狡黠的花朵 受骗的虫——昆明植物所揭示兰科植物传粉生态学机制
来源：科学时报 作者：张双虎 张雯雯 日期：2011-04-25
随着全球气候变化和人类社会的发展，生态系统功能下降和物种多样性减少已成为人类必须面对的重大问题。对栖息地依赖性很高的兰科植物，首先成为植物多样性保护中的“旗舰”类群。
在国家自然科学基金的资助下，中科院昆明植物研究所研究员李德铢和王红带领博士生任宗昕，对中国特有珍稀濒危植物毛瓣杓兰开展了传粉生态学研究。发现了兰科欺骗性传粉新机制，并确定了扁足蝇为其传粉昆虫。相关论文日前在线发表于美国《国家科学院院刊》（PNAS），并入选该杂志当期重点推荐。
兰科植物的“花招”
在自然条件下，植物传粉媒介主要有昆虫（包括蜜蜂、甲虫、蝇类和蛾等）和风。以昆虫为传粉媒介的植物通常花大、花被鲜艳，或者能分泌花蜜、产生芳香或其他特殊气味。从而吸引昆虫造访传粉。
虽然大多数开花植物利用花蜜的美味吸引昆虫授粉，但许多兰花品种却采取欺骗性手段引诱昆虫为其传粉。有些兰花使用所谓的食物欺骗，例如吊桶兰，其桶状的唇瓣就像是为传粉昆虫设下的圈套。吊桶兰从分泌腺分泌出糖浆液，引诱传粉昆虫，昆虫为甜汁液所吸引，在钻进花心时，就会滚到“吊桶”中，“吊桶”内又湿又黏，昆虫要想从中逃脱可要大费周章。等它从蕊柱基部出口挣扎出来时，身上已沾满出口处的花粉，带着花粉的昆虫又接着飞向其他花朵。
更为奇特的是，有的兰花利用性欺骗。它们开的花，看上去像雌性昆虫，从而吸引蜜蜂或黄蜂来授粉。雄性蜜蜂或黄蜂被兰花的雌性气味吸引而来，并试图与它交配。而且，不少昆虫比较健忘，这些曾经受过骗但求偶心切的雄蜂还会被另一朵兰花欺骗，带在它身上的花粉就会被送到后一朵花的柱头穴内。不知不觉中，这只愿为爱情赴汤蹈火的雄蜂就帮助兰花完成了授粉任务。
有近三分之一的兰科植物依赖于欺骗性传粉，这些兰花不为传粉昆虫提供任何形式的报酬，而是通过精巧的花部结构设计和花气味等拟态有报酬的花、雌性昆虫、昆虫栖息地、产卵地和大型真菌等，从而诱骗昆虫为其传粉。
任宗昕介绍说，兰科植物欺骗性传粉机制很多，归纳起来有如下几种方式：一是食源性拟态，即拟态同期开花的。同一地域内伴生的其他有报酬植物的花朵；二是性欺骗，一些兰花拟态雌性蜂，吸引雄性蜂去交配，从而达到传粉的目的；三是产卵地拟态，某些兰花拟态昆虫产卵的地方；四是栖息地拟态，一些兰花形态像昆虫的栖息地；五是求偶地拟态，这种拟态往往涉及到拟态大型子实体的真菌，为昆虫提供交配的场所；六是拟态蜜蜂的报警激素，吸引黄蜂传蜂。
“欺骗性传粉在兰科植物的物种分化、多样性形成和演化中起到重要作用。加强这方面的研究，会对兰科植物的多样性和保护生物学研究产生重要影响。”任宗昕说。
“装生病”的毛瓣杓兰
“我们研究的毛瓣杓兰是拟态被真菌感染的叶片，即‘装生病’，来吸引以真菌孢子为食的扁足蝇访问。”任宗昕说。
扁足蝇属双翅目扁足蝇科，其卵和幼虫在大型真菌的子实体上发育，幼虫以子实体为食，通过标记和观察研究，任宗昕等人在毛瓣杓兰上捕获的扁足蝇口器和身体的其他部位发现大量枝孢菌的菌丝和呈链状的分生孢子，表明扁足蝇成虫以真菌孢子为食。
“毛瓣杓兰叶片表面具有深褐色斑点，形似受真菌感染的霉斑。斑点中央的毛状体由多细胞组成，与枝孢菌串珠状的孢子相似，从而在视觉上吸引扁足蝇的访问。”任宗昕说，“同时，毛瓣杓兰的花发出似腐败叶子的气味，其中的异戊醇、2-乙基己醇和正己醇普遍存在于枝孢菌的挥发物成分中，异戊醇为典型霉菌的气味成分。毛瓣杓兰不为扁足蝇提供任何形式的报酬，带斑点的叶片和花气味拟态被枝孢菌感染的叶片，从而达到诱骗扁足蝇传粉的目的，这在有花植物的传粉中是一种全新的拟态方式。”
“由此可见，毛瓣杓兰对扁足蝇有很高依赖性，这个特化传粉系统使得该种兰花有较高的灭绝风险，应该进行原生地保护。”任宗昕说。
