荞麦属异型花柱植物的繁殖生物学特征及其进化适应机制研究

Because of unique floral construction and ecological characters, heterostyly receives much concern, as a study subject with model significance in evolutionary biology studies. Existing evolutionary adaptive mechanism on heterostyly is unclear due to rather complex evolutionary process.Fagopyrum Mill. with major heterostylous specieses and abundant floral pattern is an important material for evolutionary adaptive mechanism studies, simultaneously, its reproductive biological characters lack of systematic investigation. Consequently, specieses with heterostyly and homostyly in Fagopyrum as study objects, comparative biology, reproductive biology and biogeography theory as basis,by field observation and manual controlling experiments, the reproductive biological characters of distylous plant-homostylous plant groups,isoplethic, morph-biased and monomorphic populations,typical heterostylous plants under different environmental conditions are comparatively studied to reveal the mechanisms for the breakdown of distyly, establishment of monomorphic populations and maintaince of distyly respectively; in the meantime, combining with the phylogenetic evolutionary relationship and the geographic distribution of the species, the evolutionary adaptive mechanism of heterostyly in Fagopyrum will be confirmed. The resuls will provide basis for the study of evolutionary mechanism of heterostyly in Polygonaceae,and theoretical references for buckwheat breeding.

异型花柱因其独特的花部结构和生态学特性而倍受关注，是进化生物学研究中具有模式意义的研究命题。因进化过程非常复杂，其进化适应机制还不清楚。荞麦属拥有较多的异型花柱植物和丰富的花型，是研究异型花柱进化适应机制的重要材料，同时该属异型花柱植物的繁殖生物学特征也缺乏系统研究。因此，本项目拟以荞麦属异型花柱植物和同型花柱植物为研究对象，以比较生物学、繁殖生物学和生物地理学理论为基础，采用野外定点观察和人工控制实验相结合的方法，对荞麦属二型花柱--同型花柱植物组合，等型比种群、偏态种群与单态种群，不同环境条件下的广布型典型异型花柱植物的繁殖生物学特征进行比较研究，分别揭示荞麦属植物异型花柱崩溃、单态种群形成以及维持三个方面的机制，在此基础上结合现有系统发育关系和地理分布资料，探讨荞麦属异型花柱植物的进化适应机制。研究结果将为进一步探明蓼科异型花柱植物进化适应机制奠定基础，并为荞麦育种提供理论参考。

本项目采用野外定点观察和人工控制实验相结合的方法，对荞麦属异型花柱植物的繁殖生物学特征及其进化适应机制进行了研究。主要研究结果如下：（1）与苦荞、细柄野荞麦、大狼把草等同型花柱植物相比，金荞麦、硬枝万年荞、大野荞等二型花柱植物常具有相对较严格的互补式雌雄异位及异交体系，结实率较低，而同型花柱植物常具有灵活的交配系统（自交、异交亲和），结实率较高。（2）型比结构的差异可能导致广布型二型花柱植物金荞麦不同地理种群交配系统在型内亲和和严格的型内不亲和间波动。双翅目的蝇类、膜翅目的蜂类以及鳞翅目的蝶类和蛾类是金荞麦的主要访花昆虫，但不同地理种群在具体种类上存在一定的差异；等型比及近等型比种群中，短花柱植株常具有更强的昆虫吸引能力，而偏态种群中，优势花型常具有更强的昆虫吸引能力。（3）不同地理种群间的苦荞和甜荞种子在形态结构和萌发特性等方面存在差异，但果皮的存在促进了其种子萌发。（4）酸铝对苦荞种子萌发及生长表现为低浓度促进，高浓度抑制的规律，表明苦荞具有一定的耐铝性。（5）在一定的光照强度范围内，光照强度的下降将导致金荞麦两种花型各开花物候期提前，花期缩短，总花量下降，光合作用能力下降，而不同花型间的响应差异较小。上述研究为揭示荞麦属植物的繁殖机制，阐明该属植物中二型花柱的维持、崩溃机制提供了重要理论依据，同时，也为荞麦的育种和栽培种植提供了技术指导。本研究较好的完成了项目申请书设定的研究目标。