腾冲红花油茶有毒花蜜对传粉者偏好的影响及其化学机制

Nectar chemical composition plays an important role to study the co-evolution or diffuse evolution between plant and pollinators. However, limited studies were focusing on the chemical composition of toxic nectar with its associate effects on pollinators' preferences. Therefore, the mechanism on the interaction between toxic nectar and pollinators, and ecological function of toxic nectar, remain to be explored. Our previous studies showed that nectar of Camellia reticulata is toxic to honeybees, which hinders the promotion of pollination techniques by honeybees on C. reticulata. Moreover, the fruit set and the seed set are both low in nature as a result of pollinator limitation that further decreases the development of oil tea industry. Therefore further examining toxic nectar composition and the effects of toxic components on pollinators' preferences will have essential significance for improving yield of oil tea. Our study will be carried out by combining detailed field observation, HPLC-MS, GC-MS, toxicity tests and simulation experiments together to identify effective pollinators, chemical compositions (sugar, free amino acids, volatile and secondary compounds), toxic components and their probably selective damage to its flower visitors and pollinators' preferences on toxic nectar. Conclusively we aimed to address the effects of toxic nectar on foraging behaviors of pollinators and its contribution to reproductive success of C. reticulata; to explore the chemical mechanism on the interaction between toxic nectar and pollinators, which will help to provide a new idea for improving yield of oil tea through breaking the pollinator limitation.

花蜜化学成分在研究植物-传粉者协同或弥散性进化中起着关键作用。我们前期研究发现腾冲红花油茶花蜜是一种对中蜂、意蜂有毒的花蜜；但其坐果结实高度依赖传粉者。我们推测有毒花蜜导致传粉者限制是自然条件下油茶产量较低的主要原因，初步研究也证明了中蜂对该花蜜访问频次、停留时间及取食量明显低于蔗糖溶液，但对该花蜜化学组成、毒性成分及其对其他传粉者访花偏好的影响还不清楚。因此，本项目拟通过野外观测明确腾冲红花油茶优势传粉类群；采用HPLC-MS、GC-MS等方法测定该花蜜中挥发性物质、糖类、游离氨基酸和次生代谢物等成分，通过生物测定确定花蜜中毒性成分及其毒性大小；利用模拟试验探明不同传粉者对该花蜜的选择偏好及花蜜不同成分对传粉者行为的影响。通过上述研究，阐明腾冲红花油茶花蜜对传粉者选择偏好的影响及其化学机制，揭示有毒花蜜在植物与传粉者互作中的生态功能，为打破传粉者限制提高油茶产量提供新的思路。

腾冲红花油茶属于异花授粉植物，授粉高度依赖传粉者，由于冬季开花，自然条件下传粉者少，从而导致其产量低。长期以来，对腾冲红花油茶的研究多集中在种质资源调查、良种选育和茶油化学成分及其保健功能等方面，有关腾冲红花油茶有毒花蜜与传粉者类群的对应关系缺乏深入研究。本项目通过野外观察、高效液相色谱、蛋白质分离技术和生物信息学分析等手段研究了腾冲红花油茶花蜜中的化学成分及其对传粉者的影响以及花蜜蛋白在花蜜中的功能，揭示了腾冲红花油茶有毒花蜜与传粉者的关系及其对传粉者影响的化学机制。.研究表明，腾冲红花油茶不存在无融合生殖现象，主要访花者有鸟类和蜂类，其中鸟类占优势。花蜜糖浓度为17.54±5.36%，呈酸性；从花蜜中检测出5种糖类（果糖、葡萄糖、蔗糖、棉子糖和水苏糖）、18种游离氨基酸、34种挥发性物质和6种次生代谢产物。其中对蜜蜂具有毒性的成分主要是棉子糖和水苏糖；对蜜蜂具有驱避作用的成分主要是水苏糖、γ-氨基丁酸、cameretiin A和cameretiin B。腾冲红花油茶花朵蜜腺发育与花蜜分泌过程是多种代谢途径和信号通路共同作用的结果，同时也需要众多基因的参与。从花蜜中分离得到4种花蜜蛋白，其中1,6-二磷酸果糖醛缩酶、α淀粉酶和己糖激酶参与花蜜中的糖调控过程，谷胱甘肽S-转移酶则主要参与花蜜中的抑菌途径。本研究结果为进一步揭示有毒花蜜在植物与传粉者互作中的生态功能，进而为打破传粉者限制提高红花油茶产量提供新思路。通过项目实施，发表学术论文14篇（中文核心期刊论文4篇，农业核心期刊论文10篇）。申报并获受理国家发明专利1项，已进入实质审查阶段；申报并获受理国家实用新型专利1项；待出版学术译著1部（中国农业出版社）。培养博/硕士研究生3人（1人获得博士学位，2人获得硕士学位）。项目组成员1人入选云南省“中青年学术和技术带头人后备人才”，1人晋升高一级职称，1人考取博士研究生。举办国内学术会议1次，参加国内外学术会议18人次，学术报告交流6人次。