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            2. 高山草甸沿海拔梯度的傳粉網絡構建機制研究取得新進展

              昆明植物研究所 趙延會 2021-10-22

                生物物種間互惠的相互作用驅動群落中傳粉、種子傳播等重要生態過程。種間互作的形成受到一系列生態和進化因素的影響,深入探究物種互作構建機制將有利于對群落動態和生態系統功能變化做出準確預測。早在1862年,達爾文在研究一種花距長達29厘米的彗星蘭時,預測其傳粉者為喙長與其相匹配的昆蟲。41年后有學者發現彗星蘭的傳粉者為一種喙長約為28厘米的天蛾,該預測被證實。自達爾文起,植物和傳粉者之間的性狀匹配被認為是物種互作能否發生的關鍵。然而事實上,這種專性的一對一關系在傳粉系統中較為少見,而在泛化的傳粉系統中僅研究少數物種間的性狀匹配并不能反映群落的整體情況。近年來,研究人員整合互惠網絡、物種多度和形態性狀等數據,使群落水平物種互作構建機制的研究進入量化階段。已有研究發現性狀匹配在植物-蜂鳥、植物-昆蟲、植物-食果鳥等多種互惠網絡中普遍存在,但也有研究表明多度在物種互作形成中更加重要,目前二者的相對重要性仍存在較大爭議。 

                互惠網絡物種互作構建機制的差異可能與互惠網絡類型有關。在性狀匹配作用強的網絡中(如植物-蜂鳥網絡),物種互作局限于形態匹配物種間而更加特化,因此性狀匹配程度在特化的網絡中可能更高。另外,由于物種和形態組成的差異,同一類型互惠網絡的構建機制也可能在群落間存在差異。根據最佳取食原則,當群落內與傳粉者相匹配植物的多度較低時,其需要在降低報酬處理時間和降低搜尋時間上進行權衡。如果傳粉者最優取食策略為取食性狀更加匹配但多度較低的植物,性狀匹配是影響物種互作形成的關鍵因子;而如果偏好取食性狀不匹配但多度較高的植物,物種多度則為影響物種互作更重要的因子。因此,性狀匹配和多度在物種互作形成中的相對重要性可能受到互惠網絡類型和群落組成的共同影響。

                海拔梯度是研究傳粉網絡構建機制變化的理想系統。在較小的空間尺度內,不同海拔環境因子的變化常導致植物和傳粉者物種組成的明顯改變,并可能進一步引起性狀匹配和物種多度在物種互作形成中重要性的變化。但相關研究目前仍然十分匱乏。近期,中科院昆明植物研究所王紅研究員團隊,選擇滇西北玉龍雪山2725-3910米的4個草甸群落,研究植物-膜翅目昆蟲、植物-雙翅目昆蟲傳粉網絡的構建機制。研究表明,在不同海拔草甸群落間膜翅目和雙翅目昆蟲以及植物組成存在明顯差異,這種差異主要物種隨海拔變化的空間替換所致。膜翅目雙翅目昆蟲傳粉網絡,植物花管和昆蟲喙長的性狀匹配相比較物種多度在物種互作形成中起到更重要的作用。進一步研究發現,在不同海拔的膜翅目昆蟲網絡中,植物花管和昆蟲喙長間均存在顯著的性狀匹配(P < 0.05),表明膜翅目昆蟲偏好訪問花管長與其喙長相匹配的植物。而在雙翅目昆蟲網絡中,花管長–喙長的性狀匹配僅顯著存在于較低海拔草甸群落。同時,性狀匹配在不同傳粉系統間的差異和傳粉網絡的特化水平相關。因此,傳粉網絡中性狀匹配在物種互作形成中的作用是由傳粉系統的自身特征(如物種組成和多度、性狀組成和特化水平),以及傳粉系統所處的環境共同決定。 

                研究成果以Morphological trait matching in plant–Hymenoptera and plant–Diptera mutualisms across an elevational gradient”為題,發表于英國動物學和生態學期刊Journal of Animal Ecology。趙延會博士為論文的第一作者,王紅研究員為通訊作者。西班牙地中海高級研究所的Amparo Lázaro博士、中科院動物研究所的李海東博士和中科院武漢植物園的陶至彬博士等人參與了研究。本研究得到了中國科學院戰略性先導科技專項(XDB31000000)、國家自然科學基金-云南省聯合重點基金(U1502261)、云嶺學者(YLXL20170001)和國家自然科學基金32071670; 31700361項目的支持。 

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              1. 膜翅目和雙翅目昆蟲喙長(紫色)以及其訪問植物花管長(綠色)在麗江玉龍雪山不同海拔的頻率分布。


              2. 植物-膜翅目昆蟲和植物-雙翅目昆蟲傳粉網絡結構、性狀匹配程度和特化水平沿海拔梯度的變化。

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