《Ecology and Evolution》：Pollinator Visitation Within a Single Crown of the Rare Rainforest Tree Firmiana daweishanensis Is Associated With Floral Colour Change
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花色变化可指示花的生理状态，但其在雨林冠层乔木中的作用尚不明确。研究人员对分布于中国滇东南的一种极小种群野生植物（Plant Species with Extremely Small Populations, PSESP）——大围山梧桐（Firmiana da
花色变化可指示花的生理状态，但其在雨林冠层乔木中的作用尚不明确。研究人员对分布于中国滇东南的一种极小种群野生植物（Plant Species with Extremely Small Populations, PSESP）——大围山梧桐（Firmiana daweishanensis）的花色变化与传粉昆虫访花行为进行了研究。利用一座25米高的脚手架，研究人员在一株成年树上的16个开花枝条中共计观察了128枝·小时。结合这些观察，研究人员还测量了芳樟醇（linalool）释放量、蜜腺分泌量、生殖功能、花萼反射光谱及蜜蜂视觉模型（bee visual modelling）。共有6个膜翅目（Hymenoptera）分类单元访问该树，其中切叶蜂属（Megachile）蜜蜂占主导地位。混合效应模型显示，在两性花中，黄色花比红色花获得更多的访花次数和更高的单位花·小时累计访花时间。总体性别检验及花色×性别的交互作用均不显著。枝条水平的花数量与花色组成与访花行为无显著关联。这一对比结果与精细空间尺度下的选择作用一致，但未能证实其存在；统计功效有限仍是另一种可能的解释。黄色花表现出更高的芳樟醇释放量以及在绿色背景下更强的模拟绿受体（green-receptor）对比度。蜜腺可获取性与生殖功能在花发育早期阶段普遍更强。无论是排除传粉者处理还是人工同株异花自交授粉（geitonogamous self-pollination）处理的花朵均未结实，而自然开放授粉的花朵结实率为6.19%。这些观察结果支持访花者对结实有贡献，但由于缺乏人工异交授粉对照，无法最终判断自交不亲和性。由于花色、花龄、气味、报酬及生殖状态共同变化，它们各自对访花行为的单独贡献无法区分。因此，花色变化可能构成花状态的多模态指标的一部分，而保留的红色花是否具有展示功能仍属假设。这项基于单株树的个案研究记录了冠层访花模式，其普适性有待在不同个体和种群间进行重复验证。
研究背景与科学问题
动物介导的传粉是开花植物繁殖的核心生态过程。花部性状，包括颜色、气味、形态及花蜜报酬，影响传粉者的探测、趋近和处理行为，进而影响花粉传递与繁殖成功。其中，花色是最显著的视觉信号之一，既影响远距离吸引，也调节近距离的单花选择。然而，花部信号并非一成不变。在一些被子植物中，花朵在开放期内会发生颜色变化，形成随花龄变化的动态展示。花色变化长期被解释为一种潜在线索，帮助传粉者区分报酬丰富的新鲜花朵与报酬较少的衰老花朵。传粉者通常偏好变色前的花朵，而变色后的花朵访花频率降低，这可能减少无效访花并提高传粉者觅食效率。但颜色很少单独发挥作用，花香和花蜜报酬同样影响传粉者的学习与选择。因此，花色变化可能不仅仅是视觉转变，而是视觉显著性、嗅觉吸引力、花蜜报酬与生殖功能协同变化的复合状态信号。尽管已有大量研究，但关于花色变化的实证工作主要集中在草本植物或灌木等易接近系统中，针对高大雨林冠层树木的直接行为证据十分匮乏。冠层树木对热带森林结构与繁殖贡献巨大，但其传粉生态学常依赖间接推断。对于稀有冠层物种而言，这一问题尤为突出：当成年个体稀少、空间隔离或难以被传粉者连接时，成功的访花未必转化为有效受精。因此，理解在稀有条件下花部信号是否仍能引导传粉者行为，对传粉生态学和极小种群野生植物的保护具有重要意义。大围山梧桐（Firmiana daweishanensis）是中国特有梧桐属物种，被列为国家二级保护野生植物，同时也是极小种群野生植物（PSESP），分布于云南南部石灰岩山地雨林中。其花朵在开放过程中由黄色变为橙色再变为红色。本研究旨在探究大围山梧桐的花色阶段是否与雨林冠层中的传粉者访花行为相关联，并考察伴随的花部性状变异，以评估花色变化是否构成多模态状态信号的一部分。
研究方法概述
