八角属（五味子科）植物与瘿蚊互利共生传粉机制及花产热的研究

昆虫传粉在被子植物（85%由昆虫传粉）的演化和发展过程中起着决定性作用。直接化石证据的缺乏及对现存被子植物基部类群与昆虫的互利关系研究不足，我们对早期被子植物与传粉昆虫相互作用的认识还十分有限。本项目以被子植物基部重要类群（八角属）为研究对象，综合详细的野外传粉观察和控制实验，对代表种类的传粉昆虫、繁育机制、花香气味和花产热现象进行研究，并从分子系统学角度来探讨八角属植物与传粉昆虫的互利共生关系；进而检验原始被子植物与昆虫协同演化的重要假说1）植物化学信号和花产热生理在早期被子植物与传粉昆虫互利共生关系中起着关键的作用；2）在原始被子植物与传粉昆虫互利关系中，专一性的互利共生关系是由广谱性的寄生关系演化而来。通过本研究不但能揭示八角属植物的传粉和繁育机制及其与传粉昆虫的互利共生关系，为研究早期被子植物与传粉昆虫的起源与演化提供强有力的依据，而且为该属重要经济作物（如八角）栽培推推广提供支持

项目执行期间对五味子科八角属10个种，五味子属2个种及南五味子属一个种进行了详细的野外传粉观察和控制实验。研究发现瘿蚊为八角属肉被亚属7个种、五味子属2个种及南五味子属一个种的唯一传粉昆虫（翼梗五味子有2个种传粉），瘿蚊与寄主植物之间形成了专性互利共生传粉关系。在这个互利共生关系中，当花在夜晚打开后，瘿蚊访花（雄花和雌花或两性花），并产卵于花部结构(花药隔、花丝和内轮花被基部等)，携带花粉并完成寄主植物传粉；瘿蚊卵在花内孵化，幼虫以取食花部结构(花丝及内轮花被基部等)分泌的分泌物为食。这种互利共生传粉机制普遍存在于八角属肉被亚属植物中，并且可能广泛存在于五味子属和南五味子属中。瘿蚊特殊的产卵器和寄主植物花授粉后花内分泌节律是传粉昆虫与寄主植物之间形成互利共生关系的适应结构与演化驱动力。然而，八角属八角亚属植物所观察的3个种都是通过甲虫传粉。到目前为止，我们可以确定五味子科至少有16个种具有瘿蚊传粉，在五味子科植物系统发育框架下讨论五味科植物与传粉瘿蚊之间的演化关系，我们发现瘿蚊传粉互利共生机制在五味子科各个演化支上广泛分布，并且至少演化了3次。