植物性系统中，雄性两性花异株现象极为少见，其进化与维持机制是进化生物学家极为关注的科学问题。本项目拟以两性花的光叶拟单性木兰为比较对象，分析雄性两性花异株的云南拟单性木兰的两性花和雄性花的花综合征，传粉昆虫和花粉特征与活力等参数，以及其两性花自交与异交（特别是与雄性植株异交）的亲和性；同时，开发同时适合光叶拟单性木兰和云南拟单性木兰两个物种的SSR引物，然后进行广泛的种群取样，以共显性分子标记SSR分析两个物种的遗传多样性水平和空间分布式样，比较这两个拥有不同性系统拟单性木兰属物种的遗传结构，探讨云南拟单性木兰雄性两性花异株的遗传效应，以多角度、多层次系统地研究云南拟单性木兰雄性两性花异株现象的维持与适应机制及其遗传效应，特别是这一性系统中雄性植株存在的合理性和必要性。

有花植物性系统中，雄花两性花异株现象极为少见，其进化与维持机制是进化生物学家极为关注的科学问题。结合花部结构的形态解剖与物种的遗传进化分析，研究发现: (1) 拟单性木兰属中形态上为雄性两性花异株的三个物种实际上是隐性雌雄异株。其两性花植株常常雄蕊发育不全，花粉数量极少，存在的花粉也是不育的，仅有雌性功能。(2) 叶绿体基因psbA-trnH古老单倍型的地理分布格局暗示云贵高原东侧边缘地区是冰期后拟单性木兰属物种的扩散中心，也就可能是其在最后一次冰期的避难所。综合单拷贝核基因Leafy和叶绿体psbA-trnH的重建的进化关系，发现二倍体光叶拟单性木兰为母本和二倍体恒春拟单性木兰为父本杂交形成了异源四倍体峨嵋拟单性木兰。四倍体峨嵋拟单性木兰与另外一种二倍体木兰科植物（其亲缘关系不明确，暗示该物种可能已灭绝）再次杂交形成异源六倍体云南拟单性木兰和乐东拟单性木兰。其中峨嵋拟单性木兰不仅分布区狭窄，而且遗传多样性单一，可能是峨眉山局部残余个体历经瓶颈效应发展而来，为极度濒危物种；云南拟单性木兰和乐东拟单性木兰并非严格互为单系类群，暗示其物种分化的时间较短；六倍体云南拟单性木兰分布于我国西南地区及邻近缅甸北部地区，现存的零星点状分布格局可能是较为长期的扩张与收缩的结果，而分布于我国东南地区六倍体乐东拟单性木兰则可能是近期的快速扩张的结果。研究结果否定了拟单性木兰属是木兰科两性花植物向单性花植物过渡的类群的结论，支持拟单性木兰属隐性雌雄异株是源于植物多倍化过程破坏了物种避免自交的机制，促进异交的选择压力就可能促使多倍体物种由两性花向 （隐性） 雌雄异株进化的假说。