同域分布的两种荒漠春季十字花科草本植物的花部特征与花气味差异性比较

卡拉麦里山自然保护区是我国著名的荒漠有蹄类野生动物自然保护区,春季开花植物是该保护区荒漠植被的重要组成部分,也是食草野生动物赖以生存的优良牧草。西伯利亚离子芥(Chorispora sibirica)和扭果花旗杆(Dontostemon elegans)是广泛同域分布在该区域砾质荒漠上的两种十字花科春季开花草本植物。为了比较这两种草本植物的花部特征与花气味的差异性,对两物种的花部性状进行野外观测和测量,同时收集并分析其花气味挥发物的组成。结果表明:(1)两种草本植物的花均具有典型的虫媒花特征,如较大的花冠直径、鲜艳的颜色和芳香的气味,并且两物种的主要花部性状存在着显著的差异,尤其表现在花冠的颜色、直径、花瓣宽以及雌雄蕊长上。(2)两种草本植物的花气味中共分离出41种挥发物,主要以萜类化合物为主,其中西伯利亚离子芥花气味的主要成分为顺-β-罗勒烯,而扭果花旗杆的花气味中α-蒎烯和苯乙醛的含量最高。主成分分析表明两物种花气味的化学组成表现出明显的种间差异性。同域分布中的两种荒漠草本植物具有相似的花部特征和花气味,可吸引共享传粉者,促进两物种进行异交,从而增加开花植物的后代适合度;推测共享传粉者可以利用两草本植物之间的这种差异性来区分出各物种,进而分别为其传粉,从而可以保障两草本植物的种间生殖隔离,维持了该区域内的物种多样性,也对该区域野生动物的保育具有重要意义。

应用动态顶空吸附-气相色谱-质谱法分析算盘子花气味的化学成分

花气味在维持大戟科(Phyllanthaceae)算盘子属(Glochidion)植物和头细蛾(Epicephala)专性传粉互利共生体系中发挥关键作用。本研究采用动态顶空吸附法(dynamic headspace adsorption)收集算盘子(Glochidion puberum)花气味,运用气相色谱-质谱(GC-MS)联用技术分离并鉴定其化学成分,用峰面积归一化法测得各组分的相对含量。结果表明:算盘子花气味中共鉴定出45种挥发物,主要包含单萜和倍半萜类物质;芳樟醇(38.06%)和β-榄香烯(23.84%)相对含量最高,占总相对含量的61.9%,为主要的气味成分,推测这两种物质可能是吸引传粉头细蛾的重要气味成分。本研究为进一步开展触角电生理检测和生物行为试验来筛选吸引传粉头细蛾的活性物质提供了理论依据。

小果叶下珠花气味组成及其两性异型性

大戟科(Euphorbiaceae)植物小果叶下珠(Phyllanthus microcarpus)由种特异性细蛾科(Gracillariidae)昆虫头细蛾(Epicephala)专门为其传粉,具体包括:头细蛾在雄花上积极采粉,然后为雌花授粉并在其内产卵等极其不同的传粉行为。花气味在维持小果叶下珠与传粉头细蛾专性传粉互利共生关系中起着至关重要的作用。采用动态顶空吸附法分别收集小果叶下珠雌花和雄花气味,利用气相色谱-质谱(gas chromatography-mass spectrometry,GC-MS)联用技术分析鉴定其成分,并用峰面积归一法与内标法进行定量,最后通过主成分分析法比较两者间的差异性。结果表明:(1)小果叶下珠花气味中共分离出17种化合物,主要以萜类和脂肪族物质为主;顺-β-罗勒烯在雌花和雄花中含量均最高,为主要气味成分;(2)雌花气味释放量显著高于雄花;(3)雌花和雄花之间气味化学成分存在明显的差异,即具有两性异形性。初步推测花气味出现两性异形性是植物为适应传粉头细蛾极其高度特异的传粉行为(雄花采粉,雌花传粉并产卵)而选择进化的结果。

