研究發現南五味子屬植物與傳粉松脂癭蚊互利共生機制

原始被子植物與其傳粉松脂癭蚊之間互利共生關係就是自然界為我們提供的壓箱底的“秘密”。

中國科學院華南植物園植物科學中心博士羅世孝及其合作者以東南亞特有的原始被子植物類群“南五味子屬”植物為研究物件，揭示了起源於40個百萬年左右的被子植物是如何與只有1。5個百萬年左右的傳粉伴侶形成完美搭檔“爬上”熱帶雨林之巔的機制。

當你走進熱帶雨林時，你不但會被巨大的板根、神奇的空中花園和各種各樣的昆蟲吸引，你還會納悶怎麼到處都是藤本，有的細如手指，有的粗如碗口，但你卻很難看到它們的花、果，甚至連葉子也看不到，因為它們有的爬上了樹梢，讓你無法一見它們的真容。南五味子屬部分種類就是這些藤本中的一員。南五味子屬植物擁有豔麗的花朵，而且雌雄異花（圖D）。那是什麼“媒人”在為它們傳粉呢？它們是怎麼繁殖的呢？這一問題長期困擾著植物學家和進化生物學家。

南五味子屬的植物大多是在夏天的晚上開花，並且不分泌任何花蜜。當夜幕降臨，晚風吹過，一股強烈的花香氣味會飄在南五味子植物周圍。羅世孝透過長期的野外觀察發現，一種癭蚊，又叫松脂癭蚊（因為幼蟲寄生在松樹分泌的松脂油中而得名），循著“誘蚊”花香來訪問植物的雄花和雌花（圖A，C & D）。癭蚊在訪問雄花時產卵於花葯內（圖B）或特殊的花被（圖C），因此身上，特別是尾部會沾上大量的花粉。當癭蚊在訪問雌花時，同樣會在此花中產卵，此時癭蚊身上的花粉會沾到溼的柱頭上，完成為植物授粉的過程。癭蚊的卵會在3-5個小時之內孵化成幼蟲（圖E），由於幼蟲具有咀嚼式口器，因此會咀嚼肥厚的花部結構表面，此時受傷的花會立即分泌“防禦”粘液（圖E），以期驅趕這些“害蟲”。楊子銀透過研究發現，這種分泌物的主要成分是石竹烯，花香氣味的主要成分是a-蒎烯，兩者都是松脂油的主要成分，這個結果很好地解析了松脂癭蚊能在南五味子花內成長髮育的原因。但有一點非常特殊的是，南五味子的松脂癭蚊是透過自己“挖掘”而讓花部結構分泌松脂油，並且能以這種“防禦”分泌為食物，這與前人的研究，寄生在松樹上的癭蚊是利用甲蟲傷害松樹產生的松脂油產卵和發育完全不同。癭蚊的幼蟲在花內1-2天就發育成老熟幼蟲，並且隨花部結構一起掉落到地上結繭，第二年花期再飛出開始自己的新一輪生活史，並且為植物傳粉。因此，南五味子植物與傳粉松脂癭蚊之間形成了互利共生傳粉機制。

協同分子系統學研究發現，至少有4種南五味子屬植物與松脂癭蚊之間形成了一對一的專性共生關係，根據南五味子屬植物花部結構特點，研究人員推薦這一專性互利共生傳粉機制可能廣泛存在於南五味子屬植物中。針對植物與共生傳粉癭蚊的分化時間計算發現，這是一個相跨“百萬年”的牽手。說什麼“千年等一回”，那簡直是太“low”了吧。當其它的原始被子植物在漫長的演化過程中成為單科，單屬，單種，甚至從地球上消失時，南五味子屬植物在新搭檔的呵護下不但完成了傳宗接代，而且還爬上“熱帶雨林之巔”，真可謂人生的贏家。對南五味子屬植物與松脂癭蚊來說，這真是“夏天夏天已悄悄過去留下小秘密；壓心底，壓心底，不能告訴你……”。

最新研究成果已線上發表在國際學術期刊《植物學年報》（Annals of Botany）上。實驗過程中華南植物園植物科學中心羅世孝博士與農業資源中心楊子銀博士在植物與傳粉昆蟲化學響應機制方向進行了探索與合作，也為後續的合作研究打下了良好的基礎。該專案得到了國家自然科學基金面上專案（31170217和31370268）的資助。

華南植物園發現南五味子屬植物與傳粉松脂癭蚊互利共生機制