地球上90%的開花植物依賴動物傳粉
這項研究由華中師範大學生命科學學院、進化與生態研究所黃雙全教授領銜主導。黃雙全教授自1993年研究生求學以來,致力於傳粉生物學研究已有三十載。有花植物的花粉由動物、風或水等媒介傳播。在評估花粉傳播方式時,一個最基礎且最重要的問題是:有多少有花植物物種是動物傳粉的?儘管研究人員曾不斷提出這一問題,仍缺乏在世界範圍內的定量評估。
案例:有花植物傳粉模式的判定需要野外實驗證據。(A)水青樹Tetracentron sinense (Trochodendraceae) 下垂的綠色花序常被認為是風媒傳粉,但花粉有粘性、花分泌了可觀的花蜜量,這是典型的蟲媒特徵(插入圖版箭頭所示); (B)蜜蜂正在採集旱柳Salix matsudana (Salicaceae) 的蜜滴, 插入圖版箭頭顯示子房便是橙黃色的大蜜腺;(C)蠅類取食板栗樹Castanea mollissima (Fagaceae) 白色雄花序提供的液體,人們通常認為柔荑花序是風媒傳粉的;(D)一隻蚊子取食青莢葉綠色雌花的花蜜,其頭部附著前序訪問雄花上的白色花粉Helwingia japonica (Helwingiaceae);( E)雌雄異株大血藤的花序,有報導認為該種是風媒傳粉的,箭頭指示其黃綠花瓣Sargentodoxa cuneata (Lardizabalaceae);(F)雌全異株鞭柱唐松草Thalictrum smithii (Ranunculaceae)沒有萼片,是典型的風媒特徵;(G)一隻熊蜂收集兩性花偏翅唐松草Thalictrum delavayi的花粉;(H)植物誌或文獻中通常認為燈芯草科植物是風媒的,圖示一只隧蜂收集蔥狀燈芯草Juncus allioides (Juncaceae) 白花的花粉,插入圖版箭頭指示其四合花粉在花柱上萌發,而四合花粉並非風媒特徵;(I)七葉一枝花Paris polyphylla (Melanthiaceae )開裂的花藥上的粘性花粉粒。
早期的評估較為粗略且不同學者提出的估計值變化較大,動物傳粉的比例從2/3到超過80%波動。迄今最近的、廣為接受的估計值是2011年的一項研究報導的:87.5%的被子植物種是動物傳粉的。該研究的方法是基於40多個群落中動物傳粉的植物物種比例的平均值推斷,群落中的物種總數約為有花植物(即被子植物)的1%,即涉及的植物類群少。
黃雙全教授團隊注意到另外一個問題,過去的報導中錯誤判斷了一些植物類群的傳粉模式,人們對一些植物的傳粉模式存在誤解(見網絡附件文本中圖S1和論文的補充討論),這將誤導人們對真正依賴動物傳粉的植物提出合理的保護措施,乃至影響有花植物傳粉方式的精準統計。例如,昆欄樹科的水青樹是中國的本土植物,有綠色下垂的花序,文獻中認為該種是風媒傳粉,然而團隊在湖北神農架實地觀察到其花分泌相當體積的花蜜吸引了小型蜂類頻繁訪花,有效地傳遞水青樹的花粉。
黃雙全教授表示,“考慮到自達爾文時代以來,已有文獻報導數万種有花植物的傳粉模式,我們可適時對整個被子植物的傳粉模式進行合理的評估和統計。” 項目的合作者英國朴茨茅斯大學、美國阿拉斯加大學Armbruster教授和華盛頓大學Renner教授則表示,“這樣的工作將會充滿挑戰性,也會引起爭議,但其本身俱有巨大的科學意義。”
團隊成員童澤宇博士等人,以及團隊負責人黃雙全教授,和合作專家Scott Armbruster教授、Susanne Renner教授一起,仔細核對文獻中有關傳粉模式的有花植物種類。他們從上千篇文獻中查看了傳粉模式、更正了一些被文獻誤判的類群,分析出非生物傳粉模式(風媒、水媒傳粉的)和雙傳粉模式(兼由生物和非生物傳粉的)類群。有些植物部分依賴風力傳粉,但是訪花昆蟲也有傳粉貢獻。隨後他們在2個包含全球植物的大型數據庫(GBIF,WFO)的基礎上評估物種、屬和科3個分類階元上的數據,用減法計算分類群中非生物傳粉和雙傳粉模式的數量,得出生物傳粉類群的比例。
該研究團隊分析結果表明,在有花植物中,64-68%的科,88%的屬和90%的種依賴於動物傳粉。黃雙全教授認為,“這一對所有被子植物的調查,為我們星球上傳粉者對有花植物生殖的重要貢獻,提供了一個新的視角和精準的評估。”
團隊研究成員也重新評估了2011年發表的前人給出的群落數據。由於群落中植物種的數量差異顯著,校正數據樣本量的重新分析,結果表明先前被廣泛接受的報導數值應從87.5%調整為89.5%。Armbruster教授表示,“對前人群落數據的重新計算得出的數值,與我們的直接計數和計算方法所得到的90%近似,這應該並不是一個巧合”。
有花植物有多少物種由動物傳粉?回答這一問題對於自然和農業生態系統中的傳粉者保護和管理來說是至關重要的。在當今全球傳粉者衰減的背景下,黃雙全教授團隊的全新計算結果(90%有花植物物種依賴動物傳粉者)將對人們理解傳粉者在地球生態系統健康中扮演角色的重要性鋪墊明朗的道路。
研究詳情請見原文:
New calculations imply that 90% of flowering plant species are animal-pollinated
DOI: 10.1093/nsr/nwad219