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植物能調節花朵開放的時長嗎？——昆明植物所在花壽命的可塑性及其進化適應方面取得重要進展 一朵花從開放到凋謝的持續時間被稱為“花壽命”（Floral longevity），是決定植物繁殖成效的關鍵性狀。前期研究發現，不同物種的花壽命表現出巨大的差異，最大相差400倍（Song?et al., 2022，New Phytologist）。理論認為，植物在傳粉者缺乏的情況下應當延長花的開放時間，等待傳粉的機會；而在授粉充足時應當縮短花壽命以降低成本（呼吸和蒸騰消耗等）。這種根據實際情況調節開花時長的能力被稱為“花壽命可塑性”（Floral longevity plasticity）。但是，已有的眾多研究得出的結論并不一致：有的研究發現植物確實能根據授粉情況等調節花開放的時長，而有的植物的花不管授粉環境如何，就像設了“定時器”一樣，到點就凋謝。那么，植物的花壽命究竟是能靈活調整的，還是一成不變的呢？ 中國科學院昆明植物研究所泛第三極植物多樣性研究團隊在調查188種被子植物在不同授粉強度下的花壽命以及相關繁殖性狀的基礎上，量化了三種花壽命可塑性：1）最大花壽命可塑性（傳粉者缺乏與授粉充足時花壽命的變化幅度）；2）傳粉者排除的花壽命可塑性（傳粉者缺乏與自然授粉時花壽命的變化幅度；3）授粉引起的花壽命可塑性（授粉充足與自然授粉時的花壽命變化幅度），并探討了花壽命可塑性的海拔格局及其影響機制。 大多數植物（98.4%的物種）具有調節花朵開放時長的能力：與自然授粉相比，排除傳粉者顯著延長花的壽命（延長34.7%），而授粉充足則明顯縮短花壽命（縮短21.4%）；在排除傳粉者與授粉充足之間的花壽命表現出最大可塑性，同一環境下同種植物的花壽命差異可達22.8天（蘭科的Mystacidium venosum在授粉充足時僅開放5.6天，但傳粉者缺乏時花壽命可延長至28.4天）。然而，植物調節開花時長的能力不受系統發育的控制，即不能根據親緣關系遠近來預測這種調節能力。進一步分析發現，有蜜植物等構建和維持成本較高的植物，以及雄先熟、自交不親和等容易遭受花粉限制的植物，具有更強的調節花壽命的能力。同時，在氣溫較高、干旱程度更嚴重以及年際間氣候變異性更大的環境中，植物調節花壽命的能力更強。更重要的是，植物調節花壽命的能力還表現出明顯的海拔格局，高海拔地區的植物在自然授粉條件下具有明顯更強的延長花壽命的能力，以彌補惡劣環境中傳粉者不足的缺陷。 該研究為“花壽命能否靈活調整”這一備受關注但又存在廣泛爭議的科學問題提供了關鍵證據，證實大多數植物可以根據環境變化（如傳粉者減少和氣候波動）調節花壽命的長短，以提高其繁殖成功率，是全球變化背景下植物傳粉適應的重要生存策略。 研究結果以A global meta-analysis of floral longevity reveals widespread plasticity and ecological correlates為題，發表于國際植物學經典期刊New Phytologist。中國科學院昆明植物研究所博士研究生徐月雯為論文的第一作者，宋波研究員、孫航院士和孫露副研究員以及智利大學Mary TK Arroyo院士為共同通訊作者。中國科學院昆明植物研究所錢櫟屾博士參與了此項研究。該研究得到青藏高原二次科考、國家自然科學基金、中國科學院西部之光交叉團隊和云南省基金重點項目等的資助。
圖1?三種花壽命可塑性的總體效應值
圖2?三種花壽命可塑性的海拔格局
圖3?影響花壽命可塑性的各種因素 |
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