薜荔榕小蜂對(duì)薜荔和愛(ài)玉子雌花期榕果揮發(fā)物的行為反應(yīng)

楊 升, 陳友鈴,吳文珊,*,陳曉娟,包甜甜,葉潔芬,宋天宇,吳怡祾,周蓮香,曾喜育

1 福建師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,福建省發(fā)育與神經(jīng)學(xué)生物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，福州 350117 2 臺(tái)灣大學(xué)生態(tài)學(xué)與演化生物學(xué)研究所,臺(tái)北 10617 3 臺(tái)灣中興大學(xué)森林與自然資源學(xué)系,臺(tái)中 60004

薜荔榕小蜂對(duì)薜荔和愛(ài)玉子雌花期榕果揮發(fā)物的行為反應(yīng)

楊 升1, 陳友鈴1,吳文珊1,*,陳曉娟1,包甜甜1,葉潔芬1,宋天宇1,吳怡祾1,周蓮香2,曾喜育3

1 福建師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,福建省發(fā)育與神經(jīng)學(xué)生物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，福州 350117 2 臺(tái)灣大學(xué)生態(tài)學(xué)與演化生物學(xué)研究所,臺(tái)北 10617 3 臺(tái)灣中興大學(xué)森林與自然資源學(xué)系,臺(tái)中 60004

薜荔和愛(ài)玉子均屬雌雄異株?？崎艑僦参?兩者互為原變種與變種的關(guān)系,分別與薜荔傳粉小蜂和愛(ài)玉子傳粉小蜂(二者互為隱存種)建立了專性共生關(guān)系,榕樹(shù)榕果揮發(fā)物在維系傳粉小蜂與其寄主的共生關(guān)系上起著重要作用。利用Y型嗅覺(jué)儀測(cè)定薜荔榕小蜂(薜荔和愛(ài)玉子的傳粉小蜂)對(duì)薜荔和愛(ài)玉子雌花期榕果揮發(fā)物的行為反應(yīng)。結(jié)果表明：(1)雌花期果型的大小對(duì)薜荔榕小蜂行為反應(yīng)無(wú)顯著影響,薜荔大、小果型雌花期雌(雄)榕果揮發(fā)物對(duì)其傳粉小蜂均具有強(qiáng)烈的吸引作用；(2)榕果揮發(fā)物濃度影響薜荔榕小蜂行為反應(yīng),薜荔、愛(ài)玉子雌花期雌(雄)榕果揮發(fā)物對(duì)其傳粉小蜂的吸引作用均可能存在閾值反應(yīng),即榕果揮發(fā)物濃度未超過(guò)閾值時(shí),雌花期榕果揮發(fā)物對(duì)傳粉小蜂的吸引作用與揮發(fā)物濃度成正相關(guān)關(guān)系,而一旦超過(guò)閾值,榕果揮發(fā)物對(duì)傳粉蜂的吸引作用顯著下降,表明寄主榕果揮發(fā)物濃度影響傳粉小蜂的寄主定位；(3)薜荔傳粉小蜂對(duì)低濃度愛(ài)玉子雌花期雌(雄)榕果揮發(fā)物、愛(ài)玉子傳粉小蜂對(duì)低濃度薜荔雌花期雌(雄)榕果揮發(fā)物均既無(wú)趨向也無(wú)驅(qū)避行為；薜荔傳粉小蜂對(duì)高濃度的愛(ài)玉子雌花期雌(雄)榕果揮發(fā)物表現(xiàn)為顯著的驅(qū)避行為,而愛(ài)玉子傳粉小蜂對(duì)高濃度薜荔雌(雄)雌花期榕果揮發(fā)物表現(xiàn)為顯著的趨向行為,因此,薜荔傳粉小蜂與愛(ài)玉子傳粉小蜂存在寄主專一性不對(duì)稱現(xiàn)象,愛(ài)玉子傳粉小蜂進(jìn)入薜荔雌(雄)果內(nèi)傳粉或產(chǎn)卵的可能性較大,而福州地區(qū)的薜荔傳粉小蜂可能難以進(jìn)入愛(ài)玉子雌(雄)果內(nèi)傳粉或產(chǎn)卵。本研究結(jié)果將為榕-蜂共生體系的化學(xué)生態(tài)學(xué)理論研究以及愛(ài)玉子栽培提供科學(xué)依據(jù)。

