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科研进展

孙卫邦研究组对杜鹃花属植物的生殖隔离研究取得新进展

文章来源:昆明植物园  |  发布时间:2016-01-12  |  作者:马永鹏  |  浏览次数:  |  【打印】 【关闭

 

  物种形成是进化生物学领域研究的一个核心问题。而物种的形成过程就是生殖隔离(Reproductive isolation, RI)不断加强,直至达到完全RI的过程。一般RI分为两个阶段:即合子前隔离(Pre-zygotic RI)和合子后隔离(Post-zygotic RI),并且隔离强度具有时序性。尽管国外研究者对于不同物种的生殖隔离做了较为深入的研究,但这些植物类群主要集中在草本。至今尚未见到包含合子前和合子后隔离的木本植物研究。究其原因,木本植物合子后阶段的生长周期太长,很难量化。 

  中国科学院昆明植物研究所孙卫邦研究组的马永鹏副研究员一直从事包括杜鹃花属植物的在内云南特色观赏植物自然杂交起源及其同域分布物种的生殖隔离机制方面研究。近年来,研究组针对于广布种马缨花杜鹃(Rhododendron delavayi)和特有种蓝果杜鹃(Rhododendron cyanocarpum)自然杂交的系统研究表明:两个物种在大理苍山有重叠分布区,其发生了不对称的双向杂交,并且检测到基因流方向是从由蓝果杜鹃流向马缨花杜鹃(Ma et al., 2010, American Journal of Botany);马缨花杜鹃及蓝果杜鹃对的繁殖生态学研究发现,尽管两物种的传粉昆虫有差别,但熊蜂是它们共有的有效传粉者,且人工进行杂交授粉可得到可育的种子(Ma et al., 2010, Journal of Integrative Plant Biology);蓝果杜鹃其在花色方面存在白色花和粉红色花的变异,熊蜂也更偏向于访问粉色花朵的植株,但传粉者与不同花色间植株的杂交亲和性无显著差异(Ma et al., 2015, Plant Diversity);长花期、较大的花展示、部分自交亲和的繁育系统、以及低昆虫访花频率是是蓝果杜鹃适应高海拔生境的繁殖策略(Ma et al., 2015, Journal of Systematics and Evolution) 

  研究人员还基于近8年对马缨花杜鹃和蓝果杜鹃的研究积累,对它们的生殖隔离中的合子前隔离阶段的地理隔离、花期隔离、花特征(花色、花气味、花蜜含量及糖浓度)及其传粉者行为隔离和花粉管竞争,以及合子后隔离包含了结实率和种子活力这些阶段进行了深入的量化分析。结果发现:较于合子后隔离,合子前隔离更为重要,尤其是共有传粉者对两亲本具有很强的偏好;此外,与种内异交授粉相比,种间杂交授粉的花粉管生长速度、结实率以及种子萌发率都被明显抑制,进一步证明了较强的合子后隔离,并且,在各个阶段的生殖隔离强度具有不对称性。上述研究结果,以“Strong reproductive isolation despite occasional hybridization between a widely distributed and a narrow endemic Rhododendron species”在线发表于国际综合期刊Scientific Reports (6:19146)。本文的链接为http://www.nature.com/articles/srep19146 

图1 两种杜鹃花的花特征、花瓣反射光谱以及花蜜体积与含糖量比较

  图2 两种杜鹃花的合子前和合子后生殖隔离指数估算汇总


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