《Plants》：Male Pomegranate (Punica granatum L.) Flowers Are Associated with Resource Limitation and Lack Female Reproductive Function
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性系统可塑性强烈塑造植物生殖适合度。然而，关于雄花两性花同株（andromonoecy）的实证研究主要集中于野生种，对栽培果树的认识仍存在空白。本研究旨在调查中国新疆喀什石榴（Punica granatum L.）的性系统特征及其对资源条件的适应性响应。研究人
性系统可塑性强烈塑造植物生殖适合度。然而，关于雄花两性花同株（andromonoecy）的实证研究主要集中于野生种，对栽培果树的认识仍存在空白。本研究旨在调查中国新疆喀什石榴（Punica granatum L.）的性系统特征及其对资源条件的适应性响应。研究人员评估了花部形态和生物量，开展了资源操纵处理、花粉活力测定（pollen viability assays）和控制授粉实验（controlled pollination experiments），并观察了传粉者（pollinators）。结果表明，石榴表现为功能雄花两性花同株（functional andromonoecy），其中雄花源于雌蕊退化，可能响应花序内资源限制。两性花在形态、生物量、花部报酬和传粉者访问方面表现出优势。雄花不能作为母本（maternal parents）产生果实，但可产生能作为父本繁育后代（siring progeny）的可育花粉。然而，雄花分泌的花蜜（nectar）较少，且接受的传粉者访问显著少于两性花。这些发现与维持雄花两性花同株的最优资源再分配假说（optimal resource reallocation hypothesis）一致，提示雄花可能构成一种资源节约策略。雄花比例能否作为植物资源状态（resource status）的可靠指标仍需进一步验证。
论文解读：植物性系统可塑性影响生殖适合度。雄花两性花同株（andromonoecy，同一植株同时着生两性花和雄花）是雌雄同株向雌雄异株演化中的过渡性系统，受遗传、个体大小、物候及水、温、光、养分等生物与非生物因素调控。以往雄花两性花同株研究多集中于野生种，栽培果树尤其是石榴（Punica granatum L.）存在知识空白。石榴长期被认为具有功能雄花两性花同株（functional andromonoecy）性系统，但既往工作多为描述性或以品种为中心，缺乏花序大小和花期波动下性别表达的定量动态、资源可用性调控花性别决定的证据，以及两种花型对传粉者吸引和花粉捐赠的功能后果研究。为此，研究人员在新疆喀什石榴园开展花部形态、生物量、资源操纵、花粉活力、控制授粉和传粉者观察，以阐明其性系统及雄花对传粉和繁殖的影响，并探讨雄花出现的原因。研究得出石榴具功能雄花两性花同株，雄花由雌蕊退化形成、可能响应花序内资源限制；雄花雌性不育但花粉可育，花蜜和传粉者访问少于两性花；资源供应增加与两性花比例提高相关，结果与最优资源再分配假说（optimal resource reallocation hypothesis）一致。该研究为栽培果树雄花两性花同株研究、石榴繁殖生物学及花果管理提供依据。
关键技术方法：样本队列来源于新疆喀什阿瓦提乡1000 m
2果园，20株25年生健康代表性石榴树，2019—2021年调查（2020年因COVID-19限制未开展田间实验）。关键技术包括花部形态测量与花器官鲜重/生物量分配；资源操纵（树体叶面施肥与花序疏蕾）；花粉产量、活力（MTT（2,5-diphenyl monotetrazolium bromide）法）和花粉移除率测定；花蜜量及传粉者访问频率、停留时间观察；控制授粉（自然授粉、套袋自交、辅助授粉、去雄自然授粉、两性花×雄花及反交）评估坐果与结籽；采用GLMs（generalized linear models，广义线性模型）分析。
