《自然》杂志报道我国科学家发现的植物异交新机制

　　

科学时报昆明3月26日讯 中国科学院西双版纳热带植物园研究员、我国著名植物学家许再富和他的学生李庆军等人，通过长期的观察研究，在热带姜科植物中发现植物通过花柱卷曲行为产生暂时性雌雄异株进而达到异交目的的远交机制。3月23日出版的英国《自然》杂志刊登了这篇文章¹，并引起海外媒体的普遍关注。美国《探索》（Discovery）电视频道在当晚新闻中作了报道，德国电子新闻杂志Der Spiegel次日也作了报道。

长期以来，植物繁育系统的多样性令许多生物学家着迷。尽管植物的自交具有很多益处，例如占据新的生境、克服传粉媒介的短缺、有利于植物种群的局部适应以及后代能够直接获得先辈的优良性状等，但是，长期的自交带来的近交抑制会导致后代适应性下降。植物通过雌蕊和雄蕊位置互补、左右花柱、花柱异长以及自交不亲和等机制促进远交。在这些远交机制中，雌雄异株和自交不亲和是专性远交机制，而其他机制由于具有一定程度的雌性和雄性重叠，因而存在或多或少的自交比例。植物通过其花部的运动行为以避免自交或增加异交率的现象已经发现很久，但通过开花行为能够导致完全异交证据还不充分，多数传粉生物学家都将这种行为机制归结到雌雄异熟或异型花机制中，有的甚至忽略了这种机制。

李庆军、许再富等植物学家以西双版纳分布和引种的姜科山姜属9个种为研究对象，详细记录了它们的开花行为和传粉方式，并对这些现象进行了慎密的科学分析。他们发现，在其自然种群中具有两种不同表型的个体，一种称为柱头下垂型(cataflexistyly)，其柱头在花刚刚开放时向上反卷到裂开的花药背面，花粉散出，到午后逐步向下运动到花药腹面，此时花粉已被拜访昆虫带走；另一种称为柱头上举型(hyperflexistyly), 上午开花时柱头向下反折在尚未开裂的花药腹面，午后陆续向上举，最后反卷到花药上方，此时花药才开裂。两种表型的个体通过昆虫的拜访，成功地实现了异株授粉，从而克服了自交带来的适应性衰退(inbreeding depression)。他们的研究在世界上首次系统描述并命名了这一新的植物繁育系统——花柱反卷性(flexistyly)，并对山姜属植物花柱卷曲的普遍性、自交亲和性与人工授粉结果、传粉者与拜访者频率等进行了更深入的研究。

这一研究表明：姜科山姜属植物的花柱卷曲性的远交机制完全不同于已知的其他机制，如雌雄异熟、异型花、左右花柱或花柱异长等，而且这一机制包含了几乎所有其他机制的某些特性，而独立成为一种适应远交的机制。暂时性雌雄异株被认为在原始植物类群中较普遍，但在较为进化的类群中较少见，而姜科植物是进化程度很高的单子叶植物，其中的山姜属、豆蔻属等类群中却普遍存在花柱反向运动性形成的暂时性雌雄异株现象。这一研究成果为对进一步探讨这一独特的繁育系统在姜科乃至其他植物类群的分布、起源和进化奠定了基础，对于研究姜科植物系统学乃至被子植物花和繁育系统的进化，都具有重要科学意义。

1. Li, Q.-J. et al. Flexible style that encourages outcrossing. Nature 410, 431 (2001).