雌雄異株；雌花期；變種；隱存種；Y型嗅覺(jué)儀

薜荔[FicuspumilaL. var.pumila(FPP)]為雌雄異株?？崎艑匍艠?shù),主要分布于我國(guó)長(zhǎng)江以南地區(qū),如福建、臺(tái)灣、江西、浙江、江蘇、安徽、湖南以及四川等地,日本和越南北部也有自然分布,廣泛應(yīng)用于城市園林綠化[1]。愛(ài)玉子[FicuspumilaL. var.awketosang(Makino)Corner(FPA)]是我國(guó)特有榕屬植物,模式產(chǎn)地為臺(tái)灣[1],在福建、浙江等地均有少量的自然分布[2],是一種具有較高經(jīng)濟(jì)價(jià)值的特種果樹(shù),目前在臺(tái)灣以及大陸長(zhǎng)江以南地區(qū)廣為栽培[3]。

薜荔主要分布于低海拔地區(qū),而愛(ài)玉子主要分布于海拔高于800 m的山地[4],陳勇等[5]在福建寧德低海拔地區(qū)有發(fā)現(xiàn)野生愛(ài)玉子和薜荔同域分布現(xiàn)象。薜荔與愛(ài)玉子植株形態(tài)相似,僅在葉型和隱花果(榕果)形態(tài)上有些差異[6]。林贊標(biāo)等[4]對(duì)薜荔和愛(ài)玉子果膠酯酶的化學(xué)特性進(jìn)行研究,結(jié)果表明愛(ài)玉子的果膠甲酯酶活性為95.8個(gè)活性單位,有兩個(gè)亞型；而薜荔的果膠酯酶僅為4.8個(gè)單位,只有一個(gè)亞型,暗示薜荔和愛(ài)玉子可能是親緣關(guān)系很近的兩個(gè)不同的種；隨著分子生物學(xué)技術(shù)的發(fā)展,分子標(biāo)記技術(shù)被廣泛應(yīng)用于到物種鑒定。李和惠[7]利用3個(gè)分子標(biāo)記[葉綠體基因體中的trnT-trnL基因區(qū)間、核內(nèi)硝酸鹽還原酶基因的第三個(gè)內(nèi)含子(NIA-i3)以及核糖體的內(nèi)28S至5.8S間的轉(zhuǎn)錄區(qū)間 (ITS II)]對(duì)薜荔及愛(ài)玉子進(jìn)行遺傳分析,結(jié)果顯示薜荔與愛(ài)玉子并沒(méi)有發(fā)生種間分化；Wang等[8]發(fā)現(xiàn)薜荔傳粉小蜂和愛(ài)玉子小蜂均能夠給薜荔授粉,且薜荔和愛(ài)玉子細(xì)胞核基因存在重疊部分,說(shuō)明兩者可能存在基因交流；江少華[9]通過(guò)薜荔與愛(ài)玉子種間交叉授粉試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)薜荔與愛(ài)玉子能夠雜交產(chǎn)生可育后代,盡管雜交后代繁育能力下降,但依然能夠說(shuō)明兩者可以進(jìn)行基因交流。基于Stuessy[10]判斷原種與變種的3個(gè)標(biāo)準(zhǔn),現(xiàn)在人們普遍認(rèn)為薜荔與愛(ài)玉子為原變種與變種的關(guān)系。

