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陈贵林课题组在国际植物学期刊Plant Biology上发表文章

一种药用寄生植物锁阳开花结实的秘密——锁阳通过开花散发臭味吸引苍蝇实现传粉结实

2020-09-15    文字:

在普通人的印象里,苍蝇总是跟人类疾病传播、不清洁不卫生相联系,扮演着“四害”的角色。然而在自然界当中,很多植物的开花结实却离不开蝇类的传粉。356体育官方网站陈贵林教授研究团队,在国家自然科学基金项目、内蒙古自然科学基金项目及自治区科技成果转化项目支持下,历经四年持续研究,首次证实药用寄生植物锁阳的开花结实与锁阳开花后散发出的一种特有臭味物质吸引蝇类昆虫传粉,从而实现锁阳的授粉结实密切相关。这一最新研究成果,于2020911日在线发表在国际植物学期刊Plant Biology上。

我们知道,被子植物必须通过开花后的传粉过程才能实现种子的结实,比如园艺作物西瓜、甜瓜等水果生产,农作物小麦玉米的生产。这些作物通过传粉结实不仅为自己的下一代的繁殖提供了种子,同时也满足了人类对水果和籽粒的需求。植物为了实现传粉需要依赖不同的传粉媒介,如依赖风传粉的风媒植物,玉米、小麦、高粱、谷子、黍子等;依赖昆虫传粉的苹果、梨、草莓、西瓜、番茄、南瓜等。据估计,80%的被子植物靠昆虫实现传粉。这些植物为吸引特定传粉昆虫类群会提供不同的吸引物,如最常见的花蜜、花粉粒、芳香的气味等。但是有一类植物的花朵会释放与动物粪便、腐肉相似的臭味来吸引蝇类传粉,这种花气味拟腐现象已经在许多植物类群中被发现,如大王花、非洲白鹭花、白星海芋等。然而这种拟腐现象很少在寄生被子植物中报道。寄生植物是一类依靠吸收寄主植物营养实现生长繁殖的异养植物,截至目前已经发现4750多种,现在已经报道的绝大部分寄生植物通过花蜜和花粉粒吸引昆虫传粉。锁阳为锁阳科锁阳属多年生全寄生草本植物,主要寄生在荒漠植物白刺属植物的根部,锁阳是重要的中药材,临床用锁阳补阳气,治阳痿精虚、衰血竭、老年气弱阴虚、大便燥结等。锁阳也是传统的蒙药,能止泻健胃,主治肠热、胃炎、消化不良、痢疾等。锁阳分布在中国的北温带干旱的荒漠地区,如内蒙古西部、甘肃、宁夏、青海、新疆等省(区)荒漠区。锁阳的药用资源绝大部分来自于野生种群,由于连年的挖掘,锁阳已被内蒙古、新疆、青海列入各省(自治区)的《重点保护野生植物名录》,同时中华人民共和国生态环境部在《中国生物多样性红色名录(高等植物卷)》中将其评估为易危等级。为了制定锁阳的繁育保护策略,陈贵林教授研究团队持续开展了锁阳的繁殖生物学和传粉生物学研究。根据博士研究生王德慧在阿拉善左旗对锁阳自然种群的观察,锁阳集中在每年春季4月中下旬花序(锁阳头)出土,5月上旬开始开花,整个花序上密集生长着大量的非常小的雌花和雄花,雄花的花药开裂释放大量细小的花粉粒,当昆虫落到花序上会触碰花药,黏附花粉。有趣的是,锁阳会散发苯酚、对甲苯酚,吲哚,二甲基二硫醚和辛醇等臭味物质来吸引蝇类传粉者,包括家蝇、花蝇、丽蝇、麻蝇等10种昆虫,当这些昆虫嗅到臭味物质就会飞到锁阳花序上,但是它们并不能在锁阳花序上找到与臭味相对应的食物,它们只好携带着花粉粒飞向其他散发着臭味的花序继续寻找食物,顺便实现了锁阳的传粉。通过授粉试验证明锁阳是自交不亲和的植物,同一花序上雄花的花粉粒并不能让雌花完成正常授精,因此锁阳花序上的雌花需要来自另一个花序上的花粉粒才能完成传粉和授精,产生种子。由此体现了这些苍蝇在锁阳繁殖过程中的重要性。同时我们通过传粉媒介试验发现风也能起到辅助的传粉作用。在清楚了锁阳传粉机制的基础上,我们在一些臭味不够浓的锁阳种群的花序上使用了少量的二甲基二硫醚和二甲基三硫醚来吸引更多的蝇类传粉者来促进锁阳传粉,锁阳的种子产量增加了20%以上。这项研究成果对锁阳资源的原生态保护,锁阳野生抚育及人工栽培具有重要意义。

1 锁阳的花:A.花序,B.雄蕊,C.由柱头、未成熟的花药和花被组成的花序平面,D.两性花,成熟的柱头和未成熟的花药

2 锁阳花序的访花者:A.绿色的丽蝇、灰色的家蝇和鳞翅目幼虫B.家蝇,C.花蝇,D.啃食锁阳的漠甲

3 锁阳的传粉模式图

 

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