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植物交配系统：植物学一号

花匠小妙招
2025-05-19 04:01

一个多世纪以来，开花植物交配模式和性系统的显着多样性一直吸引着进化生物学家。关于这个主题的持久问题包括为什么性多态性在 100 多个植物家族中独立进化，以及为什么自花和异花受精的比例在种群内部和种群之间经常发生显着差异。关于植物交配系统进化动力学的重要新见解建立在理论模型和创新领域和实验室实验的坚实基础之上。然而，随着该领域的进步步伐加快，研究人员越来越难以关注其主要研究专业领域之外的发展。

在本期中，我们重点介绍了跨越和整合不同子学科的三个重要主题: 伴随自交过渡的形态学、物候学和生理学的变化；开花植物花粉库多样性的进化后果；以及性多态性的进化动力学。我们还强调了分子技术的最新发展，这些发展将有助于更有效和更具成本效益地研究大型自然种群的交配模式、花粉运输动力学研究以及性多态性的遗传基础调查。

内容

玛蒂尔德·杜菲和埃曼纽尔·比拉德
女性有多好？雌性优势的发生、近端原因及其在雌雄异体物种内和物种间的变异。

从理论上讲，只有当雌性从生殖优势中受益时，它们才应该能够与雌雄同体共存。通过审查和分析已发表的 48 个物种的数据，Dufay 和 Billard（第 505-519 页）表明这种预期通常是正确的；然而，优势的大小在物种之间（有时在物种内部）显示出相当大的差异，并且其近端原因因物种而异。他们认为减少自交可能不是雌性优势出现的主要原因，因此也不是维持雌雄同体生殖的主要原因。

格伦达·沃顿和迈克·拉姆齐
Wurmbea 的性别可塑性和性系统稳定性

雌雄同体的性别可塑性被认为会影响不同性别的进化。 Vaughton 和 Ramsey (pp. 521–530) 描述了两种 Wurmbea 物种在不同资源条件下雌雄同体和单性的性别可塑性，性系统从同性到双性。他们发现，当资源减少时，雌雄同体会产生较少的完美花朵，但不会产生雄花；单性恋者不受影响。这项研究强调了环境和雌雄同体性别表达之间的相互作用对于性系统稳定性的重要性。

雷切尔 B.斯皮格勒和蒂亚-林恩阿什曼
雌雄同体到雌雄异体：我们到了吗？

从雌雄同体（雌雄同体）到雌雄异体（雌雄同体）的转变是开花植物的基本转变。与后期阶段相比，关于雌性如何在“雌雄同体-雌雄同体途径”开始时在雌雄同体种群中入侵和建立的证据和随后的理解是丰富的，在后期阶段，雄性侵入并取代雌雄同体。 Spigler 和 Ashman (pp. 531–543) 回顾了路径后半部分的现有证据，并讨论了主要生态因素如何影响这些动态。

Junmin Li、Matthew H. Koski 和 Tia-Lynn Ashman
Fragaria vesca ssp. 中雌雄异株的功能特征。小苞片（蔷薇科）

雌雄同体是一种系统发育广泛的性系统，其中雌性与雌雄同体共存。因为雌雄异株可以从雌雄异株产生，雌雄异株和亚雌雄异株物种的近亲的雌雄异株特征可以提供对这种转变的见解。李等。 (pp. 545–552) 报告了雌雄同体生殖的功能证据草莓韦斯科 SSP。苞, 唯一的二倍体草莓属不是雌雄同体的物种。虽然性别变形与繁殖的分配相似，但雌雄同体在田间高度自交，它们的后代不太可能发芽，这表明近亲繁殖衰退是雌性维持的潜在驱动因素。与亚雌雄异株和雌雄异株同系物相比，这种雌雄异株物种的性二态性不太明显。

Jeremiah W. Busch 和 Lynda F. Delph
生殖保证和自动选择作为自我受精进化假设的相对重要性

许多可能的机制推动了从异交到自交的进化趋势，但大多数研究都集中在自交的传播优势及其在异花授粉不确定时提供生殖保证的能力上。 Busch 和 Delph (pp. 553–562) 讨论了这些想法的共享概念框架及其在过去 25 年的预测测试中出现的实证支持。他们得出结论，尽管生殖保证似乎是促进自交进化的主要因素，但研究必须考虑到种子和花粉的减少，以充分检验这一假设。

Jeffrey D. Karron 和 Randall J. Mitchell
花展大小对芨芨草雌雄繁殖成功率的影响

一株 Mimulus ringens 植物上同时开花的花朵数量在种群内通常有显着差异。 Karron 和 Mitchell（第 563-570 页）通过将花卉展示操作与明确的亲子鉴定相结合，证明展示尺寸的增加会导致每朵花的异交成功率显着降低，但自交只会适度增加。他们的结果表明，花粉折扣可能在花卉展示策略的演变中发挥关键作用。

Susan Kalisz、April Randle、David Chaiffetz、Melisa Faigeles、Aileen Butera 和 Craig Beight
Dichogamy 与异交率相关并定义了混合交配属 Collinsia 的自交综合征

科林西亚是一种自亲和的混合交配物种，在与交配系统变异相关的花形态和发育特征方面存在显着差异。卡利兹等人。 (pp. 571–582) 发现是否存在二重配偶可以诊断自交和异交综合症。然而，在没有授粉媒介的情况下，两个综合症组中的物种都表现出相同且高的自主自交率，并且在自然界中自交率变化很大。这指出了授粉环境的关键影响和二重配子对这个进化枝的交配系统进化的不稳定性。

