花粉必需氨基酸驱动蝙蝠-花卉互作网络的结构与季节性动态

本研究揭示了花粉必需氨基酸（EAA）组成在塑造潘塔纳尔湿地蝙蝠-花卉互作网络中的关键作用。通过长期采样和网络分析，发现EAA丰富的植物物种（如Bauhinia ungulata）与更多蝙蝠物种互作，且互作强度更高，尤其在旱季吸引食虫性和食肉性蝙蝠。研究强调了花粉作为关键报酬（非仅花蜜）在传粉网络中的重要性，为植物-传粉者互作的营养驱动机制提供了新见解。

　　

1 引言

热带被子植物大多通过与动物建立互惠关系确保繁殖，其中花粉和花蜜是最常见的花卉报酬。尽管花粉的蛋白质和氨基酸组成可能驱动植物-传粉者互作，但其作用长期被忽视。动物可合成非必需氨基酸（NEAA），但必须从食物中获取必需氨基酸（EAA），因此花粉可能通过定制氨基酸组成来满足传粉者的营养需求。本研究旨在探讨花粉蛋白质和氨基酸组成如何影响潘塔纳尔湿地全年和季节性的蝙蝠-花卉互作网络。

2 材料与方法

2.1 研究地点

研究地点位于潘塔纳尔湿地南内格罗农场（19°34′S, 56°14′W），该地区为冲积洪泛平原，气候类型为柯本Aw型，年降雨量1000–1500 mm，雨季为10月至次年3月，旱季为4月至9月。季节性洪水脉冲创造多种生境，包括永久性和短暂性泻湖、季节性淹没草原以及不受水淹的落叶或半落叶森林。

2.2 蝙蝠和花粉调查

在18个站点随机设置雾网捕捉蝙蝠，收集粪便样本，历时6年（2002年7月至2007年4月）。粪便样本在显微镜下检查花粉颗粒，使用参考收藏进行鉴定。所有鉴定的花粉均来自具有蝙蝠传粉特征的植物物种。

2.3 蝙蝠传粉网络

构建双向定量互作网络，矩阵行为植物物种，列为蝙蝠物种。互作数量定义为至少含有5颗给定植物花粉的粪便样本数。使用Chao2渐近估计器评估采样完整性，计算网络特化（H₂'）、加权嵌套度（wNODF）和加权模块化（M）。使用零模型评估网络指标的显著性，并计算节点级指标如归一化度（nk）、物种强度（st'）和物种级特化（d'）。

2.4 花粉蛋白质和氨基酸含量

从每种植物5个个体收集20–50 mg花粉，分为5个子样本进行独立分析。通过Bradford测定法分析总蛋白质，通过高效液相色谱（HPLC）分析EAA和NEAA的存在和比例。测量变量包括总蛋白质（TPRO）、总必需氨基酸（TEAA）、总非必需氨基酸（TNEAA）、必需氨基酸丰富度（REAA）、非必需氨基酸丰富度（RNEAA）和总氨基酸丰富度（RAA）。

2.5 花粉含量对蝙蝠-花卉网络结构的影响

以花粉蛋白质和氨基酸含量为预测变量，植物物种强度（st'_plant）、归一化度（nk_plant）和特化（d'_plant）为响应变量，进行广义线性模型（GLM）分析。由于TEAA与TNEAA完全负相关，剔除TNEAA，使用逐步向前程序选择预测变量。

3 结果

3.1 互作的蝙蝠和植物物种

共捕获1523只蝙蝠，涉及27种5科，其中12种蝙蝠的粪便中含有花粉，与8种植物互作。全年网络中，专性食蜜蝙蝠Glossophaga soricina与所有记录植物互作，杂食性蝙蝠Phyllostomus discolor和P. hastatus也高频互作。食虫性和食肉性蝙蝠在旱季与植物互作较多。植物方面，Bauhinia ungulata花粉最常见，见于11种蝙蝠粪便。

3.2 总花粉蛋白质和氨基酸组成

蝙蝠传粉植物花粉蛋白质含量占干物质比例从12%（Hymenaea stigonocarpa）到34%（Caryocar brasiliense）。所有9种EAA和9种NEAA均存在。B. ungulata和H. stigonocarpa的EAA比例是NEAA的两倍以上，而其他物种NEAA比例更高。氨基酸丰富度从13（Bauhinia pentandra和Pseudobombax longiflorum）到17（B. ungulata），B. ungulata花粉含有所有9种EAA，是唯一含有色氨酸的物种。

3.3 网络结构

全年和季节性蝙蝠-花卉网络无显著嵌套性，但模块化和特化程度显著高于随机预期。全年网络形成4个模块，其中B. ungulata和H. stigonocarpa（EAA最丰富）形成独立模块。食果蝙蝠Artibeus planirostris是模块间主要连接者。B. ungulata具有最高归一化度和互作强度，C. brasiliense特化程度最高。蝙蝠中，G. soricina互作程度和强度最高，食虫蝙蝠Lophostoma brasiliense最特化。

3.4 花粉氨基酸对植物物种中心性的影响

REAA强烈预测植物物种的归一化度（nk_plant）和互作强度（st'_plant），解释率分别为89%和72%。植物特化（d'_plant）不受花粉变量影响。多数蝙蝠物种与EAA较丰富的植物互作频率更高，食虫性和食肉性蝙蝠仅与EAA比例较高的植物互作，食果物种在整个梯度上互作但偏向EAA丰富植物，食蜜和杂食蝙蝠分布较均匀。

4 讨论

研究发现花粉EAA组成在塑造蝙蝠-花卉互作网络中起关键作用。EAA丰富的花粉物种与更多蝙蝠物种互作，且互作强度更高，表明蝙蝠主动寻找高质量花粉。潘塔纳尔蝙蝠群落以食果蝙蝠为主，而非典型食蜜蝙蝠，且包括意外食虫和食肉物种。食虫和食肉蝙蝠可能在猎物短缺时使用花粉作为氨基酸替代来源，尤其在旱季。网络整体特化程度低，模块化程度低，反映广义系统。B. ungulata和H. stigonocarpa（EAA最丰富）形成独立模块，与非食蜜专化蝙蝠关联。花粉高蛋白质量和氨基酸丰富度表明与花粉食用传粉者的进化关联。研究强调花粉作为花卉报酬的重要性，为植物-传粉者互作的营养驱动机制提供新见解。