秦岭地区忍冬属植物花部特征的进化和传粉生物学研究
秦岭地区忍冬属植物花部特征的进化和传粉生物学研究
尽管传粉者被广泛地被视为花部特征的重要选择压力,但是要弄清楚它们影响植物多样性分化的广度依然需要进行进一步系统学分析。而且在植物进化过程中,某些历史事件(如:传粉者转变)所造成的花部特征分化能够展现在所对应的进化枝上,通过系统学分析,这些历史上的事件对花部特征所造成的影响则可以被展现出来。在本文之中,我们将以分布在秦岭地区的忍冬属植物为材料,主要研究传粉者是否能够驱动忍冬属植物的花的开口朝向和花蜜分泌的分化;以及基于亲缘关系相近的物种间的系统发育分析的基础下,探寻这些花部特征的宏观进化。其中,花的开口朝向被认为是一个能够增进植物后代适合度的功能特征,花蜜是呈现在花中与生殖成功有关,维系与传粉者共生关系的花部性状。我们使用六个基因序列来重新构建分布于秦岭地区的忍冬属植物进化树,用于探究它们的系统发育关系。基于系统学关系,我们用花的开口朝向的不同和物种对应的传粉者类型对忍冬属植物进行分组,用以评估花的开口朝向改变与传粉者之间的关系。七种同域分布的忍冬属植物被用于研究该性状对传粉和生殖成功的影响。同时,我们还调查了这七种植物花期内温度和每种植物花开口角度之间的关系。我们还量化了 11种忍冬属植物的蜜腺大小、花冠管长度、花蜜的分泌量和花蜜浓度,利用系统发育比较分析和结构方程模型等方法来分析这些花部特征之间的关系,并使用普通线性模型来分析传粉者与这些花部特征的关系。对于秦岭分布的忍冬属植物的贝叶斯分析的结果强烈地支持经典的忍冬属分类系统。绝大部分的忍冬属值在被人工授予自花花粉时不结种子,表现出自交不亲和的特性。忍冬属植物花的开口朝向受到了显著的系统发育限制,但传粉者种类的改变能够导致花的开口朝向发生转变。而且,随着花期从春天到夏天的推移过程,不同植物花期内逐渐升高的生境中平均气温和花的开口角度呈现正相关关系(b=0.1434±0.0313,t=4.578,P=0.00596)。在忍冬属植物中,花冠管的长度和花蜜的分泌体积都受到了系统发育的限制,而且花冠管的长度与花蜜的分泌体积(b=3.40±0.47,P0.001)和花蜜的浓度(b=-0.0081±0.0023,P=0.0071)有非常紧密的联系。我们的结果指出传粉种类的转变作为一种重要的进化事件,其能够在花部特征进化的过程中使得花的开口朝向发生显著改变。传粉者还能够驱动花冠管长度和花蜜分泌发生分化。开口斜向下的花能够帮助植物适应较为寒冷的环境。花冠管的长度和花蜜的分泌应该被视为一种花的综合特征。总而言之,我们对于花的开口朝向和花蜜分泌的研究很好的联系起历史进化事件和对生境的适应,丰富了人们对这些性状的认知。
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