深入了解濒危物种的繁殖特性,能为物种制定有效保护策略提供科学依据.于2022和2023年对中国科学院西双版纳热带植物园迁地保存的纹瓣兰(Cymbidium aloifolium)的繁殖生物学特征进行了观察和研究,主要包括开花物候、繁育系统、花部形态特征、昆虫传粉特征以及花的挥发性成分等.结果表明,纹瓣兰的盛花期在4月中旬,单花花期7 d;群体花期约为36 d.花粉活力在开花第1天时最高,约为47.15%,之后呈下降趋势.柱头在整个单花期一直具可授性,开花第2天可授性最强.人工授粉实验表明纹瓣兰自交亲和,不存在无融合生殖和自动自花授粉,繁育系统属于兼性异交繁育并依赖传粉者,自然结实率较低为 6.9%.唇瓣的先端和基部的表皮细胞分别为锥形和指状突起,基部的指状突起细胞外附着有油脂颗粒,可能是传粉者的报酬.药帽黄色,其表皮细胞为锥形细胞,能够反射光线,可能起到吸引昆虫的作用,中华蜜蜂(Apis cerana)是纹瓣兰唯一的有效传粉昆虫.纹瓣兰的挥发性气味中(E)-乙酸-2-癸烯-1-醇酯含量最高.因此,纹瓣兰的花部结构与传粉昆虫具有显著的适应性.

传粉昆虫在全球作物授粉中起重要作用,但近几十年来随着全球气候变化、农业集约化以及城市化的加剧,其物种丰度和多样性正面临着急速下降的趋势.如何解决农田生态系统中传粉不足这一问题已成为全球重大挑战之一.近年来田边伴生植物种植这一有效措施在发达国家被广泛提出,即在农田的空置空间种植伴生开花植物为传粉昆虫提供稳定的食物(如花蜜和花粉)和筑巢场所,以提高农田生态系统中传粉昆虫的物种多样性和丰度,用于满足农作物的授粉需求,但国内相关研究较少.本文系统综述了国内外田边伴生植物种植研究现状,着重阐述了可能影响伴生植物种植效果的因子,提出了伴生植物选择的原则,并展望了这种新型措施在我国农业中的应用前景.

中华蜜蜂Apis cerana cerana是我国十分关键和重要的传粉媒介昆虫,在不同栖息地中广泛分布,表现出飞行敏捷、采蜜期长和适应性强等优点.但近些年中华蜜蜂正面临前所未有的种群多样性下降,为保护这些特定的中华蜜蜂种群的遗传资源,研究人员基于几何形态学、分子生物学和基因组学等技术手段对中华蜜蜂遗传分化和环境适应机制进行了研究,而在我国这些多样化的中华蜜蜂种群为揭示其种群适应性进化规律提供了绝佳材料.本文从中华蜜蜂种群遗传分化与环境变化的相关性、形态变异与环境适应、环境适应性生理和行为改变及这些表型变化的遗传机制4个方面综述了相关研究进展.研究发现,物理屏障和生态环境的变化,特别是海拔和纬度相关环境变化是造成中华蜜蜂种群分化的主要原因.气候因子中,温度、氧气、辐射和湿度等对中华蜜蜂环境适应性的形态发育和生理生态特征产生重要影响.形态特征的变化主要体现在体型大小和体色上,代谢生理和行为改变是其环境适应的重要策略.基于现代基因组学和分子生物学技术的种群遗传学和种群基因组学研究发现,与社会分工行为、学习感知行为、信息感知、生长发育、温度适应和代谢等相关的基因或通路受到自然选择作用,这为中华蜜蜂适应不同栖息地以及蜂种演化提供了分子证据,但应对不同环境因子的分子进化机制有待进一步研究和明确.本文对中华蜜蜂遗传分化和环境适应机制的研究综述,加深了我们对古老蜂种进化历史和遗传多样性的理解,同时为后续深入研究社会性昆虫对不同环境的适应性机制和制定有效的保护策略奠定基础.

为探究荒山绿化模式下对野生新疆郁金香Tulipa sinkiangensis传粉昆虫多样性的影响,选取乌鲁木齐市雅玛里克山设置长期绿化区、短期绿化区和自然生境3 个环境梯度,采取样线和样方调查等方法进行新疆郁金香传粉昆虫多样性的研究.共收集传粉昆虫共316 头,隶属17 科23 属36 种,优势种为黑腹膝芒寄蝇Gonia picea.不同绿化梯度下物种丰富度指数相似,但随着荒山绿化进程的推进传粉昆虫多样性指数、均匀度指数呈下降趋势,自然生境最高(2.719;0.941),长期绿化区最低(1.299±0.311;0.553±0.076).长期绿化区和短期绿化区之间物种组成极不相似;长期绿化区和自然生境以及短期绿化区和自然生境之间物种组成均为中等不相似.同时发现,树木胸径对传粉昆虫多样性具有显著负面影响(P =0.047).研究表明,未来荒山绿化工程应提高生态异质性,避免大片纯林的单一种植模式.