三室算盘子寄主上弯头细蛾的生物学特性及花气味成分分析

【目的】为了从生物学和化学生态学角度探讨弯头细蛾Epicephala ancylopa和寄主三室算盘子Glochidion sp.间专性传粉的互利共生关系稳定性。【方法】本研究在野外观察和室内实验的基础上,对专性传粉育幼互利共生体系中三室算盘子、弯头细蛾生物学特性进行详细研究,探究互利共生双方利益得失;用动态顶空吸附法分别收集三室算盘子雄花和雌花气味物质,运用气相色谱-质谱联用技术(GC-MS)分析并鉴定其有效成分,用峰面积归一化与内标法定性定量;最后通过主成分分析法比较雄花和雌花之间气味化学成分的差异性。【结果】弯头细蛾在云南省普洱太阳河国家森林公园每年有1个世代,成虫和幼虫的活动时间分别在3-4月和8-10月。三室算盘子结实率为44.20%,被蛀食率为69.94%,平均每头幼虫消耗2.55枚种子来满足自身生长发育,寄主植物留有83.06%完好的种子,以维持互利共生关系的稳定。三室算盘子雌雄花气味中共鉴定出24种挥发物,主要以单萜类和倍半萜类物质为主,其中(Z)-罗勒烯和β-榄香烯两种萜类物质含量最高(分别为47.11%和22.72%),推测其是吸引弯头细蛾传粉的主要气味成分;雄花和雌花之间气味化学成分存在明显的差异,具有两性异型性。【结论】弯头细蛾通过以卵越夏和以蛹越冬对策,实现成虫发生期与三室算盘子花期的精准匹配。弯头细蛾成虫白天静伏,傍晚开始活动,三室算盘子花的气味物质也只在晚上才明显释放,且雌雄花气味化学成分的两性异型性有利于弯头细蛾辨别雌雄花,以完成采集花粉与传粉行为。该研究结果为头细蛾属昆虫与算盘子属植物专性传粉互利共生关系稳定性的维持机制提供了新的依据,也为深入开展通过触角电生理检测和生物行为实验来筛选吸引传粉头细蛾的活性物质提供了理论依据。

黑面神雌花气味传粉前后的变化及其生态意义

该文以与头细蛾传粉相关的叶下珠科植物黑面神为材料,采用动态顶空吸附法分别收集了该物种雌花传粉前后释放的挥发物,利用气相色谱-质谱联用技术分析了其化学成分,探索了三者间花气味的异同,并对其生态意义进行了讨论。结果表明:从该物种传粉前、传粉期和传粉后的雌花气味中共分离出22种挥发物(传粉前12种,传粉期15种和传粉后13种),以脂肪族衍生物和萜类物质为主。3-己烯醛、反-2-己烯醛、顺-3-己烯-1-醇、顺-乙酸-3-己烯酯、反-β-罗勒烯、β-石竹烯、β-蛇麻烯、反,反-α-金合欢烯和长叶烯是其主要挥发物。传粉前后雌花气味的化学种类及组成发生了显著分化,且这种变化主要是由于各时期主要挥发物发生改变而引起的。反-β-罗勒烯在传粉期含量最高,而在传粉后显著下降,3-己烯、反-2-己烯醛、顺-3-己烯-1-醇和顺-乙酸-3-己烯酯在传粉前含量均最高,β-石竹烯含量在传粉后显著升高,且长叶烯仅在传粉后出现。在传粉期和传粉后β-蛇麻烯和反,反-α-金合欢烯的含量均显著上升。同时,传粉期雌花的释放量明显高于传粉前和传粉后的。综上结果显示,黑面神雌花传粉前后花气味发生了质与量的改变。初步推测黑面神雌花传粉前后花气味的分化可能会有效阻止头细蛾对其进行再次访问,限制头细蛾在其雌花中过度产卵,进而来减少传粉头细蛾对宿主种子的取食,这无疑对维持叶下珠科植物-头细蛾专性传粉互利共生体系的稳定性具有重要的化学生态意义。