研究结果：2.1 两种花的花部形态变异、生物量分配与资源投入：形态测量和生物量测定显示，两性花在花冠、花萼、花药、花柱、子房、雄蕊基部位置和花粉表面积等显著大于雌蕊退化花，总鲜重更重；雄花向花瓣、花萼和雄蕊分配比例更高，两性花向雌蕊投入更多，雌蕊性状及退化雌蕊功能不育是关键诊断特征。2.2 性系统特征与花部性别表达：标记观察显示雄花占79.61±1.43%、两性花占20.39±1.43%，两性花先开且寿命较长（5.6±0.2 d vs 4.6±0.1 d）；随花期推进两性花比例下降、雄花上升；随花序增大两性花频率下降（r=?0.846, p ≤ 0.05）、雄花上升（r=0.934, p ≤ 0.01），各花序雄花均多于两性花。2.3 资源限制对花性别表达的影响：施肥处理使两性花比例由12.72±0.78%升至19.26±3.06%；疏蕾保留第一花芽处理使两性花比例由6.87±1.62%升至25.00±6.60%，显著提高第一花芽发育为两性花的概率。2.4 花粉生产、活力与花粉移除率：两性花花药数、花粉数和胚珠数高于雄花，雄花P/O ratio（pollen/ovule ratio，花粉/胚珠比）更高；两种花花粉活力均在48 h达峰，雄花早期较高、两性花72/96 h较高，120 h两性花最低；花粉移除比例无显著差异。2.5 花部报酬与访问频率：两性花花蜜约7.26±1.23 μL，近雄花2.59±0.44 μL的三倍；A. mellifera和I. scutellaris为传粉者；两性花总访问频率和停留时间更高，A. mellifera偏好两性花，I. scutellaris无偏好。2.6 两种花型的生殖能力：控制授粉显示雄花在任何处理下均不能结实，确认雌性不育；两性花坐果率处理间显著，辅助授粉最高83.26±0.81%，去雄自然授粉最低43.60±2.04%，自交63.15±0.83%，两性花×雄花64.19±1.65%，自然授粉50.88±0.88%，反交无果；种子数和结籽率无差异。
讨论总结：讨论认为，石榴在喀什表现为稳定的功能雄花两性花同株，形态与组织学特征与Wetzstein et al.描述一致；两性花在形态、生物量及雌蕊投入上占优，雄花向花瓣、花萼和雄蕊分配更多，胚珠退化，较高P/O ratio符合雄功能资源优化。两性花先开、花期推进后雄花比例上升、花序增大雄花增多，施肥和疏蕾提高两性花比例，支持资源可用性影响性别决定，符合最优资源再分配假说；雄花可能为资源节约策略，但未测土壤或叶片养分。传粉方面，四种昆虫访花，仅A. mellifera和I. scutellaris携粉认定为传粉者；两性花寿命长、花蜜多、访问多，雄花雌性不育但花粉可育；自交坐果高于自然授粉提示生殖保障，自然授粉低于手授提示花粉限制，种子数无差异。生态进化意义方面，结果支持最优资源再分配假说但不排除花粉捐赠贡献；雄花吸引功能有限，未做去除雄花实验直接检验；雄花更可能关联资源限制和发育花芽间资源竞争的表型结果；仅两性花坐果，雄花资源投入与果园产量相关，向两性花比例偏移的基因型或管理措施预期利于产量。Martínez et al.等报道花型比例受品种、年份、季节和位置影响，提示资源驱动性别表达强度需跨环境和基因型评估。雄花早期花粉活力较高但下降更快，雌蕊退化未完全阻断高初始活力花粉形成；花粉寿命受发育程序调控，需进一步研究雌蕊败育和花粉持久性的遗传或激素控制。研究局限为同树花非统计独立，GLMs未纳入树随机项，可能影响推断，未来可用GLMMs（generalized linear mixed models，广义线性混合模型）。
研究结论翻译：本研究结果与石榴典型功能雄花两性花同株性系统一致，其中雄花由两性花雌蕊退化形成，可能响应资源限制。这些雄花形态上退化，对雌性生殖结构投入极少；它们表现雌性不育，不能坐果，但产生能作为父本繁育后代的可育花粉。对性别表达时空格局的分析及资源操纵实验提供证据表明，资源供应增加与两性花产生增加相关，该模式与最优资源再分配假说一致。因此，雄花可能是对资源约束的资源节约型响应。雄花比例能否作为植物资源状态或环境胁迫的可靠指标，包括其在果园管理中指导施肥制度的潜在应用，尚需在不同环境和基因型中验证。从功能角度看，雄花产生的可育花粉有助于授粉，表明雄花不应必然视为完全产量损失。这些发现推进了对栽培果树雄花两性花同株的理解，并为石榴繁殖生物学和栽培研究提供基础。本研究局限之一是同一树采集的花在统计上不独立，因其共享微环境和资源供应；研究人员使用未含树身份随机项的GLMs，可能影响统计推断；未来研究可采用GLMMs处理聚类取样。
