薜荔和爱玉及其传粉昆虫繁殖特性

薜荔 (FicuspumilaL .var.pumila)隶属桑科榕属 ,爱玉 (F .pumilaL .var.awkeotsangCorner)为其变种 ,它们的花是单性的 ,雌雄异株。雌花序中着生雌花 ,雄花序中有瘿花和雄花 ,每个花序中花的数量极多 ,达 40 0 0～ 6 0 0 0朵。薜荔榕小蜂是唯一能进入薜荔和爱玉的隐头花序中产卵或传粉的共生昆虫 ,自然状态下雌花的结实率分别为82 %、83.5 2 %;瘿花的成虫瘿率分别为 5 8.71%、5 1.32 %,因此可形成大量的果实和虫瘿。物候观察表明薜荔和爱玉花期不遇 ,它们花序中的榕小蜂种群已经生殖隔离。人为的放蜂实验表明 ,生活于爱玉花序中的榕小蜂 ,已无法在薜荔花序中繁殖 ,生殖隔离进一步得到证实 ;实验同时表明爱玉的花粉亦不能使薜荔雌花结实 ,宿主两变种间生理上已不亲和。本文从共生双方协同进化的角度出发 ,探讨了榕树 2变种间与传粉昆虫繁殖特性的差异 ,以及变种产生的主要原因。

基于28S, COI和Cytb基因序列的薜荔和爱玉子传粉小蜂分子遗传关系研究

薜荔和爱玉子均属于桑科榕属植物,二者为同一物种的原变种与变种的关系,早期研究认为这两种榕树与同一种传粉榕小蜂(Wiebesia pumilae(Hill))建立了稳定的互利共生关系,但近期在形态学、生态学、传粉生物学等方面对二者的研究结果表明,薜荔传粉小蜂和爱玉子传粉小蜂之间可能发生了遗传分化。实验用核糖体28SrDNAD1-D3区、线粒体Cytb及COI基因部分序列,对采自福建3个不同样地的薜荔传粉小蜂和3个不同品系的栽培爱玉子的传粉小蜂进行分析,结果表明:(1)薜荔传粉小蜂和爱玉子传粉小蜂的核糖体28S序列的碱基组成中A,T,G,C 4种含量较平均,C+G的平均含量(56%)稍高于A+T的含量(44%)。线粒体Cytb序列中A+T的含量(76.1%)明显高于C+G的含量(23.9%),COI序列中A+T的含量(71.9%)也明显高于G+C的含量(28.1%),这是膜翅目昆虫线粒体基因的普遍特征。在薜荔和爱玉子传粉小蜂的线粒体Cytb及COI基因中,密码子第三位点A+T的含量最高。(2)比较薜荔和爱玉子传粉小蜂的3种分子标记的变异范围显示,28S进化速度较Cytb及COI序列慢,比较保守,更适合科、亚科等较高分类单元的研究。薜荔传粉小蜂与爱玉子传粉小蜂之间的亲缘关系较近,采用Cytb与COI序列进行分析更为精确。(3)用Cytb及COI序列对薜荔传粉小蜂与爱玉子传粉小蜂之间的遗传距离进行分析显示,薜荔传粉榕小蜂个体间Cytb序列平均遗传距离为0.0054,爱玉子传粉小蜂个体间的Cytb遗传距离为0.0164;薜荔传粉小蜂与爱玉子传粉小蜂群体之间的Cytb序列平均遗传距离为0.1385;COI序列的薜荔传粉榕小蜂个体间遗传距离为0.0048,爱玉子传粉小蜂各样本间平均遗传距离为0.0102;薜荔传粉小蜂与爱玉子传粉小蜂群体间COI序列平均遗传距离为0.1896,两群体间的遗传距离(差异大于10%以上)明显大于群体内各样本之间的遗传距离,表明薜荔传粉小蜂与爱玉子传粉小蜂之间已经发生了很大的遗传分化,其变异水平达到了种间分化水平,即薜荔传粉小蜂与爱玉子传粉小蜂为两个不同的种。

栽培爱玉的传粉生态

栽培爱玉传粉生态的研究表明,栽培爱玉开花期明显分为春、秋两季,持续时间均较野生爱玉长.爱玉不能依靠生长于原变种薜荔花序中的小蜂授粉或产卵,在野生爱玉传粉小蜂隔离的情况下,小蜂缺失造成传粉系统损毁.栽培爱玉可通过人工引入传粉小蜂建立新种群,但传粉系统修复比较缓慢,历经4年花序挂树率仅达51·11%、挂树花序的平均结果率为64·37%,平均成虫瘿率为64·35%.花序发育的雌花期和雄花期重叠度低、小蜂出飞过于集中、进入花序的小蜂数量少或缺失是造成共生双方繁殖率低下的原因.