罗汉果花气味物质量化分析方法研究

罗汉果(Siraitia grosvenorii)是葫芦科著名的药食两用植物,广泛种植于广西桂林地区,其开花后传粉不良现象迫切需要研究解决。为了探讨罗汉果花朵气味物质与传粉者访花频率的关系以及查明传粉不良产生的原因,该文选择罗汉果雄花为材料,研究了罗汉果花朵气味物质的量化分析方法。实验采用动态顶空吸附法收集新鲜花朵的气味物质,经过洗脱、洗脱液吹氮和GC-MS分析等步骤,先后完成了花朵气味物质的收集、浓缩、分离和鉴定,最后以峰面积归一化法计算各化学组分的相对含量。结果表明:从供试花朵中检测到挥发性组分(包括萜烯类物质) 5种,以及芳香烃类、烷烃类、酯类物质各1种,其中萜烯类物质的相对含量达71.07%,是供试花朵最主要的挥发性化合物。该结果高度符合葫芦科植物花朵气味的化学组分特征,并具有良好的实验重复性,表明该实验体系是收集和鉴定罗汉果花朵气味组分的理想方法,为后续开展罗汉果花气味物质研究奠定了重要基础。同时通过与葫芦科多种植物比较,发现罗汉果的花朵气味物质可能存在雌雄二型性。

西双版纳热带雨林优势植物假海桐的花气味及传粉昆虫多样性

指出了假海桐(Pittosporopsis kerrii)是西双版纳热带雨林林下的优势植物,为探讨其花气味及传粉昆虫多样性,针对其开花特性、花气味及访花昆虫进行了相关研究。结果表明:假海桐开花早,种群内花期持续时间长,主要集中在2～3月份,单花期3～4d,单株盛花期8～10d。访花昆虫54种,大蜜蜂(Apis dorsata)是最为优势的传粉昆虫。鉴定出花气味的13种化合物,主要由萜类、脂肪酸衍生物和芳香族化合物三大类构成,含量最高的是α-甲基-α-[4-甲基-3-戊烯基]环氧乙烷基甲醇。传粉后花气味中没有化合物消失,但有2种化合物含量显著减少、3种化合物含量显著增加,并新增1种化合物。深入研究传粉前后含量变化大,对优势传粉昆虫具引诱活性的化合物,有助于揭示林下假海桐的传粉繁殖特点,为热带雨林物种保护提供依据。

大花紫薇及小叶紫薇花气味化学成分分析

【目的】明确大花紫薇及小叶紫薇的花香气化学成分。【方法】应用动态顶空吸附法收集大花紫薇(Lagerstroemia speciosa)及小叶紫薇(Lagerstroemia indica)花气味,结合应用气相色谱-质谱(GC-MS)技术分离鉴定二者化学成分,采用离子流峰面积归一化法计算花气味中各挥发物组分的成分。【结果】大花紫薇及小叶紫薇花香分析分别鉴定出28种及39种物质。比较发现16种相同化合物,二者花气味共分析鉴定出47种化合物,其中烷类化合物(32%)、苯环类芳香族化合物(26%)及单萜和倍半萜类化合物(23%)为二者主要成分,占总成分的81%,二者含量最高的物质分别为10-甲基十九烷(64.9%),β-蒎烯(21.6%)。【结论】该文为进一步探究大花紫薇和小叶紫薇及它们与传粉昆虫之间互利共生关系的化学生态学方面的研究提供理论基础。

羽叶栾树花气味分析

该试验应用动态顶空吸附法收集羽叶栾树花气味,结合应用气相色谱-质谱(GC-MS)技术分离鉴定其化学成分,采用离子流峰面积归一化法计算花气味中各挥发物组分的成分。结果共检测出14个组分化合物,主要物质为α-蒎烯(80.69%),β-蒎烯(5.56%),月桂烯(2.81%),对二甲苯(1.74%),(3E)-4,8-二甲基壬-1,3,7-三烯(1.13%)。