美国《国家科学院院刊》审稿专家认为，这项研究是“传粉生态学一个令人兴奋的发现，为传粉昆虫谱增加了一个新的类群，其中叶片参与拟态过程令人称奇；该研究揭示了一种新的欺骗性传粉机制，这种拟态方式可能在兰科植物的食物拟态和真菌拟态中架起一座桥梁”。
药山4年
药山是乌蒙山脉向东北延伸的山体，位于金沙江流域川滇黔交界的云南东北部巧家县境内。药山在植物分布区类型划分中属于中国—喜马拉雅森林植物亚区和中国—日本森林植物亚区的结合带，处于华中地区和云南高原之间。
毛瓣杓兰是国家二级保护植物，药山国家级自然保护区有100多株。从2007年春季开始，任宗昕等人在药山样地展开研究。由于毛瓣杓兰散布在陡峭的石灰岩上，标记和观察每一个植株都非常困难。
“我只能用心记住每个植株的位置，甚至要记住到达那个植株需要抓哪个树枝、踩哪块石头。观察昆虫也非常困难，有些观察点没有立足的位置，只能靠住树干站稳，一天工作下来非常疲劳。”任宗昕说。
由于交通不便，研究人员在山上一待就是两个月。那里没有都市的繁华和喧嚣，没有商场、超市，没有网吧、影院。研究工作开展期间，他们住农民家里，以洋芋为主食，每天只能与花草虫鸟为伴。
“我们每年在药山研究样地工作2个月，因为没有通公路（去年刚修通一条土路），都是从昆明到药山镇乡，走路或者坐马车上山。山上没有手机信号，给手机充电也要走1个半小时的山路。每次只能爬到半山腰，在有信号的地方打开手机，给家人、朋友和导师报个平安。”任宗昕说。
毛瓣杓兰奇特的拟态机制，涉及到植物、昆虫和真菌等相关的背景知识。而任宗昕的研究背景是植物学，对昆虫行为和真菌缺乏了解，只能与相关的科研人员进行请教和交流。4年来，导师李德铢和另一位研究员王红给了任宗昕很大支持和鼓励。
“他们像父母一样带着我，给予我指导和鼓励，使我能一直坚持下来。2010年开始，圣路易斯大学的Peter Bernhardt教授加入到我的工作中，跟他的讨论使我们的研究思路更加清晰。因此，我非常感谢他们。” 任宗昕说。
在国家自然科学基金的资助下，中科院昆明植物研究所研究员李德铢和王红带领博士生任宗昕，对中国特有珍稀濒危植物毛瓣杓兰开展了传粉生态学研究。发现了兰科欺骗性传粉新机制，并确定了扁足蝇为其传粉昆虫。相关论文日前在线发表于美国《国家科学院院刊》（PNAS），并入选该杂志当期重点推荐。
兰科植物的“花招”
在自然条件下，植物传粉媒介主要有昆虫（包括蜜蜂、甲虫、蝇类和蛾等）和风。以昆虫为传粉媒介的植物通常花大、花被鲜艳，或者能分泌花蜜、产生芳香或其他特殊气味。从而吸引昆虫造访传粉。
虽然大多数开花植物利用花蜜的美味吸引昆虫授粉，但许多兰花品种却采取欺骗性手段引诱昆虫为其传粉。有些兰花使用所谓的食物欺骗，例如吊桶兰，其桶状的唇瓣就像是为传粉昆虫设下的圈套。吊桶兰从分泌腺分泌出糖浆液，引诱传粉昆虫，昆虫为甜汁液所吸引，在钻进花心时，就会滚到“吊桶”中，“吊桶”内又湿又黏，昆虫要想从中逃脱可要大费周章。等它从蕊柱基部出口挣扎出来时，身上已沾满出口处的花粉，带着花粉的昆虫又接着飞向其他花朵。
更为奇特的是，有的兰花利用性欺骗。它们开的花，看上去像雌性昆虫，从而吸引蜜蜂或黄蜂来授粉。雄性蜜蜂或黄蜂被兰花的雌性气味吸引而来，并试图与它交配。而且，不少昆虫比较健忘，这些曾经受过骗但求偶心切的雄蜂还会被另一朵兰花欺骗，带在它身上的花粉就会被送到后一朵花的柱头穴内。不知不觉中，这只愿为爱情赴汤蹈火的雄蜂就帮助兰花完成了授粉任务。
有近三分之一的兰科植物依赖于欺骗性传粉，这些兰花不为传粉昆虫提供任何形式的报酬，而是通过精巧的花部结构设计和花气味等拟态有报酬的花、雌性昆虫、昆虫栖息地、产卵地和大型真菌等，从而诱骗昆虫为其传粉。