克里斯托弗·T·艾维和大卫·E·卡尔
Mimulus 交配系统与干旱逃逸联合演化试验

自花受精可以直接选择，也可以通过选择与其相关的其他性状间接进化。 Ivey 和 Carr (pp. 583–598) 检验了一个假设，即 Mimulus 属的自交与允许植物避免暴露于季节性干旱的性状共同进化。在田间和受控干旱条件下，他们测量干旱逃逸和交配系统性状的表型和遗传反应。尽管一些测量的性状与假设不一致，但对土壤水分处理的几种可塑性反应支持这样的观点，即开花时间和自交的可塑性可能促进了分类学的分化，需要进一步研究。

Sara R. Dart、Karen E. Samis、Emily Austen 和 Christopher G. Eckert
Camissoniopsis cheiranthifolia（Onagraceae）花卉性状与交配系统之间的广泛地理协变：跨物种范围的多个稳定混合交配系统？

植物通过自花授精与异型杂交产生种子的程度差异很大，但交配系统进化是否存在明显的稳定终点尚无定论。飞镖等。 (pp. 599–611) 分析花卉性状的地理变异以及沿海沙丘地方性 Camissoniopsis cheiranthifolia（Onagraceae）的遗传交配系统估计，并表明即使该物种似乎拥有所需的遗传，也没有发生向完全自交的过渡容量。相反，他们假设该物种的异交种群已经进化到不同的混合交配稳定状态。

唐纳德·莱文
交配系统在后缘转移

随着全球变暖导致环境发生变化，物种分布范围的后缘正在成为人们越来越感兴趣的主题。在这篇评论中，Levin (pp. 613–620) 指出，处于落后边缘的小种群可能会经历低水平的异花授粉，因此自交亲和且能够自花授粉的个体将处于优势地位. 由于它赋予的生殖保证，环境的系统退化将因此有利于自我生育能力的提高，这可能在短期内通过对压力的发育反应或在长期内通过自我不相容位点的变化或影响该位点行为的基因。然而，自交也会导致遗传多样性的大幅减少，这可能使适应不太可能。

CJ Murren 和 MR Dudash
本地和非本地田间环境中近交衰退和可塑性的变化

据推测，近交衰退和可塑性对于新环境中种群的初始建立成功至关重要。 Murren 和 Dudash（第 621–632 页）比较了本地和新田间点的 Mimulus guttatus 异交系和近交系的表现（第 XNUMX-XNUMX 页）发现近交衰退和表型可塑性在田间点之间有所不同。异交后代通常优于自交后代，但在本地小说站点中，自交后代的表现更好或与异交后代一样好。检测到新地点具有更大可塑性的证据以及近亲繁殖和可塑性之间的相互作用，表明这两种反应在物种当前居住范围之外的重要性。

P.-O. 切普图
澄清贝克定律

贝克定律指出，自交亲和生物的定殖比自交不亲和生物的定殖更可能成功，因为自交亲和生物无需授粉剂即可产生后代。 Cheptou（第 633–641 页）回顾了与贝克定律相关的数据和概念，并得出结论认为它与基于种群遗传学观点的交配系统模型并不完全兼容，后者根据传递的基因而不是更多的基因来评估“适应性”贝克采取的人口统计观点。有必要描述殖民/灭绝动态，即集合种群情景，以解释选择过程。

Andrew G. Young、Linda M. Broadhurst 和 Peter H. Thrall
花粉限制和自交不亲和的非加性效应会降低植物的繁殖成功率和种群活力

花粉限制和自交不亲和基因型的丧失都可以独立起作用，以减少碎片化景观中的结实率。年轻等。 (pp. 643–653) 使用模拟模型检查花粉限制和自交不亲和等位基因丢失对短命多年生草本植物的繁殖成功和种群生存能力的影响。他们发现，当授粉概率降至 25% 以下且由于非加性相互作用，S 等位基因少于 20 个时，种群下降的速度可能比预期更快。这些可能是分散景观中小种群植物所经历的常见情况。

V. Ferrero、J. Arroyo、S. Castro 和 L. Navarro
不寻常的异质性：花样二态性和自交不亲和性在石珊瑚属和 Glandora（紫草科）中并不紧密相关

Heterostyly 的特点是雄蕊和柱头在不同花型中的相互位置，并且通常与防止自交和型内异花受精的不亲和系统有关。费雷罗等人。 (pp. 655–665) 检查了 Lithodora 和 Glandora（紫草科）的不相容系统，它们具有不同的花柱多态性，并重建了这些属和相关物种的系统发育。他们得出结论，花柱多态性和不亲和系统似乎在这组植物中独立进化，这与认为这些繁殖性状之间存在密切联系的正统观点形成鲜明对比。

Caroli de Waal、Bruce Anderson 和 Spencer CH Barrett
鸟类授粉的 Babiana（鸢尾科）授粉和交配的自然历史

鸟类授粉起源于许多被子植物谱系，但对太阳鸟授粉植物的交配生物学知之甚少。德瓦尔等人。 (pp. 667–679) 调查了南非开普地区特有的四种 Babiana（鸢尾科）的花卉生态学。这个群体特别有趣，因为其中几个拥有植物界已知的最专业的鸟类栖木。他们使用遗传标记证明了所有种群的自花授粉，这表明传粉者的专业化并不总是与交叉受精有关，正如人们通常认为的那样。