特化传粉系统通常被认为是一种高效的植物与传粉者互作的关系,但即使是高度特化的花朵也经常接受非传粉者的访问.当前的特化传粉系统研究主要关注于植物与特定传粉者的相互作用,往往忽视了其他访花者的潜在影响.海芋(Alocasia odora)与芋果蝇属(Colocasiomyia)物种是典型的高度特化传粉互惠关系,但海芋花序仍存在许多其他的访花者类群,它们对传粉过程的影响尚不清楚.通过访花者筛除实验,本研究证实了海芋的授粉过程必须有海芋果蝇(C.alocasia)或异海芋果蝇(C.xenalocasiae)的参与.除此以外,海芋花序上还观察到包括露尾甲科、蜜蜂科、隐翅虫科和跗线螨科等类群的访花者,共计10种.繁育系统实验表明,海芋的自交不亲和性是由空间和时间上的雌雄分离造成的.因此,尽管其他访花者未直接对海芋结实率做出贡献,但它们对花粉和雄花不育区分泌物报酬的取食行为仍可能整体上减少了有效花粉资源,并与传粉者竞争报酬资源,进而间接影响有效传粉者的传粉行为.本研究为特化传粉理论提供了新视角,未来研究应更全面考虑访花者的整体作用.

传粉是生态系统中一项关键服务,准确识别和分析传粉者携带的花粉对于理解植物-传粉者交互作用以及传粉服务至关重要.传统的花粉.识别方法依赖于显微镜下的人工直接观察,这种方法耗时且需要专业知识,限制了其在大规模应用中的效率,在评估传粉效率和稀有植物-传粉者连接方面存在局限性.针对此问题,我们使用公共平台训练了基于河南洛阳市天池山国家森林公园14种同时开花植物的花粉识别人工智能(AI)模型,通过比较人工显微镜观察和AI模型识别142只传粉者身体携带的花粉构成,首次探讨了两种方法构建的植物-传粉者互作网络的结构差异.结果表明AI模型在构建时能够达到96％的整体准确率.人工识别与AI模型在识别的连接数量、花粉数量以及图片一致率方面存在差异.AI模型在识别连接和花粉数量上略高于人工方法,并且在第三方的一致性检验中,超过半数的情况倾向于AI模型的结果.尽管存在一些独有连接的差异,人工识别与AI模型构建的定量网络在结构特征上展现出高度的相似性.本研究揭示了AI图像识别技术对提高花粉分析效率和准确性的作用,以及应用于植物-传粉者互作研究的潜力,这将有助于传粉网络研究的大规模开展,为传粉生态学研究提供新的工具和视角.

高阶作用通常指一个物种对另外两个物种之间相互作用强度的影响,对物种共存、群落构建及生物多样性具有重要影响.在集合种群水平上考虑了植食动物对动植物传粉关系造成的高阶作用,以及植食动物对传粉者的间接作用.通过分析基本生态过程,建立植物-传粉者-植食动物的集合群落模型,模型清楚地展示高阶作用和间接作用,可以用来研究它们对集合群落稳定性和续存的影响.结果表明:(1)互惠关系在集合群落尺度上会引起双稳态现象,说明了群落动态对初始条件的依赖性;(2)正高阶作用能够扩大集合群落双稳态的参数范围,负高阶作用和间接作用缩小它的参数范围,但都不会从本质上改变双稳态现象;(3)正高阶作用能够降低集合群落的灭绝阈值,增加集合群落稳定时的占有率,有利于集合群落续存,而负高阶作用和间接作用不利于续存.研究结果说明高阶和间接作用对调节多物种系统动态和物种共存具有重要作用.

多样的花冠形态具有保护花内性器官、吸引传粉者等多种作用,管状花的出现被认为是花瓣演化的一个变革性事件.自达尔文以来,学者们试图回答的一个经典问题是:长花冠管的演化是否由传粉者口器与花冠管之间长度的"军备竞赛"引起?人们已在长花冠管的多个类群中开展了实验,试图寻找交互选择引起的动植物之间协同演化的证据.本文总结了影响植物花冠管长演化的生物因素和非生物因素,探讨了传粉者、盗蜜者、植食者、光照、水分等因素在花冠管长演化中扮演的角色,重点梳理了传粉者介导花冠管长演化的4个潜在路径,以期为进一步探究植物花冠管长度的演化提供新的思路和方向.

开花植物与传粉者之间稳定互惠模式的建立是维持互作双方种群适合度的关键.在全球变化的背景下,植物与传粉者对温度、融雪、人类活动等外界扰动的响应差异,易于引起两者关键物候期的不同步发生,由此可能减少传粉互作的重叠时间,改变相互作用的成本和收益,进而对两者的种群动态产生潜在的深远影响(即物候错配效应).近年来国内外对植物花期与传粉者活动物候的错配研究主要集中在两方面:一是物候错配现象发生的原因及机制;二是这种物候错配带来的生态后果,尤其是对互惠双方种群动态的影响.但由于研究方法及数据获取等方面的局限性,物候错配研究仍存在一些薄弱环节,如物候匹配模式对环境变化的响应机制、传粉效率对错配效应的调节影响、物候数据获取的独立性等.本文综述了植物-传粉者物候错配效应的最新研究进展,并对未来的研究展望进行初步探讨,以期为物种多样性、动植物种群动态的合理预测等方面的研究提供有益的参考.