任宗昕介绍说，兰科植物欺骗性传粉机制很多，归纳起来有如下几种方式：一是食源性拟态，即拟态同期开花的。同一地域内伴生的其他有报酬植物的花朵；二是性欺骗，一些兰花拟态雌性蜂，吸引雄性蜂去交配，从而达到传粉的目的；三是产卵地拟态，某些兰花拟态昆虫产卵的地方；四是栖息地拟态，一些兰花形态像昆虫的栖息地；五是求偶地拟态，这种拟态往往涉及到拟态大型子实体的真菌，为昆虫提供交配的场所；六是拟态蜜蜂的报警激素，吸引黄蜂传蜂。
“欺骗性传粉在兰科植物的物种分化、多样性形成和演化中起到重要作用。加强这方面的研究，会对兰科植物的多样性和保护生物学研究产生重要影响。”任宗昕说。
“装生病”的毛瓣杓兰
“我们研究的毛瓣杓兰是拟态被真菌感染的叶片，即‘装生病’，来吸引以真菌孢子为食的扁足蝇访问。”任宗昕说。
扁足蝇属双翅目扁足蝇科，其卵和幼虫在大型真菌的子实体上发育，幼虫以子实体为食，通过标记和观察研究，任宗昕等人在毛瓣杓兰上捕获的扁足蝇口器和身体的其他部位发现大量枝孢菌的菌丝和呈链状的分生孢子，表明扁足蝇成虫以真菌孢子为食。
“毛瓣杓兰叶片表面具有深褐色斑点，形似受真菌感染的霉斑。斑点中央的毛状体由多细胞组成，与枝孢菌串珠状的孢子相似，从而在视觉上吸引扁足蝇的访问。”任宗昕说，“同时，毛瓣杓兰的花发出似腐败叶子的气味，其中的异戊醇、2-乙基己醇和正己醇普遍存在于枝孢菌的挥发物成分中，异戊醇为典型霉菌的气味成分。毛瓣杓兰不为扁足蝇提供任何形式的报酬，带斑点的叶片和花气味拟态被枝孢菌感染的叶片，从而达到诱骗扁足蝇传粉的目的，这在有花植物的传粉中是一种全新的拟态方式。”
“由此可见，毛瓣杓兰对扁足蝇有很高依赖性，这个特化传粉系统使得该种兰花有较高的灭绝风险，应该进行原生地保护。”任宗昕说。
美国《国家科学院院刊》审稿专家认为，这项研究是“传粉生态学一个令人兴奋的发现，为传粉昆虫谱增加了一个新的类群，其中叶片参与拟态过程令人称奇；该研究揭示了一种新的欺骗性传粉机制，这种拟态方式可能在兰科植物的食物拟态和真菌拟态中架起一座桥梁”。
药山4年
药山是乌蒙山脉向东北延伸的山体，位于金沙江流域川滇黔交界的云南东北部巧家县境内。药山在植物分布区类型划分中属于中国—喜马拉雅森林植物亚区和中国—日本森林植物亚区的结合带，处于华中地区和云南高原之间。
毛瓣杓兰是国家二级保护植物，药山国家级自然保护区有100多株。从2007年春季开始，任宗昕等人在药山样地展开研究。由于毛瓣杓兰散布在陡峭的石灰岩上，标记和观察每一个植株都非常困难。
“我只能用心记住每个植株的位置，甚至要记住到达那个植株需要抓哪个树枝、踩哪块石头。观察昆虫也非常困难，有些观察点没有立足的位置，只能靠住树干站稳，一天工作下来非常疲劳。”任宗昕说。
由于交通不便，研究人员在山上一待就是两个月。那里没有都市的繁华和喧嚣，没有商场、超市，没有网吧、影院。研究工作开展期间，他们住农民家里，以洋芋为主食，每天只能与花草虫鸟为伴。
“我们每年在药山研究样地工作2个月，因为没有通公路（去年刚修通一条土路），都是从昆明到药山镇乡，走路或者坐马车上山。山上没有手机信号，给手机充电也要走1个半小时的山路。每次只能爬到半山腰，在有信号的地方打开手机，给家人、朋友和导师报个平安。”任宗昕说。
毛瓣杓兰奇特的拟态机制，涉及到植物、昆虫和真菌等相关的背景知识。而任宗昕的研究背景是植物学，对昆虫行为和真菌缺乏了解，只能与相关的科研人员进行请教和交流。4年来，导师李德铢和另一位研究员王红给了任宗昕很大支持和鼓励。
“他们像父母一样带着我，给予我指导和鼓励，使我能一直坚持下来。2010年开始，圣路易斯大学的Peter Bernhardt教授加入到我的工作中，跟他的讨论使我们的研究思路更加清晰。因此，我非常感谢他们。” 任宗昕说。