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中科院一博士生发现自花授粉的秘密

花匠小妙招
2024-08-17 14:30

生物通报道：来自中国科学院西双版纳热带植物园的消息，西双版纳热带植物园的研究人员在对一种高山的姜科植物无柄象牙参 (Roscoea schneideriana)进行研究的时候发现，虽然无柄象牙参有艳丽的花朵，但是少有昆虫来传粉。奇怪的是，它在自然居群中却有着非常高的坐果率。在无柄象牙参开花过程中，它的柱头部分逐渐主动地弯曲至花粉囊的位置。他们在详细研究自交机制，自交结实能力和自交发生时间的基础上，进一步在多花期多居群内直接量化了繁殖保障，同时量化了自交衰退的程度。在综合分析自交利弊后，研究人员认为无柄象牙参主动自交繁殖策略之所以被选择，最根本的原因是能在恶劣传粉状况下，主动自交在付出较小代价的同时提供了巨大的繁殖保障。

这一研究成果发表在即将出版的植物科学领域的著名期刊Annals of Botany(《植物学年评》)上 (doi:10.1093/aob/mcn136) 。文章的主要作者为西双版纳热带植物园的博士生张志强及其导师李庆军研究员。

自交衰退会导致植物产生生活力较差的子代，但是为什么约有20%的有花植物以自花授粉作为主要的交配策略？这个问题一直困扰着达尔文，他为此提出一个假说：当植物缺乏传粉昆虫或者交配机会的时候，自花授粉可以保证种子的产量。这个假说是非常容易理解的，被广泛接受用来解释自花授粉的进化。然而，很少有实验直接去验证这个假说。在多开花季节多居群的长期角度上来验证的例子更是少得可怜。除繁殖保障和自交衰退以外，自交还导致其他的收益和代价，如果想全面理解自交的进化，必须要综合考虑这些因素。

姜科植物属于泛热带分布，但是其中象牙参属植物却生长在温带高海拔地区，主要分布喜马拉雅及横断山地区，被认为是青藏高原隆起后从热带亚热带广布的姜花属植物中分化出来的适应于高原环境的姜科植物类群。对热带姜科植物的繁殖策略已经多有报道，然而对这个生长在特殊生境的高山姜科植物却从未受到研究者关注。

研究结果表明，在无柄象牙参开花过程中，它的柱头部分逐渐主动地弯曲至花粉囊的位置。研究人员在详细研究自交机制、自交结实能力和自交发生时间的基础上，进一步在多花期多居群内直接量化了繁殖保障，同时量化了自交衰退的程度。在综合分析自交利弊后，他们认为无柄象牙参主动自交繁殖策略之所以被选择，最根本的原因是能在恶劣传粉状况下，主动自交在付出较小代价的同时提供了巨大的繁殖保障。传粉者缺乏导致的花粉限制是自交进化形成的主要选择压力。无柄象牙参花期和该地区雨季高峰期恰好重叠，可能是导致花粉者稀少的原因之一。另一个解释是传粉者和象牙参之间互利共惠系统在中国喜马拉雅地区的崩溃。

附：李庆军

博士、研究员、博士生导师

出　生：1965年8月17日，云南丽江
电　话：0871-5160906，0691-8715471
传　真：0871-5160916，0691-8715070
邮　件：qjli@xtbg.ac.cn

Ⅰ.学习经历
1998．3-2002．6 中国科学院昆明植物研究所，在职博士学位研究生，获理学博士学位。
1995．9-1998．2 中国科学院昆明植物研究所，在职硕士学位研究生。
1983．9-1987．6 云南大学生物系植物学专业，获理学学士。
1980．9-1983．7 云南省迪庆藏族自治州中甸县第一中学，高中。