植物与传粉者相互作用是我们绿色星球最重要的生态过程之一,因为绝大多数被子植物依赖动物帮助传递花粉,而后受精结实;同时,植物产生的花蜜花粉等营养物质作为传粉者的报偿.据Ollerton (2017)估计,全球传粉动物约有35万种,种类最多的是昆虫,还包含鸟类一千余种、蝙蝠二百余种和不能飞行的哺乳动物百余种.其中,鳞翅目(蝶和蛾)昆虫占所有传粉者种类的40％,有14万余种;其次是鞘翅目(甲虫类),占22％,约有7.7万种;膜翅目(蜂类等)占20％,约有7万种.在一些低温的生境中,雀形目鸟类的传粉作用逐渐被人们所认识;在一些岛屿上,爬行动物蜥蜴是一类重要的传粉者.传粉者为野生植物和农作物提供的传粉服务有巨大的生态价值,仅在作物生态系统中每年就超过2千亿美元(IPBES,2016).2016年3月生物多样性和生态系统服务政府间科学-政策平台(Intergovernmental Science-Policy Platform on Biodiversity and Ecosystem Services,IPBES)提出了首个专题评估报告《传粉者、传粉与粮食生产》(田瑜等,2016),指出了传粉和传粉者在生态系统中的重要价值,强调全球传粉者面临的危机,体现在一些重要传粉者种类的多样性和种群呈下降趋势.

昆虫传粉不仅在自然生态系统中发挥着十分重要的作用,也和农业生态系统中产量密切相关.众所周知,膜翅目昆虫是最重要的传粉昆虫.双翅目昆虫分布广,物种多,数量大,也是一类十分重要的传粉昆虫,但其传粉作用未受到足够的重视.本文主要综述了双翅目传粉昆虫的主要种类、传粉效力、传粉特征、与植物的协同进化以及双翅目昆虫传粉的生态学意义.据记载双翅目昆虫中至少有71个科涉及虫媒种类,目前有资料显示访花昆虫类群中双翅目约有54 417种,按涉及的种数排序居于昆虫纲传粉昆虫目中第4位.尽管双翅目昆虫单次访问可携带花粉量相对较少(相比于膜翅目),但是较高访问速率及庞大的个体数量,保证了其作为有效传粉者的地位.传粉综合征能够有效揭示植物与传粉者的协同进化关系,尤其是对一些专化传粉现象(如五味子科-瘿蚊系统)和泛化传粉的深入研究,更加深了我们对协同进化的理解.就生态学意义而言,一方面双翅目传粉昆虫是膜翅目传粉昆虫的有益补充,另一方面在一些特殊环境中,双翅目昆虫具有不可替代的作用.当前传粉昆虫(包括双翅目)数量急剧下降,而且双翅目昆虫的传粉价值还利用较少.结合我国当前的研究现状提出了以下未来研究重点:1)加深双翅目传粉效力和适应意义的案例研究以明确双翅目昆虫在传粉体系中的地位;2)加强栖息地格局变化与昆虫多样性的研究以明确栖息地改变对昆虫的影响程度;3)梳理访花和传粉、专化传粉和泛化传粉等关系以更加明确双翅目昆虫在与植物协同进化中的作用;4)逐步深入探讨花粉浪费和花粉竞争以探究传粉策略和植物繁殖策略.这些努力将为双翅目传粉昆虫的知识普及、资源保护与利用研究等方面提供参考.

为阐明峨眉拟单性木兰(Parakmeria omeiensis)在自然条件结实率低的原因和确定最佳人工授粉时期,该文通过观察峨眉拟单性木兰的开花动态,采用杂交指数估算、花粉胚珠比、花粉活力及柱头活性检测、人工授粉试验等方法对其繁育系统进行了研究.结果表明:(1)植物园保育的峨眉拟单性木兰花期在4月底到5月中下旬,持续17～23 d,雄株始花期比雌株早3～4 d,但两者花期可遇.(2)两性花经检测雄蕊败育,实为功能上的雌性,部分雄株个体的雄花上残留1～2个心皮,其性别分化是通过雌、雄蕊选择性败育形成的,为隐性雌雄异株(cryptic dioecy).(3)雄花、两性花开放经历佛焰苞开裂、花被片开裂、展开、闭合、二次开放、凋落6个阶段,历时4 d.(4)雄花初次展开时花粉活力最高,达92.8％,开花2 d后活力显著下降;两性花柱头在花被片展开期可授性最强,盛开后柱头部分可授.(5)杂交指数为5,P/O比为2.14×104.(6)套袋试验表明,峨眉拟单性木兰不能进行自花传粉,人工异花授粉的结实率和出种数显著高于自然授粉,且不存在无融合生殖.这说明峨眉拟单性木兰繁育系统为专性异交,传粉过程需要传粉媒介,自然条件下结实率低,主要是受传粉昆虫和柱头可授期短的限制.

