鼠尾草杠杆式传粉系统的居群分异及其选择机制

The evolution of floral diversity has been an intriguing theme in the study of evolutionary ecology. Salvia is characterized by its diverse lever-like stamen, which was regarded as "a key innovation" to trigger adaptive radiation of species in the genus. We founded that Salvia species in Hengduan Mountains of Qinghai-Tibet Plateau displayed great variation in floral traits，correspondingly with spatial variation in pollinator funna. However, the relationship of flower-pollinator interaction is still unknown.Based on provious researches, we hypothesised that the diversification of the novel trait was driven by divergent pollinator-mediated selection among populations.In this research, we are intended to employ three representative species which differ in length of lever-like stamen in a spatial context. 1) We will conduct research on phenotypic selection for floral traits within population to explore local adaptation and selection mechanism. 2) We will conduct comparative studies on both pollination system and phenotypic selection among populations, to uncover spatial divergence of flower-pollinator interaction system and its evolutionary mechanism. It is expected that these researches may provide new insight into and experimental evidence for understanding of evolutionary process of floral diversity by linking the micro- and macro-evolution.

被子植物花形态多样性的形成一直是进化生态学的研究热点。鼠尾草属植物的雄蕊杠杆结构被认为是促发该属物种适应辐射的关键性状，呈现出丰富的多样性。我们调查发现，青藏高原横断山区该属植物的花结构和传粉者类群均表现出很大的空间变异性,但二者的互作关系尚且不明。基于前期研究我们提出：不同传粉者类群在不同居群内对雄蕊杠杆花性状的分化选择是驱动其空间分异的主要动力。针对此假说，本研究拟在较大空间尺度上选择具有不同雄蕊杠杆长度的3个代表性物种，设立多个居群，开展如下研究：1）在居群内开展花表型选择研究，从微进化水平探明花性状对传粉环境的局域适应性和选择机理；2）在居群间开展传粉系统和花性状选择的比较研究，阐明"花结构-传粉者"互作系统的空间分异特征，探讨其发生居群趋异的进化机制。本研究试图通过对该属物种种内和种间分化机理的探索，架起其微进化和宏进化的桥梁，为揭示被子植物花形态的多样性进化过程提供实验验证。

被子植物花形态多样性的形成一直是进化生态学的研究热点。鼠尾草属植物的雄蕊杠杆机制被认为是促发该属物种适应辐射的关键性状，呈现出丰富的多样性。本项目针对“不同传粉者类群的分化选择是驱动该属植物花多样性分化的主要动力”的假说，选择了该属4个物种共7个居群，探究了种群间传粉互作系统的分异特征及其进化机制；在微进化水平开展了花表型选择及其适应性研究，并探索了花粉与资源限制对鼠尾草繁殖适合度实现的影响；另外，结合传粉生态和花性状选择探明了鼠尾草雌-全异株性系统的进化与维持机制。取得的主要研究结果如下。1）花性状变异及其种群分异：鼠尾草花性状在不同种群间存在很大分化，种群内不同个体间花性状的变异程度显著大于个体内；其中，柱头位置相关性状具有较大变异性和进化潜力，花大小相关性状的进化潜力最小。2）花性状-传粉者互作系统的空间分异及其进化：所调查不同鼠尾草种群的传粉者类群各不相同，其主要传粉者的体型指标与相关花性状表现出强烈的协同变异。3）资源与花粉限制对鼠尾草繁殖成功的影响：资源与花粉限制显著影响自然种群的适合度实现，其开花与结实之间存在明显的资源权衡，同时存在严重的由同株异花授粉而导致的近交衰退。4）花表型选择及其适应性：鼠尾草花性状在自然种群受强烈的选择，其选择模式和选择强度随不同传粉环境以及种群内花粉和资源限制程度而发生变化。雄蕊杠杆相关花性状是传粉者介导选择的主要靶性状；花数量和花大小选择主要受资源限制影响。5）S.pratensis雌-全异株性系统的进化和维持机制。不同传粉者类群介导的分化选择是驱动该物种性二型进化的主要动力；雌性花与其传粉者的精确匹配及其形成的传粉效率优势，是该物种雌-全异株性系统维持的主要机制。项目研究结果支持了“雄蕊杠杆传粉机制是激发鼠尾草属物种适应辐射的关键性状”的假说，并为理解传粉者介导的选择在驱动被子植物花多样性分化中的作用提供了例证。