植物-传粉者相互关系中植物形成多种多样的视觉(花色)和嗅觉(花气味)信号来影响传粉者的访花过程,促进传粉成功.石榴(Punica granatum)花瓣红色而雄蕊黄色,这种花内不同结构的颜色差异对于石榴吸引传粉者可能有不同的作用.本文比较了石榴花各部位发出的视觉信号(颜色、大小)和嗅觉信号(气味及含量)、花蜜体积、不同处理下的昆虫访花频率及坐果率,以探讨石榴花各部位颜色在传粉过程中的作用.结果发现:新疆喀什地区石榴主要传粉者为意大利蜜蜂(Apis melifera)和食蚜蝇(Syrphidae sp.),雄蕊黄色及其分泌挥发性化合物种类和相对含量是吸引传粉者昆虫的主要因素.去除花瓣处理组与其他3种处理组(对照、去雄蕊、去雄蕊去花瓣)比较,意大利蜜蜂的访花频率(P＜0.05)及停留时间(P＜0.05)均显著提高,石榴坐果率(82.33％±4.45％)也显著提高.上述结果表明,石榴黄颜色的雄蕊可能是吸引传粉者的主要结构,而红色的花瓣对其传粉成功可能有负面影响;植物花内不同结构颜色差异可能有助于在变化的环境下吸引不同的传粉者,促进繁殖成功.

植物的生长环境不但可直接作用于其可利用资源的多寡及其繁殖分配,而且可通过影响植物所在的群落以及传粉者的组成或行为而间接的导致繁殖差异.然而,直接与间接作用的方向或强度很少被同时关注,从而限制了从机制上理解环境对植物繁殖的影响.选取野慈姑(Sagittaria trifolia L.)为研究材料,将相同基因型组成的植株分别种植在光照差异明显的两个同质园(林荫区与日照区),于盛花期对野慈姑的开花数量、昆虫访花进行了观察,确定其主要访花昆虫、记录访花行为以及野慈姑的繁殖产出水平.研究表明,日照区野慈姑每天开放的花朵和植株数量显著高于林荫区.两个区域内野慈姑的主要访花者有四大类:蚜蝇类、蜂类、蝶类和蝇类;其中林荫区的主要传粉昆虫为蚜蝇类,而日照区为蜂类.日照区昆虫单位时间内的访花频率、昆虫每回合访问的雄花数、总花数和花序数均显著高于林荫区.日照区野慈姑的座果率显著高于林荫区,而单果种子数量与种子面积与林荫区相当.总体而言,日照区野慈姑的繁殖产出达到了林荫区的三倍以上,这是环境的直接作用与环境介导的传粉作用在同一方向上叠加的结果,且前者占主导地位.在关注植物、物理环境和生物因子三者之间互作的前提下,量化每个繁殖阶段的水平,特别是传粉昆虫在不同生境下的表现,阐述了环境异质性导致植物繁殖差异的根本原因.

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.

种子植物的有性生殖依赖于花粉传递,传粉者是花粉传递的媒介.传粉者为野生植物和农作物提供的传粉服务,是我们绿色星球最重要的生态过程之一,在维持生物多样性和农作物生产方面具有重要作用.农业集约化、生境破碎、全球气候变暖等因素加剧了传粉者衰减和灭绝的风险,对生态系统的功能和农业生产造成了不利影响.为了维系植物与传粉者生态互作关系的稳定性,人们建立了一系列从局部地区到国际、由普通民众到科研人员参与的传粉者监测项目,以期掌握传粉生态系统的状况和发展趋势,为自然和农业生态系统的健康提供预警和反馈.本文强调了监测传粉者的首要前提条件,即正确区分传粉者和访花者;总结了监测传粉者的直接和间接方法,包括群落水平的直接观察监测,以及利用关联数据进行间接推断与调查;介绍了具有潜力的由大众参与的公众监测项目.针对7种常见传粉者类群,讨论了可行的适用于各类群的监测方法,为监测拓展到更多的传粉者类群提供了可能.期望能为生物多样性的保护、传粉者动态的精准监测提供建议与参考.

杂交是生物进化的重要方式和新物种的重要来源,在植物界普遍存在,但在不同植物类群中的发生率差异很大.高度专性传粉体系中,宿主植物和传粉者经历长期协同进化,形成远高于其他物种的互利共生机制和合子前生殖壁垒,被认为不太可能发生种间杂交.榕树和传粉榕小蜂是动植物间专性传粉关系的典范,甚至发展出一对一高度专性关系.但随着研究的深入,发现了一定程度的宿主转移现象,引发学者对榕树种间杂交的研究和探讨.本文从人工杂交、外来种和本地种杂交、岛屿种自然杂交、同域分布近缘种自然杂交,以及利用系统发育不一致推测杂交等5个方面,综述了榕树种间杂交的研究进展,并对未来研究进行展望.同一亚属内人工榕树种间杂交F1代一般可育,不同亚属榕树的种间杂交亲和性强度在不同性系统上表现有所不同.种间存在单向或不对称的双向基因流,依赖专性传粉榕小蜂传粉可能使得渐渗杂交成为榕树种间杂交的主要方式.一系列的合子前隔离机制,包括化学隔离、形态隔离、地理隔离、生态隔离、季节隔离等有效维持了榕树物种在遗传和形态上的完整性;而合子后隔离作用较弱,传粉榕小蜂在非专性宿主上的繁殖适合度一般表现为显著降低.未来有待在评估杂交对榕树生物多样性和榕-传粉榕小蜂共生体系稳定性的影响,分析榕树天然杂交带的杂交模式,以及探讨影响宿主转移和榕树杂交的因素等方面开展深入研究.