大黄花虾脊兰(Calanthe sieboldii)是典型的大陆与岛屿间间断分布的兰科物种,适宜分布气候范围狭窄,同时依赖特殊的传粉者传粉,包括黄胸木蜂(Xylocopa appendiculata)、赤足木蜂(X.rufipes)和中华绒木蜂(X.chinensis)等3种木蜂属(Xylocopa)昆虫.本文通过R语言Biomod2程序包建立物种分布模型(SDM),预测了2050年和2070年时大黄花虾脊兰及其传粉者在3种代表浓度路径(RCP2.6、RCP4.5与RCP8.5)下的分布格局,以期为该濒危植物的保育提供参考.结果 表明:降水相关变量比温度相关变量对大黄花虾脊兰分布的平均解释率更高,两者分别为25.4％和13.9％.当前大黄花虾脊兰适生区主要集中在华中和华东地区,未来适生区的增减主要受到气候情景的影响,其变化范围为-59.0％到34.7％,并可能向更高海拔的地区移动;未来木蜂适生区将净收缩16.4％-19.7％,且主要向西北和东北移动;因而两者共同分布的面积占大黄花虾脊兰适生区的比例未来相比当前的90.0％可能下降0.5％-11.4％,表明大黄花虾脊兰分布可能受到未来气候变化和传粉者分布减少的双重影响,因此对该物种或类似特化传粉的兰科植物进行保育时应当充分考虑传粉者因素.

全球传粉昆虫多样性正在下降,如何保障农林生态系统传粉功能是当前研究的热点.理论上说,传粉功能不仅与生态系统的传粉昆虫多样性相关,还与生态系统的调节能力有关.近年来,学者们逐渐认识到授粉生态弹性对传粉功能的影响.本文在回顾已有研究的基础之上,总结传粉昆虫授粉生态弹性的内涵,厘清授粉生态弹性与工程弹性、稳定性和抗性的异同.目前,学者对授粉生态弹性形成机制开展广泛探讨,提出功能冗余假说、密度补偿假说、响应多样性假说、连接周转假说和跨尺度弹性假说,但这5个假说间的关系仍不清楚,存在一词多义、词意混淆等现象.我们依次阐述功能冗余假说、密度补偿假说、响应多样性假说、连接周转假说和跨尺度弹性假说,介绍不同假说中授粉生态弹性形成过程、研究热点和发展动态.通过解析授粉生态弹性的形成机制可知,5个假说在内涵上存在紧密联系,它们从不同空间尺度和研究对象下解释传粉昆虫授粉生态弹性的形成机制.未来授粉生态弹性研究将整合传粉昆虫群落动态和传粉功能动态的量化方法,通过实验验证5个假说的合理性,并揭示不同假说间的联系,由此阐明授粉生态弹性的发生条件、形成阈值和动态规律.随着研究的深入,授粉生态弹性理论有望用于指导农林生态系统传粉功能的经营管理.

[目的]通过研究烟粉虱Bemisia tabaci取食传入植物体内的昆虫内共生菌种类,探明其在不同植物中的分布形态及时空动态.[方法]以B型烟粉虱、棉花、番茄、豇豆为实验材料,利用常规PCR检测烟粉虱取食后传入植物体内的共生菌种类;利用透射电镜(Transmission electron microscope,TEM)检测Rickettsia传入植物后的分布及形态;利用q-PCR技术检测豇豆叶片中Rickettsia含量的动态变化.[结果]B型烟粉虱体内含有原生共生菌P0rtiera、次生共生菌Ricfettsia,Hamiltonella和Hemipteriphilus,但只检测到Rickettsia可经烟粉虱传入棉花、番茄、豇豆植物体内,并可在植物体内存活、转移.在3种植物体内Rickettsia均分布于叶片韧皮部的筛管细胞中.烟粉虱、棉花、番茄组织内的Rickettsia形态基本一致,但豇豆中Rickettsia在形态上较小而钝圆.相同数量的烟粉虱取食,在豇豆体内最先检测到Rickettsia.随着烟粉虱取食时间的增加,豇豆体内的Rickettsia含量先增加后下降;而当无烟粉虱持续取食时,一定时间段内豇豆体内的Rickettsia先下降再小幅度上升,并可以在一定时间内保持不变.基于16S rDNA序列的系统发育分析表明,传入棉花、番茄、豇豆叶片中的Rickettsia与B型烟粉虱体内的Rickettsia高度同源.[结论]Rickettsia可经烟粉虱取食传入植物体内,分布并存活于韧皮部的筛管细胞中,并可在植物不同叶片之间转移;在不同植物宿主中,Rickettsia的形态会发生轻微变化;烟粉虱对Rickettsia的传播效率受到植物种类的影响.