自交衰退會(huì )導致植物產(chǎn)生生活力較差的子代，但是為什么約有20%的有花植物以自花授粉作為主要的交配策略？這個(gè)問(wèn)題一直困擾著(zhù)達爾文，他為此提出一個(gè)假說(shuō)：當植物缺乏傳粉昆蟲(chóng)或者交配機會(huì )的時(shí)候，自花授粉可以保證種子的產(chǎn)量。這個(gè)假說(shuō)是非常容易理解的，被廣泛接受用來(lái)解釋自花授粉的進(jìn)化。然而，很少有實(shí)驗直接去驗證這個(gè)假說(shuō)。在多開(kāi)花季節多居群的長(cháng)期角度上來(lái)驗證的例子更是少得可憐。除繁殖保障和自交衰退以外，自交還導致其他的收益和代價(jià)，如果想全面理解自交的進(jìn)化，必須要綜合考慮這些因素。
姜科植物屬于泛熱帶分布的姜科植物，但是其中象牙參屬植物卻生長(cháng)在溫帶高海拔地區，主要分布喜馬拉雅及橫斷山地區，被認為是青藏高原隆起后從熱帶亞熱帶廣布的姜花屬植物中分化出來(lái)的適應于高原環(huán)境的姜科植物類(lèi)群。對熱帶姜科植物的繁殖策略已經(jīng)多有報道，然而對這個(gè)生長(cháng)在特殊生境的高山姜科植物卻從未受到研究者關(guān)注。
最近，中國科學(xué)院西雙版納熱帶植物園的博士生張志強及其導師李慶軍研究員研究了一種高山的姜科植物無(wú)柄象牙參 (Roscoea schneideriana)。他們研究表明，雖然無(wú)柄象牙參有艷麗的花朵，但是少有昆蟲(chóng)來(lái)傳粉。奇怪的是，它在自然居群中卻有著(zhù)非常高的坐果率。張志強和李慶軍研究員發(fā)現，在無(wú)柄象牙參開(kāi)花過(guò)程中，它的柱頭部分逐漸主動(dòng)地彎曲至花粉囊的位置。他們在詳細研究自交機制，自交結實(shí)能力和自交發(fā)生時(shí)間的基礎上，進(jìn)一步在多花期多居群內直接量化了繁殖保障，同時(shí)量化了自交衰退的程度。在綜合分析自交利弊后，他們認為無(wú)柄象牙參主動(dòng)自交繁殖策略之所以被選擇，最根本的原因是能在惡劣傳粉狀況下，主動(dòng)自交在付出較小代價(jià)的同時(shí)提供了巨大的繁殖保障。傳粉者缺乏導致的花粉限制是自交進(jìn)化形成的主要選擇壓力。無(wú)柄象牙參花期和該地區雨季高峰期恰好重疊，可能是導致花粉者稀少的原因之一。另一個(gè)解釋是傳粉者和象牙參之間互利共惠系統在中國喜馬拉雅地區的崩潰。
該研究成果發(fā)表在即將出版的 Annals of Botany《植物學(xué)年評》上 (doi:10.1093/aob/mcn136) 。Annals of Botany是植物科學(xué)領(lǐng)域的著(zhù)名期刊，創(chuàng )刊于1887年，最新的影響因子為2.939。
本文作者：孫燕瓷
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