信息化合物对薜荔榕小蜂选择行为的影响

爱玉子和薜荔均为桑科榕属植物,与薜荔榕小蜂保持稳定的共生关系,信息化合物在维系榕树与其传粉小蜂的共生关系中起决定性作用。应用Y型嗅觉仪检测两种来源的薜荔榕小蜂对8种单一信息化合物和芳樟醇、苯甲醇和松油醇组成的混合信息化合物的趋向性反应。实验结果表明:3%和5%芳樟醇、5%的苯乙烯、7%苯甲醇、5%和7%松油醇以及7%金合欢醇对两种来源的薜荔榕小蜂均具有显著的吸引作用,7%苯甲酸甲酯对两种来源的薜荔榕小蜂有显著的趋避作用,香兰醛对两种来源的薜荔榕小蜂的行为没有显著的影响,从而表明信息化合物的种类和浓度均显著影响薜荔榕小蜂的选择行为。5%芳樟醇、3%松油醇和3%苯甲醇的混合信息化合物组合对两种来源的薜荔榕小蜂具极显著的吸引作用,信息化合物之间的交互作用极为显著。两种不同来源的薜荔榕小蜂对信息化合物反应的异同,表明两种不同来源的薜荔榕小蜂与各自宿主之间的化学通讯信号传导上存在差异,同时也表明两种不同来源的薜荔榕小蜂之间存在密切的亲缘关系。在榕树接受期花序的挥发物成分中广泛存在并占较大比例的信息化合物(例如芳樟醇),可能与榕小蜂对寄主的远程定位有关,而近距离的专性定位却是依赖于各种信息化合物严格按一定浓度、比例组成的化学图谱。实验结果为榕-蜂共生体系的化学生态学理论研究和爱玉子高产栽培提供科学依据。

爱玉及其传粉昆虫的共生关系

爱玉是榕属攀援灌木 ,其隐头花序中生活着薜荔榕小蜂。爱玉一年两次开花 ,雌雄株比 1:2 ,雌花序中平均有 5 5 0 3朵雌花 ,雄花序中平均有 6 30 8朵瘿花 ,自然状态下结实率和成虫瘿率分别为 83.5 2 %、5 1.33%。薜荔榕小蜂一年两代 ,1只雌蜂进入花序平均可产约 6 0 0个卵或使 1391朵雌花受粉结实。爱玉依赖薜荔榕小蜂传粉 ,否则不能结实 ;薜荔榕小蜂是惟一能进入花序的传粉者并依靠爱玉花序得以栖息。二者在形态结构、生理功能上高度互适 ,生活史上完全吻合衔接 ,生态策略上紧密协调 ,构成复杂而又精细的共生体系。

爱玉ISSR反应体系的建立与优化

通过单因子试验和正交设计,对影响爱玉ISSR-PCR扩增效果的因素,如模板DNA用量、Taq酶用量、dNTPs浓度、引物浓度、延伸时间和循环次数等指标进行优化.实验确立了可用于爱玉ISSR-PCR分析最适宜的反应体系:20μL反应体积中含1ng模板DNA、1.0U Taq酶、0.4μmol/L引物和0.18mmol/L dNTPs;PCR扩增程序为94℃预变性4min;94℃变性45s,53℃退火45s,72℃延伸2.5min,共35个循环;72℃延伸7min,4℃保存.应用该体系对14份爱玉种质进行扩增,证实了该体系的适用性和稳定性.

爱玉栽培的初步研究

爱玉是一种榕属攀援灌木,其果实可以制作凉粉食用。近年来闽台地区开始人工栽培。实验表明爱玉人工栽培采用实生苗较扦插苗生长缓慢,营养生长期长,生长5年尚未结果,采用扦插苗第4年即可开花。扦插苗成活率随插条材料和季节不同而有区别,以营养枝扦插成活率高达92%以上。爱玉必须依靠薜荔榕小蜂传粉,通过引入榕小蜂出飞期的花序,能成功地建立种植园榕小蜂初始种群。

爱玉果实和种子的生物学特性

爱玉是一种榕属攀援灌木,雌雄异株,其雌隐头花序中有5000～6000朵雌花,依赖薜荔榕小蜂钻入花序授粉,自然状态下结实率达83.50％,人工授粉则高达97.02％.果实成熟后果皮胶质化内具1个种子,种子纺锤形较小,最成熟种子平均千粒重为8298mg,萌发率为92.20％,不同植株间种子千粒重有较大差异,种子萌发率与成熟度成正比.该实验为爱玉人工栽培及育种提供基本资料和数据.

爱玉子及其传粉昆虫的研究

福建东北部的爱玉子大多分布于海拔 15 0 - 810m的丘陵山地 ,附生于岩石或石壁上 .爱玉子隐头花序中只生活着一种传粉昆虫———薜荔榕小蜂 ,榕属植物不同的变种可由同一种小蜂传粉 .