高寒退化草地狼毒的繁育系统特征及其适应性研究

• 作 者: 骆望龙
• 机 构: 甘肃农业大学
• 出 处: 甘肃农业大学
• 发表日期: 2021年01期
• 关键词: 狼毒 繁育系统 花性状 表型选择 适应 传粉

近年来,由于全球气候变化及人类长期干扰（如放牧、乱开滥垦等）,天然草地严重退化,大量毒杂草滋生蔓延,严重威胁着草地生态系统平衡和畜牧业可持续发展。狼毒（Stellera chamaejasme）作为天然草原典型的毒杂草之一,常被认为是草地退化的指示物种。本研究通过对高寒草地狼毒种群的花表型及其变异性、交配系统特征、传粉生态以及繁殖相关性状选择研究,探讨了该植物在高寒退化草地入侵扩散的繁殖生态学机理及其进化适应性。主要研究结果如下:1.狼毒的花性状及其变异性。在所测量的繁殖相关性状中,单株丛花序数的变异性最大,变异系数CV>75%;单花序小花数的变异次之（CV>25%）,株高以及花部结构性状,如花冠口和花筒长等性状的变异性相对较小,其变异系数在4%-18%之间;另外,花筒长、花序头直径和株丛花序数3个性状存在显著的年度间变异。总体上,狼毒的繁殖相关性状在不同个体间存在较大变异性,花部结构性状的变异程度总体小于个体大小性状。2.狼毒的花粉活力及其寿命。通过测量狼毒单花不同花期的花粉活力,结果表明:狼毒从单花开放初期到花后9-10天（即单个花序小花全开）,其花粉活力能维持在90%以上;开放后14-15天,即单花花败时其花粉活力仍较高,为79.08%。说明,狼毒单花的花粉在整个花寿命期能保持较高的活力水平,有利于其雄性适合度实现。3.狼毒的交配系统特征。通过人工控制授粉实验表明:狼毒在开放授粉条件下的结实率为39.16±4.91%,人工辅助异花授粉处理的结实率为26.52±4.06%,二者无显著差异（P>0.05）;另外,人工辅助自花授粉、去雄套袋（不授粉）和不去雄套袋3个处理,狼毒的结实率均为0。说明,狼毒具有自交不亲和或完全自交不亲和交配系统,同时也没有无融合生殖和主动自交繁殖特性。4.狼毒的传粉者类群及传粉效率。在本研究种群,狼毒的访花昆虫主要有两类,一类是长舌的蝶类昆虫,另一类是体型较小的缨翅目昆虫。其中,蝶类昆虫包括9种,分别是蓝灰蝶（Everes argiades Pallas）、云粉蝶（Pontia edusa Fabricius）、小豹蛱蝶（Brenthis daphne）、牧女珍眼蝶（Coenonympha amaryllis Stoll）、西门珍眼蝶（Coenonympha semenori Alpheraky）、绢粉蝶（Aporia crataegi Linnaeus）和橙黄豆粉蝶（Colias fieldii Ménétriēs）,以及荨麻峡蝶（Aglais urticae）和小红蛱蝶（Cynthia cardui Linnaeus）。通过传粉操控实验发现,排除较大的鳞翅目昆虫和较小的缨翅目昆虫均能不同程度的降低狼毒的结实率,表明两类访花昆虫均可作为狼毒的有效传粉者。5.狼毒花性状选择及其适应性。通过估测狼毒花筒长、冠口大小、花序头直径以及小花数等繁殖相关性状的选择差和选择梯度,结果表明:单花序小花数在两年度均具有显著的选择差和选择梯度,即受到正定向选择作用;同时,该性状也检测到显著的非线性选择梯度（最小充足模型）,即在一定程度上受到稳定选择作用。花冠口具有接近显著的定向选择差,同时还检测到到显著的非线性选择梯度,表现出歧化选择模式。冠筒长和花序头直径在两年度具有相反的选择差和选择梯度;同样,株高的选择差和选择梯度也表现出年度间的变异性。单株丛花序数与冠口的组合性状在两年中均检测到显著的相关选择梯度,而单株丛花序数与花序头直径、株高与单花序小花数两组合性状在其中一年度（2018年）检测到显著的相关选择。研究总体表明,在高寒退化草地狼毒种群,其繁殖相关性状在不同个体间表现出很大的变异性,是该物种能适应多变环境而不断进化的物质基础;该物种具有典型的异交繁育系统,其较高的花粉活力和持久的花寿命,以及多样的传粉者类群是保障其成功繁殖的关键;另外,狼毒的繁殖相关性状,尤其是小花数、花冠口和花筒长等性状具有相对较大的适应性进化潜力。总体暗示,狼毒具有持久的花寿命、并能在多样的传粉环境下实现繁殖适合度的特性,是保障该物种能在高寒退化草地入侵扩散的繁殖生物学和生态学基础。