Ⅱ.工作经历
1987年8月至1992年12月在西双版纳热带植物园任研究实习员。
1989年3月至1993年6月任西双版纳热带植物园引种园林研究室副主任。
1992年12月1999年3月在西双版纳热带植物园任助理研究员。
1999年3月至9月，应美国国家大气研究中心(NCAR)的邀请并得到NCAR资助，在NCAR大气化学研究室生物圈-大气圈相互关系研究组进行合作研究。
1999年9月至2001年4月，在西双版纳热带植物园创新基地“生态系统结构与功能研究组”任助理研究员、副研究员。
2002年10月至11月，在美国国家自然历史博物馆进行合作研究，并访问了加拿大多仑多大学植物系。
2004年12月至2005年3月，先后在美国国家自然历史博物馆植物部和加拿大多仑多大学植物系进行访问与合作研究。
2007年5-6月，在美国国家自然历史博物馆进行访问，期间前往加勒比海国家多米尼克进行野外考察与合作研究。
2001年5月至今，在西双版纳热带植物园创新基地“植物进化生态学研究组”任组长、首席研究员。

Ⅲ.研究兴趣
1. 繁殖生物学：传粉生物学、植物交配系统及其演化；
2. 繁殖生态学：动植物相互关系及协同进化；
3. 生态系统演替与全球变化，植物VOC释放机理及其与动植物相互关系和生态系统演替的相关性。

IV.学术兼职
中国科学院西双版纳热带植物园学术委员会副主任委员
中国科学技术大学兼职教授、博士生导师
中国生态学会会员
美国植物学会(Botanical Society of America)会员
国际热带生物学与保护协会(Association for Tropical Biology & Conservation, ATBC)会员
国际热带生物学与保护协会专业学术期刊Biotropica专题编辑(Subject Editor) (2006-2008)

V.社会兼职
西双版纳傣族自治州第十届人民代表
西双版纳傣族自治州人大常委会环境与资源保护工作委员会委员

VI.在研项目
1．国家自然科学基金青年基金项目：西双版纳热带雨林环境异质性及林窗更新的生态生理研究(39700019)，1998-2000，主持。(已结题)
2. 国家自然科学基金面上基金项目：中国人为源VOC释放通量及其对大气对流层臭氧贡献率的研究(40075027)，2001-2003，副主持。(已结题)
3．国家自然科学基金面上基金项目：姜科山姜属植物的传粉生物学及其繁育系统的研究(30170069)，2002-2004，主持。(已结题)
4．中国科学院知识创新工程重要方向项目“物种间的协同进化机制及其生态学效应” (项目主持人：王琛柱李庆军)子课题：植物花蜜分泌与传粉者访花行为的互动适应及其与植物生殖成功的关系，2002-2004，主持。
5．国家科技部基础研究重大项目前期研究专项(2001CC00030)：花柱卷曲性的遗传机制与植物繁育系统进化的研究，2002-2004，主持。(已结题)
6. 2002年获得国家杰出青年科学基金资助(30225007)。

VII.已取得的学术成绩
1．世界上首次系统研究和命名了一种新的植物远交机制—卷曲花柱性(Flexistyly)，文章已在国际著名学术期刊、英国《自然》杂志(Nature)上发表。
2．研究了中国不同气候带生态系统的演替与植物VOC释放规律的相关性，首次建立了中国自然源VOC释放通量模型，VOC释放对大气对流层臭氧的贡献率，及其与全球变化的相关性。

VIII.所获奖励
1． 2004年，获首批新世纪百千万人才工程国家级人选。
2． 2004年，获2004年度全国优秀博士学位论文。
3． 2004年，获西双版纳州“有突出贡献的科技人员”称号。
4. 2003年，获西双版纳傣族自治州第五届“十大杰出青年”称号。
5． 2003年，获云南省科协优秀科技论文红河奖特等奖。
6． 2003年，作为项目主持人和第一获奖人获得云南省2002年度自然科学一等奖。
7． 2002年，获得国家人事部和中国科学院联合表彰的“中国科学院先进工作者”称号。
8． 2001年，获得国务院表彰的“国家级突出贡献专家”称号，并享受政府特殊津贴。

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