在被子植物中,雌雄異株植物的雌雄個(gè)體在形態(tài)、生理和生活史等多方面呈現(xiàn)差異化特征,通常稱之為“性二態(tài)”。盡管被子植物的性二態(tài)不如多數(shù)動(dòng)物那么顯著,但也有許多雌雄異株植物的部分性狀呈現(xiàn)明顯的性別間差異,并且部分性二態(tài)特征在雌雄異株類群中呈現(xiàn)趨同演化現(xiàn)象。對(duì)風(fēng)媒傳粉的雌雄異株植物而言,植株高度是一個(gè)非常關(guān)鍵的性狀,除了直接影響個(gè)體間對(duì)光照等資源的競爭外,植株高度可能影響雌雄兩性的繁殖成功。對(duì)于雄性而言,花粉從較高位置的花藥釋放,在沉降之前會(huì)形成更廣泛的水平擴(kuò)散,從而提高雄性適合度;對(duì)于雌性而言,較矮的株高將有利于接受更多的花粉落置,由此提高雌性繁殖成功。株高不僅可以通過影響花粉傳播距離對(duì)交配成功產(chǎn)生影響,也可能對(duì)風(fēng)播物種的果實(shí)和種子散布發(fā)揮重要作用。目前,株高二態(tài)(尤其是互逆的株高二態(tài))的生態(tài)和遺傳適應(yīng)機(jī)制仍然缺乏實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。
中國科學(xué)院昆明植物研究所植物性系統(tǒng)功能與演化專題組在前期研究的基礎(chǔ)上,以產(chǎn)自北美的雌雄異株植物心翼酸模(Rumex hastatulus)(雌性:XX,雄性:XY,2n = 10)作為研究對(duì)象,利用該物種特殊的株高互逆二態(tài)現(xiàn)象,即該物種在開花期雄株顯著高于雌株,而在果期則雌株顯著高于雄株,在溫室環(huán)境下中進(jìn)行風(fēng)媒和風(fēng)播的模擬控制實(shí)驗(yàn),研究了互逆的株高對(duì)花粉和種子散布的影響。研究發(fā)現(xiàn)花期雄株的高度能有效提高花粉散布距離和繁殖成功率,而果期雌株的高度優(yōu)勢(shì)能夠顯著提高種子的散布范圍。此外,研究人員還對(duì)心翼酸模不同生活史階段的雌雄性狀進(jìn)行了比較研究,發(fā)現(xiàn)除花期和果期雌雄株高發(fā)生逆轉(zhuǎn)之外,包括生活史早期的種子重量和萌發(fā)時(shí)間等多方面均存在性二態(tài)特征。
心翼酸模雌雄兩性在開花和結(jié)果階段互逆的高度二態(tài)可能代表了一種與性別角色相關(guān)的生態(tài)適應(yīng)策略。該研究結(jié)果以Functional consequences of temporal reversal ofheight dimorphism for pollen and seed dispersalin a dioecious plant為題,發(fā)表于Journal of Systematics and Evolution。中國科學(xué)院昆明植物研究所博士研究生曾志華和已畢業(yè)博士研究生于倩為論文的共同第一作者,中國科學(xué)院昆明植物研究所周偉研究員,李德銖研究員和多倫多大學(xué)Spencer Barrett教授為論文共同通訊作者。本研究工作得到中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)專項(xiàng)(B類)、國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、云南省重點(diǎn)基礎(chǔ)研究計(jì)劃等項(xiàng)目的聯(lián)合資助。
圖1 雄株高度對(duì)花粉傳播和雌株高度對(duì)種子散布的影響
圖2 心翼酸模不同生活史階段性二態(tài)