花颜色和花气味的量化研究方法

花颜色和花气味是花部构成的重要内容。在已开展的传粉生态学研究中对二者的报道主要是描述性的,而其量化研究可以为揭示传粉机制提供有力的实验证据。本文主要介绍了花颜色的测量和标定方法,包括比色卡、分光色差仪和便携式光谱仪等;花气味的采集方法,包括动态顶空套袋-吸附采集法、吸附-溶剂洗脱法和固相微萃取法等;花气味的检测和分析方法,包括气相色谱-质谱联用仪分析和电子鼻型超速气相色谱仪分析等;以及昆虫行为学实验方法,包括气相色谱-昆虫触角电位联用技术、Y型嗅觉仪和飞行箱实验等。科研人员可以根据实验材料的特点和实验目的选择适合的量化研究方法。

阳春砂仁(Amomum villosum)花气味传粉前后的变化及其生态意义

在植物有性繁殖中,花气味是吸引传粉昆虫到访,获得传粉、受精的重要化学信号。阳春砂仁(Amomum villosum)是我国四大南药之一,自然结实率低是限制其增产的瓶颈。探索阳春砂仁开花吸引传粉昆虫的化合物是解决结实率低的前提基础。因此,本研究采用动态顶空吸附法分别收集阳春砂仁传粉前后花释放的挥发物,利用气相色谱-质谱(GC-MS)联用技术分析鉴定其成分,对比研究两者间的异同,并分析其生态意义。结果表明:从阳春砂仁花释放的挥发物中共鉴定出22种化合物,主要由萜类、芳香族化合物和脂肪酸衍生物构成。传粉前后阳春砂仁花挥发物显著分化,肉豆蔻酸异丙酯、酞酸二乙酯、壬醛、双环吉马烯、2,3-二氢-4-甲基-呋喃、α-法尼烯和十三烷在昆虫传粉后消失,且γ-榄香烯、D-柠檬烯、β-水芹烯、α-蒎烯和2-十一酮在传粉后含量减少;传粉后新增2-甲基-5-(1-甲基乙基)-2-环己烷-1-酮、3,7-二甲基-1,6-辛二烯-3-醇和4-亚甲基-1-(1-甲基乙基)-双环[3.1.0]己烷,并且苯甲酸己酯、β-月桂烯、叔丁基对甲酚和4,7-二甲基-十一烷含量增加。这些传粉前后变化的物质可能是引起传粉昆虫行为反应的主要活性化合物,阳春砂仁花通过释放多种化合物,并依靠不同配比实现对传粉昆虫的吸引,其执行的是"泛化"的化学通讯策略。进一步筛选活性化合物,可为改善阳春砂仁传粉效率、增加其产量提供依据。

长萼兰花蕉(Orchidantha chinensis var.longisepala)气味腺结构探究

兰花蕉科（Lowiaceae）植物开花时,位于唇瓣的特殊腺体结构——气味腺（osmophores）能够产生和释放类似粪便的腐臭气味吸引传粉者。本研究以该科植物长萼兰花蕉（Orchidantha chinensis var.longisepala）为材料,采用中性红染色法初步确定气味腺的位置,然后用扫描电镜观察气味腺表皮细胞形态、透射电镜观察分泌细胞的超微结构。结果显示,散发腐臭气味的气味腺位于长萼兰花蕉唇瓣上端近轴面;气味腺由多样性的表皮细胞及表皮下1~2层分泌细胞构成,腺体细胞具有细胞核大、细胞质浓、线粒体和内质网丰富等特点;长萼兰花蕉花气味的释放主要依靠角质小泡的破裂完成,推测挥发性的小分子有助于花气味的释放。本研究结果有助于揭示兰花蕉科植物与传粉者之间的互作关系,了解植物的传粉过程。

