山莨菪属(茄科)植物的交配系统进化与生态适应

青藏高原的隆升过程引起的生境多样化促使生长在这一地区的植物发生了剧烈的分化，但在物种分化过程中，植物的交配系统如何转变以适应高原不良的传粉环境，以及高原隆升后形成的植物是否具有适应高原严酷生态环境的独特机制？这两个问题长期以来都没有得到很好的解决。本项目在前期的研究基础上，以青藏高原隆升后产生的茄科山莨菪属(铃铛子、赛莨菪和三分子)为对象，通过详细研究属内三种植物不同种群的花特征、交配系统和传粉昆虫，并与属内最先分化的植物山莨菪做比较，探讨茄科植物中广泛存在的自交不亲和系统在山莨菪属植物的进化转变及其生态学效应，阐明高山植物交配系统进化的适应意义；同时，通过研究属内植物花期(花梗弯曲)和果期(铃铛子的花梗直立)的特殊形态特征与高原环境因子的关系，揭示青藏高原植物对严酷生态环境的多样化适应机制。本项目的研究将为青藏高原高山植物的交配系统进化和生态适应研究提供一个极好的研究范例。

青藏高原的隆升过程引起的生境多样化促使生长在这一地区的植物发生了剧烈的分化，但在物种分化过程中，植物的交配系统如何转变以适应高原不良的传粉环境，以及高原隆升后形成的植物是否具有适应高原严酷生态环境的独特机制？这两个问题长期以来都没有得到很好的解决。本项目在前期研究的基础上，以青藏高原隆升后产生的茄科山莨菪属（铃铛子、赛莨菪和三分子）为对象，通过详细研究属内三种植物不同种群的花特征、交配系统和传粉昆虫，并与属内最先分化的植物山莨菪做比较，探讨茄科植物中广泛存在的自交不亲和系统的进化转变及其生态学效应，阐明高山植物交配系统进化的适应意义；同时，通过研究属内植物花期（花梗弯曲）和果期（铃铛子的花梗直立）的特殊形态特征与高原环境因子的关系，解释青藏高原植物对严酷生态环境的多样化适应机制。结果发现，山莨菪属植物在物种分化过程中的确存在由自交不亲和向自交亲和的进化转变，但在最后分化的三分子又重新获得了自交不亲和系统。自交不亲和系统的进化转变并没有引起自交的进化，因此我们推测自交不亲和系统在山莨菪属植物中的进化转变可能是该属植物在物种分化过程中的特征转变，但没有收到生态压力的选择。此外，铃铛子花期花梗弯曲并没有增加对传粉者的吸引能力，而是避免了紫外辐射和降雨对花粉的破坏作用，提高了雄性适合度；在果实发育时果萼宿存且果梗直立，而由于高山环境中夏季的频繁降雨使得果萼内经常存留一定量的水。通过控制传粉并去除水分，我们发现表明种子数量、结籽率和种子重量显著降低，且有水果萼内的温度变化显著低于外界环境，我们认为宿存果萼内的水分降低了高山环境中剧烈的温度变化对果实发育的影响，进而提高了雌性适合度。我们的研究结果表明高山植物具有多种方式以应对不良的高山环境，表明了环境因子在植物的花特征进化方面具有不可忽视的作用。