近30年植物传粉者骤减，自花授粉频率比例激增27%！“复活生态学”揭示生态恶性循环

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海湿·编者按 

“海洋与湿地”（OceanWetlands）小编读到一篇研究，该研究发现，一种叫做“自花授粉综合症”的现象在野生植物中迅速变化，可能对植物和传粉者（pollinators）的互动带来问题。在植物演变的早期，它们和传粉者就建立了一种互动方式。但是，由于现在环境的变化，传粉者的数量减少了，这可能会导致植物的花粉供应不足，改变了植物交配系统的演变过程。“海洋与湿地”小编将这个研究案例分享如下。

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植物自花授粉演变探究

近期《新植物学家》期刊上发表了一项关于植物自花授粉演变的研究，这项研究由蒙彼利埃大学的博士研究员Samson Acoca-Pidolle领导。该研究表明，许多开花植物的自花授粉频率上升，可能对食物系统和生态系统稳定造成影响。

该研究中采用了“复活生态学”（Resurrection ecology）的研究方法，也就是说，通过使用保存在多代之前采集的植物种子并与现代后代进行比较，来揭示植物在演化过程中的变化。这种方法允许科学家在相同环境条件下比较过去和现在的植物特征，从而深入了解植物群体在面临环境变化和其他压力时的适应性演变。通过分析种子的生长和后代的特征，研究人员可以追踪植物的遗传和表型变化，为理解植物与其生态环境互动的演化提供了独特的视角。

在这项研究中，研究人员使用了“复活生态学”方法，从过去采集的种子中，使得四个野生的田野堇菜种群发芽，然后对其后代进行了比较。具体来说，研究人员比较了在法国采集的几十年前的野生田野堇菜（Viola arvensis）的种子（1990s~2000年代初采集的）与它们的现代后代的种子，发现如今的花朵更小、产生的花蜜更少，这与自花授粉的增加有直接关系。

田野堇菜（Viola arvensis），摄影：Didier Descouens，来源：WikiCommons, CC BY-SA 4.0

研究结果证明了这四个植物种群中自花授粉综合症的迅速演变，伴随着过去三十年来与传粉者的互动减弱。                                                                                     

在研究了4000朵花的样本后，科学家们发现一个有趣的现象：自花授粉率在二三十年前采集的花中约为50%，而这个概率在这些花的自然后代中增加到了80%左右。与此同时，“复活”（Resurrection）出来的花朵表面变大了10%，花蜜产量也增加了20%，吸引了比现代对应物更多的大黄蜂。这一演变可能与环境变化，如栖息地破坏以及传粉者生物多样性的急剧减少有关。

种群遗传学分析显示，这一时期野外实际自花授粉率增加了27%。研究还记录到了朝着更小、不那么显眼的花冠、减少花蜜产量以及对熊蜂吸引力减少的特征演变。这些特征变化在研究的四个群体中呈现出趋同性。

上图：芬兰的一株植物上，昆虫正在忙着授粉。©绿会融媒·“海洋与湿地”（OceanWetlands）

也就是说，由于自花授粉的增加，今天的花朵更小，产生的花蜜更少，这直接影响了传粉者的行为。

对生物多样性保护的启示

在过去的1亿年里，我们所说的“被子植物”，就是那些能结种子的植物，它们的种类变得越来越多，这主要是因为它们与传播花粉的动物之间建立了复杂的关系。其实，超过80%的被子植物都需要动物来帮它们传播花粉，这就形成了一种紧密的互动关系，植物和传播花粉的动物之间有着千丝万缕的联系。

上图：显微镜下的蜜蜂（工蜂）的足部，可以看到又长又密的绒毛，有助于它们穿梭在花朵中时裹挟花粉。摄影：Linda  ©绿会融媒·“海洋与湿地”（OceanWetlands）

然而，在持续的环境变化面前，植物交配系统在自然群体中能够迅速演变。由于传粉者减少，植物种群正朝着降低与传粉者互动和增加自花授粉的方向演化。这种快速演变可能进一步加速传粉者的减少，形成一个“生态-进化”的反馈循环，对自然生态系统产生广泛且深远的影响。

上述研究揭示了植物的“自花授粉综合症”在面对传粉者数量减少和环境变化时的迅速演变，这表明了植物与传粉者之间的互动是对外部压力高度敏感的。授粉者，如昆虫和鸟类，不仅为植物提供传粉服务，促进繁殖，还在生态系统中维持食物链和植物群落的平衡中扮演关键角色。保护授粉者，对维持生态系统的健康和生物多样性至关重要。

上图：绿会桐柏山中华蜜蜂保护地的小蜜蜂们。©绿会融媒·“海洋与湿地”（OceanWetlands）

该研究结果强调了复活生态学方法在解析植物演化过程中的关键作用，并呼吁加强对传粉者保护和生态系统健康的措施，以避免生态系统的“不可逆”的变化。

 【思考题】学而时习之

一般来说，“自花授粉综合症”是指植物演变出的一系列特征和行为，使其更倾向于自我传粉和自我受精，而不是依赖外部传粉者，如昆虫、鸟或风。这种综合症的形成通常伴随着植物环境的变化，特别是在传粉者数量减少或环境压力增加的情况下。自花授粉综合症的特征可能包括花朵的形态和大小的变化，花蜜产量的减少，以及自花授粉率的提高。这一演变可能对植物与传粉者之间的互动产生深远影响，同时也反映了植物在面对环境变化时的适应性调整。让我们思考这样几个问题：

Q1: 随着野生田野堇菜（Viola arvensis）自花授粉率从二三十年前的50%上升至今日的80%，这一变化对于传粉者的生存和我们日常生活有何具体影响？基于现有数据，是否可以量化这种影响的程度？

Q2：在过去二三十年里，随着植物自花授粉的增加，传粉者的数量是否呈现明显下降趋势？这种趋势是否可以通过与过去数据的对比进行量化，并对生态系统的稳定性提出深刻洞察？

Q3：植物的自花授粉率上升导致现代野生田野堇菜的花朵变小、花蜜减少。这些具体的变化是否已在数量级上得到量化？同时，这种变化对蜜蜂等传粉者行为的直接影响如何体现在实际的生态互动中？

Q4：研究中提到的野生田野堇菜自花授粉率的提高，是否可逆转的？科学家是否已经有相应的计划或方法来应对这一演变？另外，这一现象是否也在其他植物物种中有类似的表现？

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编译 | Wendy 

审核 | Moretti

排版 | Moretti

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【本文参考资料】

Acoca-Pidolle, S., Gauthier, P., Devresse, L., Deverge Merdrignac, A., Pons, V. and Cheptou, P.-O. (2023), Ongoing convergent evolution of a selfing syndrome threatens plant–pollinator interactions. New Phytol. https://doi.org/10.1111/nph.19422

https://nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/nph.19422

https://www.applevalleynewsnow.com/news/world-news/more-flowers-are-selfing-scientists-say-that-could-spell-trouble-for-other-species/article_2ba0970b-58eb-5b4d-8e57-b1ceba8ce01e.html

田野堇菜 Viola arvensis|iPlant 植物智——植物物种信息系统

https://www.plantplus.cn/info/Viola arvensis?t=b

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