两种姜科花柱卷曲性植物柱头的位置与其可授性的关系

花柱卷曲性是一种见于姜科山姜属(Alpinia)和砂仁属(Amomum)植物中的独特的性二态现象,具有这一性系统的植物,其居群包括上举型和下垂型两种表型,所有个体的雌雄性别功能在时间和空间上分离。本研究通过操控授粉和花粉管生长两项实验,探讨花柱卷曲性植物个体两性功能的隔离方式及其适应意义。云南草蔻(Alpinia blepharocalyx)操控授粉实验表明,自花花粉对其异交率影响不显著(P>0.05),但可能由于自花花粉沉降导致胚珠贴现进而引起近交衰退,操控条件下每果结籽数显著减少(P<0.01)。云南草蔻和红豆蔻(Alpinia galanga)花粉管生长实验都显示无论对两种表型进行怎样的授粉处理,花粉粒萌发和花粉管生长的速率仅在柱头处于可授位置时表现出最大值,与自交和异交授粉方式无关;上举型植株上午花粉囊虽未裂但其内花粉已成熟。研究结果表明即使不考虑花柱运动,山姜属植物也具有异型雌雄异熟的特性。这一结果证实了花柱卷曲运动机制是通过互补式雌雄异位和异型雌雄异熟相结合形成的花部二态性,异型雌雄异熟促进了异交,而花柱运动的功能可能在于避免雌雄干扰。

二型花柱植物海仙花报春花部性状随地理梯度的变异

植物的花部性状在异质环境中表现出不均一的适应性进化,其自然变异可能在时空格局上呈现一定的规律性。选择同一物种的不同地理居群进行花部表型变异分析,能揭示花部性状随地理梯度的变异模式。海仙花报春(Primula poissonii)属于典型的二型花柱植物,依赖昆虫传粉实现严格的型间异交。该物种广布于横断山地区亚高山–高山草甸,其分布海拔跨度大且花部性状在种内具有较高变异,但这些变异在不同地理梯度(海拔梯度和经纬度梯度)的特定选择因子作用下的变化规律尚不清楚。本研究选择海仙花报春16个居群,对8个花部关键性状和二型花柱繁殖器官的互补度与海拔和经纬度的关系进行研究,探究花部性状随地理梯度变异的模式及其潜在的选择因素。研究表明,海仙花报春两种花型的花冠管开口大小、花药高度以及短柱花柱头高度与海拔均呈正相关,但两种花型的花冠大小,长柱花的花瓣长度、柱头到花冠管开口的距离,以及短柱花的花冠管长度与海拔高度间均呈负相关,其余性状与海拔无显著相关性。除短柱花中柱头高度以外的性状均随着纬度升高而逐渐减小。长柱花中除花药和柱头间的距离以及柱头到开口的距离外,其余性状均随着经度的增加而减小;短柱花的花瓣长度、花药高度以及花药和柱头间的距离随着经度的增加而变大,其余性状均随着经度的增加而减小。繁殖器官间的互补度并不随地理环境的变化而变化。花部性状的地理变异可能受访花昆虫组成的地理变化驱动。繁殖器官间互补程度的高度保守表明非选型交配在居群二态性的维持和稳定过程中起关键作用。本研究为进一步深入开展报春花属(Primula)花部性状及其选择压力的地理变异研究奠定了基础。