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香味和花蜜如何影响传粉者和食草动物

em马克斯普朗克化学生态研究所的科学家揭示了花朵如何使用香味和花蜜来操纵传粉者和食草动物。 / em

一些传粉者不仅为开花植物提供施肥服务,还在他们参观花卉后将它们的蛋放在植物的叶子上。这些鸡蛋孵化出来的贪婪的毛毛虫,它们的食欲极大,很容易杀死这些植物。所以当植物为传粉媒介做广告时,他们也经常吸引食草动物。来自德国耶拿的马克斯普朗克化学生态研究所的科学家们在田间试验中证明,土狼烟草烟草花可以解决这个难题。研究人员表明,当花朵产生香味和花蜜,并被三种不同的传粉媒介访问时,他们的异交增加,这对植物之间的基因流动很重要。此外,这两种花性特征都影响了天蛾的雌蛾产卵,其中花露的量比雌性天蛾产卵的决定更具影响力。野生烟草种群,包括其根本不产生任何花蜜的植物的香味生物合成和花蜜分泌的天然变化因此可以确保在食草动物保持在海湾时优化繁殖成功。科学家第一次研究了这两种花香性状,气味和花蜜,以及它们对花粉媒介和食草动物的影响。

开花植物散发气味以吸引传粉者。传粉者为其生殖援助奖励甜蜜的花蜜。但是,这种相互作用并不总是基于“一方面只洗其他”原则。之后,一些雌蛾授粉花朵并将它们的卵放在同一植物的叶子上。从这些卵中,贪婪的幼虫孵化并威胁植物的生存。 “互惠主义者变成敌对者”的一个例子是烟草horn蛾(Manduca sexta),这种蛾类可以访问北美和中美洲的野生烟草Nicotiana attenuata的花朵。然而,它的幼虫会造成破坏性的觅食损伤。

正如Ian T. Baldwin领导的科学家发现的那样,花香和花蜜的浓度和数量在烟草天然种群中有所不同。甚至有个别植物根本不分泌任何花蜜。这些植物首先吸引花卉客人,但是否认授粉服务的奖励。为了解开花香和花蜜的影响,并同时研究这两种性状,科学家们使用经过遗传改造的植物不生产苯丙酮,花香气味或花蜜的主要成分。第三组植物既不能合成苄基丙酮也不能合成花蜜。这些植物通过使用基于RNA干扰的转化技术(RNAi)进行了修饰。这两种花卉特征都是首次同时独立研究。

研究人员通过三种不同授粉媒介研究了这些花性状对授粉后异交率的影响:烟草天蛾(Manduca sexta),蜂鸟蛾Hyles lineata和蜂鸟Archilochus alexandri。当花粉从植物遗传信息转移到另一植物时,达到高异交率。这增加了植物种群的遗传多样性。

虽然花蜜是一种甜蜜的奖励,让传粉者从花朵飞到花朵,但花香气味是一种引诱这种奖励的诱惑物。实验数据的评估显示,气味和花蜜都能确保传粉者访问花卉的频率比缺乏这些性状的植物更频繁。有趣的是,三种测试传粉者的香味和花蜜对花粉传递服务有不同的影响。另一方面,香味以及花蜜直接影响女性曼陀蛾sexta moths的产卵。蜂蜜的量超过香味影响女性飞蛾产卵的决定,因此在产生大量花蜜的植物上发现更多的曼陀蜂卵。

科学家惊讶地发现,花蜜分泌对女性曼陀蛾雌蛾产卵行为的影响要大于花香味。他们假设日食动物使用花蜜作为评估植物大小或健康特征的指标,使其后代获得更好的生存机会。 “另一方面,有些植物是骗子,只能假装奖赏的存在。他们受益于产蜜的邻居和被骗的传粉者,从而大大减少了食草动物,“该研究的第一作者Danny Kessler解释说。

花朵面临许多挑战。他们必须提供异交和繁殖成功,并依赖不同的授粉物种,所有这些物种都有不同的偏好和行为。同时,鲜花也必须确保飞蛾不会在植物的叶子上留下太多的鸡蛋。 “草食动物和传粉者都对花卉特征的演变起了作用。因此,研究这些性状,气味和花蜜,就好像它们只是调解授粉服务一样,是毫无意义的,“分子生态学系主任伊恩T.鲍德温总结说。他的实验室为土狼烟草Nicotiana attenuata开发了一个全面的分子工具箱。

这些花卉特性,香味生物合成和花蜜产量的组合需要进行一定的微调以最大化植物的适应性。与通常在巢附近发现的蜂鸟相比,大型飞蛾如Manduca sexta可能能够将花粉传播到更远的距离。由于野生烟草种群通常被发现在自然界中是分离的,所以为了确保这些种群之间的杂交,较大距离上的花粉转移非常重要。

出版物:Danny Kessler等人,“香味和花蜜如何影响花卉拮抗剂和互助者,”eLife,2015; DOI:10.7554 / eLife.07641

来源:马克斯普朗克研究所

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