研究人员于2024年3月至4月，在云南省红河州河口县南溪镇一株可接近的大围山梧桐成年个体周围搭建了一座25米高的五层脚手架，实现了对不同高度和方向冠层的访问。在冠层内选取16个开花枝条，每个枝条从9:00至17:00连续观察8小时，共计128枝·小时，记录访花者种类、访花次数、累计访花时间及所访小花类型。采用固相微萃取结合气相色谱-质谱联用技术（GC-MS）分析四种花型（黄色雌花、黄色雄花、红色雌花、红色雄花）的挥发性有机物（VOCs），重点关注优势组分芳樟醇（linalool）。利用5 μL毛细管测量不同发育阶段的雄花和雌花花蜜体积。使用Maya 2000 Pro光谱仪测量黄、橙、红三个花色阶段的反射光谱（300–700 nm），并通过pavo包进行蜜蜂视觉模型（bee visual modelling）分析，计算蜜蜂六边形色空间中的色度对比度及绿受体非彩色对比度。通过离体萌发法测定花粉活力，采用联苯胺-过氧化氢法测定柱头可授性。设置三种授粉处理：传粉者排除（100朵雌花套袋）、人工同株异花自交授粉（geitonogamous self-pollination）（100朵雌花套袋后人工授粉并重新套袋）和自然授粉（872朵雌花不干预），记录各处理的结实率。统计分析采用广义线性混合模型（glmmTMB），以负二项模型拟合访花次数、Tweedie模型拟合累计访花时间，将花色、花性别及其交互作用作为固定效应，枝条作为随机截距，花·小时的对数为偏移量。
研究结果
3.1 花色变化与传粉者组成
大围山梧桐的雌花和雄花均在开放过程中经历从黄色到橙色再到红色的明显颜色转变，黄色花与红色花在同一冠层甚至同一枝条上共存。套袋未操作的雌花与自然暴露花朵的颜色变化序列相同，定性观察未发现转变时机或速率的差异。全株观察共记录6种膜翅目传粉者，其中切叶蜂属（Megachile sp.）占访花总次数的46.2%和累计访花时间的39.9%，是优势传粉类群。
3.2 传粉者访花与花色阶段的关联
在小花水平上，黄色花获得0.170 ± 0.225次·花-1·h-1的访花次数，显著高于红色花的0.022 ± 0.020次·花-1·h-1；黄色花的累计访花时间为0.631 ± 0.598 s·花-1·h-1，也高于红色花的0.116 ± 0.121 s·花-1·h-1。在控制花·小时和枝条分组效应后，花色整体检验对访花次数和累计访花时间均极显著（Holm校正后p值分别为2.45×10-6和1.16×10-6）。性别整体检验及花色×性别交互作用均不显著。次级比较显示，两性花中黄色花与红色花之间的访花次数比值分别为6.40（雌花）和4.80（雄花），累计访花时间比值分别为5.56和4.04，所有颜色对比经Holm校正后均显著。敏感性分析表明，即使自由估计花数系数或逐一剔除枝条，花色关联仍然稳健。在枝条水平上，黄色花数量、红色花数量、花色比例及黄红比与访花行为均无显著相关性。
3.3 花部信号、报酬与生殖功能的阶段性变化
黄色花的芳樟醇释放量高于红色花，其中黄色雄花释放量最高，红色雄花最低。花蜜体积随花龄变化：雌花在黄色阶段（第1天08:00–18:00）10小时积累的花蜜量显著高于红色阶段（第2天04:00–14:00）；雄花在第2天14:00未检测到花蜜。花粉活力在开花初期最高后逐渐下降；柱头可授性在开花中期达到峰值后下降。反射光谱方面，黄色花在蜜蜂可见波长范围内反射率更高。在蜜蜂六边形色空间中，黄色花阶段平均光谱距离适应背景原点更远，即色度对比度更高。黄色花的绿受体非彩色对比度（CG = |EG ? 0.5|）为0.295 ± 0.027，显著高于红色花的0.083 ± 0.015（Welch t检验：t = 15.326, p = 4.05×10-6）。
3.4 不同授粉处理的结实率
传粉者排除处理（0/100）和人工同株异花自交授粉处理（0/100）均未产生果实，而自然授粉处理的872朵花中产生54个果实，结实率为6.19%。排除传粉者后无结实，结合自然授粉产生果实，支持访花者对结实有贡献。但因缺少人工异交授粉阳性对照，无法最终确定自交不亲和性。
讨论与结论
本研究的单株树冠层观察表明，花色阶段与大围山梧桐冠层内的传粉者访花行为密切相关：黄色花比红色花获得更多访花次数和更长的累计访花时间，这一模式在两性花中一致，且不受性别影响。该模式与花色变化可作为花报酬或生殖状态信号的解释一致，但不能证明颜色本身驱动了访花行为，因为颜色与花龄、气味、花蜜和生殖功能共变。黄色花更强的芳樟醇释放、更高的花蜜积累、更高的花粉活力和柱头可授性，以及更强的蜜蜂视觉模型对比度，共同提示黄色花呈现了视觉、嗅觉和报酬的协调组合，但这些性状的独立贡献无法区分。红色花在冠层中占比平均达44.54%，其保留可能有助于维持冠层水平的整体展示，而中央花萼区域的黄转红则提供冠层内的精细线索，但这一假说需实验验证。传粉者排除和自交授粉均未结实，而自然授粉结实率为6.19%，表明访花者对结实有贡献，且自交花粉在本实验条件下不能导致结实，但缺乏异交对照限制了繁殖系统的明确判定。研究人员指出，这些发现为保护该极小种群野生植物提供了生物学依据：应保护访花昆虫、开花个体及潜在花粉供体，维护蜜蜂传粉者所需的冠层和林缘生境，并在花期减少农药和干扰风险。同时，由于观察仅基于一株可接近的成年树，结论的普适性需跨个体和种群验证。未来研究应结合颜色操控、气味添加/去除及花蜜补充等操纵实验，配合蜜蜂视觉模型和传粉者选择试验，以更直接地分离视觉信号、嗅觉信号和报酬状态的相对贡献。
研究结论：在大围山梧桐观察冠层内，花色阶段与传粉者访花行为相关联。黄色阶段花朵比红色阶段花朵获得更多访花次数和更长的单位花·小时累计访花时间。黄色阶段花朵还表现出更强的模拟视觉对比度和更高的芳樟醇释放量。这些模式与花色变化构成花状态多模态指标的一部分相一致，但未能确定哪个性状驱动了访花行为。保留的红色花可能对冠层水平展示有贡献，但这一推测功能尚需实验验证。