植物气味腺研究进展

气味腺是花器官上能够产生和释放花气味的特殊腺体结构,在传粉过程中与其他花部性状结合能够吸引传粉者访花,气味腺的研究有助于揭示动物与植物之间的协同进化机制,此外,气味腺外部形态特征及细胞微形态可作为分类依据之一。对气味腺的结构、类型和检测方法,及其在植物科属中的分布情况进行了归纳总结,并对气味腺在传粉过程中和分类学上的意义进行了分析。最后提出只有结合分子实验技术手段,全面综合考虑繁殖生物学和植物化学的分析方法,才能深入理解气味腺的多样性与演化。

狭叶坡垒传粉生物学初探

狭叶坡垒(Hopea chinensis)为常绿乔木,是我国热带季雨林的代表树种之一。它树型优美,具一定的耐寒性,是我国珍稀濒危保护植物。为阐明其传粉生物学特征和迁地保护的繁殖潜力,该文在引种地桂林植物园对狭叶坡垒的开花物候、花尺寸和花气味进行了观察和测量,运用杂交指数(OCI)、花粉胚珠比(P/O)、花粉活力、柱头活性检测和人工自交等方法对其繁育系统进行了检测,观察了访花昆虫并检验了其传粉效率,通过人工异交检验了繁殖潜力和可能的传粉限制。结果表明:(1)桂林植物园内狭叶坡垒的花期为7月底到9月底,持续60 d左右,一个花序花期约12 d,单花期约3 d,花朵开放时间为17:00—18:45。(2)雌雄同熟,雌蕊空间位置高于雄蕊,高花粉活力和高柱头可授性出现时间基本一致。(3)OCI等于4,P/O为10788±984。(4)无自动自花授粉能力且自交不亲和,自然条件下和异交授粉能坐果且坐果率无显著差异。(5)蕈蚊是狭叶坡垒唯一的传粉者。(6)主要花香成分为β-榄香烯、(E)-7,11-二甲基-3-亚甲基-1,6,10-十二碳三烯和1-石竹烯。综上所述,狭叶坡垒繁育系统为异交,在迁地保护地需要蕈蚊作为传粉者,能坐果并得到成熟种子,不存在授粉限制。

传粉综合征预测传粉者准确性检验——以邱北冬蕙兰为例

【目的】传粉综合征理论为植物与传粉者相互关系的进化提供了经典的假说,然而,随着越来越多泛化传粉系统被报道,基于传粉综合征预测传粉者的准确性受到质疑。邱北冬蕙兰隶属于兰属建兰亚属,花具香味,唇瓣具紫色斑点。这些形态特征与已报道的由中华蜜蜂传粉的多种建兰亚属植物,如兔耳兰、春兰等相似。我们根据传粉综合征理论预测邱北冬蕙兰传粉者同样为中华蜜蜂。本研究将验证利用传粉综合征预测传粉者这一方法的准确性,探讨其适用范围。【方法】以邱北冬蕙兰为实验材料,于2010—2012年在广西雅长兰科植物国家级自然保护区开展系统的传粉生物学研究,包括开花物候观测、花形态测量、昆虫传粉行为观察、花颜色测量、花气味分析及人工繁育系统实验。【结果】中华蜜蜂的工蜂是邱北冬蕙兰唯一的传粉者,花内不存在任何报酬物质,推测具食源性欺骗传粉机制。唇瓣紫色斑点作为假蜜导欺骗中华蜜蜂访花,花气味中含有酚类、酯类、醛类等物质,其中醛类物质可能在吸引中华蜜蜂传粉过程中起着重要的作用,利用传粉综合征预测传粉者的准确性得到成功检验。【结论】本研究为传粉综合征能够准确地预测传粉者的科学假设提供研究案例。但由于传粉综合征是由一组动态的、进化的花部性状组成,通过传粉综合征预测传粉者时,在已知亲缘关系相近植物传粉者前提下还需注意到生境变化、次级传粉者、传粉者功能群、历史演化、基因等因素的影响。