破碎生境下欺骗性传粉植物黄花杓兰种群繁育系统与基因流研究

It has been estimated that one third of the orchids are deceptive. Cypripedium flavum is a typical deceptive pollination species. The populations of this species in Shangrila county has been severely fragmented in recent sixty years. This plant can reproduce clonally, varys in flower color, and has low fruit set based on our field investigation. It is generally thought that habitat fragmentation can affect reproduction success, reduce gene flow and increase inbreeding depression. But studies show that deceptive pollination can promote outcrossing and long distance gene flow, and this type of plant is not sensitive to habitat fragmentation. Studies show that it can improve reproductive success and gene flow to maintain a certain amount of small size populations. In this project, We plan to select several populations of C. flavum in Shangrila county as materials, and three aspects would be studied: First, the effects of habitat fragmentation on the amount and kinds of pollinators, pollinator actions and reproductive fitness of male and female. Second, the evolutionary trends of population mating systems and the balance between sexual and clone reproduction among the fragmented populations. Third, the patterns of history gene flow and current gene flow, the distance of current pollen flow and the differences of spatial genetic structure among populations. The project aims to study the effect and mechanism of habitat fragmentation on the patterns of reproduction and gene flow of this species, which can contribute to the conservation of this kind of species with deceptive pollination system.

兰科植物中约三分之一的种类为欺骗性传粉，黄花杓兰(Cypripedium flavum)为典型的欺骗性传粉植物，云南香格里拉的黄花杓兰种群遭受了严重的生境破碎化，调查发现黄花杓兰具克隆繁殖特性，花色具多态性，一些小居群的座果率很低。一般认为生境破碎会降低居群生殖成功、阻碍居群间基因流、增大近交，但文献报道欺骗性传粉能促进异交、促进远距离基因流，对生境破碎不敏感，维持一定大小、数量的小居群更有利于提高繁殖成功与基因流。因此，生境破碎如何影响黄花杓兰种群生存有待研究，项目以香格里拉破碎生境中的黄花杓兰种群为对象，研究：（1）生境破碎对传粉昆虫的种类、行为，雄性、雌性生殖成功的影响；（2）居群繁育系统的变化趋势，有性繁殖与无性繁殖间的平衡；（3）历史基因流与现实基因流模式、现实花粉流的距离、居群间空间遗传结构的差异。项目旨在揭示生境破碎对这类欺骗性传粉植物的繁殖及基因流的影响方式与机制。

生境破碎是当前的一个普遍现象，是许多物种生存的主要威胁，不同物种对生境破碎的反应也不同。本项目对破碎生境中的黄花杓兰居群传粉生物学、繁育系统、基因流进行了研究，以探讨生境破碎对该植物的影响。研究结果发现：1.传粉昆虫很少，自然痤果率很低，小居群的生殖成功并不随居群大小的减小而降低。2.开花植株密度与座果率呈现负相关关系。3.该物种自交亲和，生境破碎后，居群的自交率总体上并不上升。4.生境破碎后，该物种小居群的遗传多样性总体上并不下降，各居群仍保持着较高的遗传多样性，居群大小与遗传多样性的高低之间不呈显著的相关关系，小居群内不同世代间的遗传多样性差异不显著。5.居群间基因流维持在较强水平，居群间基因流在不同世代间变化较小，现实基因流能够有效防止居群间遗传分化。6.花部许多形态指标在居群间变异达到显著水平。7. 林缘生境较林内生境更适合黄花杓兰植株的生长、繁殖。研究表明，生境破碎对黄花杓兰种群的繁育系统、遗传多样性、基因流影响较小。黄花杓兰采用欺骗性的传粉方式，有利于促进异交，有利于促进远距离的基因流，这与缙云卫矛等非欺骗性传粉植物对生境破碎反应的结果不同。项目的研究结果对欺骗性传粉植物在破碎生境中的保育问题提供科学依据。