沙丘稀有种准噶尔无叶豆花部特征的传粉适应和进化含义

The conservation of rare species under special ecosystem has been increasingly focused.Eremosparton songoricum(Litv．)Vass．is a rare woody shrub distributed in the mobile dune areas, previous research showed that reproductive success relied on pollinators and the natural fruit set was lower than 16%. Therefore, understanding the interaction between the floral traits and pollinators is the key to put forward the conservation measures from a perspective of sexual reproduction. The ecological and evolutionary significance of floral traits in E. songoricum was analysed by a series of pollinator exclusion, partial emasculation and lab method in multiple tempral and spatial scales, which included three aspects: ①the biological and ecological mechanism of intrafloral stamen differentiation; ②the spatial-tempral characters and adaptative significance of pollen presentation; ③the consequence of partial emasculation on offspring fitness and the selection on floral traits by pollinators. We can not only further analyse the function differentiation of stmens,but also explore the adjust and alter mechanism of floral traits on pollination adaptation and reproductive strategies. Moreover, the evolutionary significance of floral traits in Eremosparton songoricum will be discussed.The new theory is expected on the "intralfloral stamen differentiation and pollen presentation in Fabaceae" research field. Besides, the results will provide theory evidence and case analyse for the understanding of "flower-pollinator" hot spot in the extreme arid environment.

特殊生态系统下稀有物种的保育工作日益受到关注。准噶尔无叶豆是沙丘稀有灌木，该种生殖成功严格依赖传粉者，自然种群结实率不足16%。因此，深入理解花部特征与传粉者的相互作用是从有性繁殖角度制定该种保育措施的关键。本研究拟通过野外排除传粉者、部分去雄套袋和室内试验，从多时空角度对准噶尔无叶豆花部特征的生态进化意义进行研究。目的在于阐述：①花内雄蕊分化的生物、生态学机制；②花粉呈现的时空特征及适应意义；③部分去雄套袋处理对后代适合度的影响以及传粉者对于花部特征的选择作用。通过上述内容深入分析花内分化雄蕊的功能"分工"，探讨花部特征对于传粉适应过程和繁殖策略的调整和改变机制，进而明晰花部特征的进化含义。此外，研究有望在"豆科植物花内雄蕊分化及花粉呈现时序性"研究领域产生新的理论认识及突破，并为深入理解极端环境下"花-传粉者"这一繁殖生态学热点命题提供理论数据及个例分析。

植物花部特征进化与传粉适应性一直是进化生态学领域关注的核心问题之一。本项目对沙丘稀有物种准噶尔无叶豆花部特征的传粉适应性和进化含义进行了多时空尺度的研究，发现该种具有花内三形雄蕊分化现象，依其花丝长度的分化，单花包括长、中、短三形雄蕊。三形雄蕊的花药和花粉粒的大小以及花粉粒形态不存在显著差异，花粉粒赤道面观为大小均匀的椭球形或长椭球形，极面观为3裂圆形，具三孔沟；但短雄蕊单个花药的花粉数量、花粉活力和花粉活力持续时间均显著高于长雄蕊和中雄蕊；短雄蕊的花粉多数落置在柱头表面，是“潜在自交者”，昆虫访花时被昆虫的头下部和前胸携带并落置在异花柱头表面；长雄蕊和中雄蕊的花粉多数落置在具有雌雄隔离作用的柱头刷上，并被昆虫的腹部携带落置在异花柱头刷上；准噶尔无叶豆自交亲和，罕见主动自交，生殖成功严格依赖传粉者；单花全部去雄后，人工分别授异花三形雄蕊花药中的花粉后，处理间结实率不存在显著差异，部分去雄，套袋，保留短雄蕊的结实率显著高于保留中、长雄蕊的结实率。准噶尔无叶豆三形雄蕊的分化对交配系统无影响，其不存在功能分化，均既具备传粉功能，又可以为传粉者提供食物。但短雄蕊在发挥雄性功能方面具有更重要的意义。为了提高花粉成功到达异花柱头的几率，准噶尔无叶豆通过调整花粉的呈现，把花粉装配在不同的花药内，在不同的空间把花粉更精准地散布在传粉者身体的不同部位进行传粉是提高花粉输出率的有效途径。相关成果已发表学术论文5篇，投稿在审2篇，部分结果还在整理中。研究结果为丰富我国豆科植物的系统演化提供了材料，并在“豆科植物花内雄蕊分化”领域产生了新的个例数据。