胡蜂传播大百部种子的识别机制及其生态意义研究

Seed dispersal by hornets is a rare seed dispersal pattern in seed plants, to this day, only three cases of myrmecochorous plants whose seed were dispersed by hornets. Why hornets like to disperse seeds of myrmecochorous plants has still not been deciphered by previous researchers. Hornets disperse seeds of myrmecochorous plants accidentally or they have evolved symbiotic relationship with myrmecochorous plants need to be tested in future studies. In this study, through study the relationship between diaspore (seed + elaiosome) of Stemona tuberosa and hornets (or ants), basing on our recent study that elaiosome of S. tuberosa mimicking preys of hornets and ants, we want to explore the below scientific questions: ① whether hornets play an important role to disperse seeds of S. tuberosa, and the hornets may lead to long distance seed dispersal of S. tuberosa? ② whether visual and/or olfactory cues from diaspores of S. tuberosa can manipulate the behaviours of hornets and maintain the evolutionary interactions between seeds and hornets? ③ whether the cooperation between hornets and ants can manipulate the seed scattering patterns of S. tuberosa? We hope that this study can decipher the recognition mechanism between hornets and diaspore of S. tuberosa and fill the gaps between seed dispersal by hornets and by ants. We also want to explore the ecological and evolutionary significances of seed dispersal by hornets. At last, we wish the study can provide some new views about seed dispersal and spatial and distribution pattern of seed plants whose seeds may be dispersed by more than one dispersers.

胡蜂传播种子是种子植物中罕见的种子传播方式，到目前为止仅在3个蚁播植物类群中被记录。胡蜂到底是偶然传播蚁播植物的种子，还是它们作为非标准的传播者已经与蚁播植物进化出互利合作的共生关系至今仍未得到机制上的解释。本申请通过研究蚁播植物大百部传播体（种子+油质体）和胡蜂及蚂蚁的相互作用，在基于该物种油质体模拟胡蜂和蚂蚁猎物的基础上（味觉信号），拟弄清：① 胡蜂是否在大百部种子传播过程中扮演重要角色，并主导该物种的长距离扩散？② 大百部传播体释放的嗅觉和/或视觉信号，是否是维持胡蜂和大百部传播体弥散性进化关系的重要原因？③ 胡蜂和蚂蚁协作传播大百部种子的行为是否可以用来解释该物种目前的居群分布格局？我们希望本研究能阐明胡蜂和大百部传播体之间的识别机制，在架起蚁播和胡蜂传播桥梁的同时，解析胡蜂传播对蚁播植物的生态和进化意义，为其他种子植物居群空间分布格局形成的研究提供理论基础和新的思考视角。

胡蜂传播种子是种子植物中罕见的种子传播方式，到目前为止仅在3个蚁播植物类群中被记录。胡蜂到底是偶然传播蚁播植物的种子，还是它们作为非标准的传播者已经与蚁播植物进化出互利合作的共生关系至今仍未得到机制上的解释。本研究通过研究蚁播植物大百部传播体 （种子+油质体）和胡蜂及蚂蚁的相互作用，在基于我们前期研究发现该物种油质体模拟胡蜂和蚂蚁猎物的基础 上（味觉信号），初步弄清了以下几个关键问题：① 胡蜂在大百部种子传播过程中扮演重要角色，并主导该物种的长距离扩散，蚂蚁对胡蜂丢弃的种子进行二次传播，有利于种子被搬运到更适合的微生境环境中；② 大百部传播体释放的嗅觉和视觉信号，是维持胡蜂和大百部传播体弥散性进化关系的重要原因，嗅觉起长距离吸引作用，视觉可能在短距离范围内起快速定位作用，相对而言，嗅觉的角色更为重要；③ 胡蜂和蚂蚁协作传播大百部种子的行为可以用来解释该物种目前的居群分布格局。在大尺度上，胡蜂传播的类群分布相对蚂蚁传播的类似更为广泛，而且发现胡蜂传播是从蚂蚁传播类群进化而来的。我本研究基本阐明了胡蜂和大百部传播体之间的识别机制，弄清了蚁播和胡蜂传播之间的协作关系，本研究解析了胡蜂传播对蚁播植物的生态和进化意义，包括拓展新生境、传播种子到更适应的微生境、及避免后代之间的强烈竞争。该研究可以为其他种子植物（特别是数量众多的蚁播植物）居群空间分布格局形成的研究提供理论基础和新的思考视角。