薜荔與愛(ài)玉子的傳粉小蜂由于形態(tài)極為相似,一直被認(rèn)為是同一種榕小蜂即薜荔榕小蜂[Wiebesiapumilae(Hill) Wiebes ][4, 11- 12]。然而,近年來(lái)分子生物學(xué)、繁殖生態(tài)學(xué)以及形態(tài)學(xué)大量證據(jù)表明,薜荔傳粉小蜂和愛(ài)玉子傳粉可能是兩個(gè)種或互為隱存種：李和惠[7]和吳文珊等[13]利用線粒體Cytb 及COI 基因部分序列對(duì)薜荔傳粉蜂和愛(ài)玉子傳粉蜂進(jìn)行遺傳分析,結(jié)果表明二者遺傳結(jié)構(gòu)達(dá)到種間分化水平。Wang等[8]對(duì)薜荔傳粉蜂與愛(ài)玉子傳粉蜂的mtCOI、延長(zhǎng)因子Ⅰ的第一個(gè)內(nèi)含子序列352個(gè)堿基(EF1-i1)以及12個(gè)核微衛(wèi)星位點(diǎn)進(jìn)行遺傳分析,結(jié)果發(fā)現(xiàn)兩種傳粉蜂的mtCOI存在較大的遺傳分化,且核標(biāo)記基因沒(méi)有重疊部分,認(rèn)為兩者是不同種榕小蜂。陳勇等[5]對(duì)福建寧德野生愛(ài)玉子與薜荔進(jìn)行生活史的物候觀察,發(fā)現(xiàn)薜荔和愛(ài)玉子花期不遇,兩者的傳粉小蜂已經(jīng)形成生殖隔離；江少華[9]通過(guò)對(duì)薜荔傳粉蜂和愛(ài)玉子傳粉蜂進(jìn)行顯微以及亞顯微形態(tài)學(xué)觀察,發(fā)現(xiàn)兩者存在12個(gè)雌性特征以及5個(gè)雄性特征差異。Chen等[14]通過(guò)mtDNA COI假基因及核DNA微衛(wèi)星對(duì)我國(guó)薜荔分布范圍內(nèi)的薜荔榕小蜂進(jìn)行遺傳分析,認(rèn)為薜荔榕小蜂存在3個(gè)隱存種,分別為Wiebesiaspp.1,2和3,臺(tái)灣愛(ài)玉子傳粉小蜂屬于Wiebesiaspp.3。綜上所述,目前人們認(rèn)為薜荔傳粉小蜂和愛(ài)玉子傳粉小蜂為形態(tài)相似,而遺傳結(jié)構(gòu)具有明顯差異的隱存種。

榕小蜂壽命通常只有2—3 d,因此準(zhǔn)確、及時(shí)的找到處于雌花期的寄主榕果對(duì)榕-蜂共生關(guān)系的維持、穩(wěn)定具有重要作用[15]。研究發(fā)現(xiàn),榕小蜂視覺(jué)功能有限[16],主要是依靠發(fā)達(dá)的觸角感覺(jué)器,感知榕樹(shù)釋放揮發(fā)物的組分及變化,實(shí)現(xiàn)對(duì)寄主榕果的精準(zhǔn)定位[17- 18]。目前研究人員主要利用Y型嗅覺(jué)生物儀測(cè)試榕小蜂對(duì)揮發(fā)性化學(xué)信號(hào)的行為反應(yīng)[19- 20]。Yokoyama[21]發(fā)現(xiàn)親緣關(guān)系較近的兩種榕樹(shù)(Ficusnishimurae和F.boninsimae)的專性傳粉蜂對(duì)非寄主性雌花期榕果揮發(fā)物的行為反應(yīng)不同,F.nishimurae的傳粉小蜂能夠區(qū)分兩種榕樹(shù)雌花期榕果所釋放的化合物,而F.boninsimae的傳粉小蜂則不能區(qū)分,表明兩種傳粉小蜂對(duì)寄主存在專一性不對(duì)稱現(xiàn)象。雞嗦子榕的兩變種榕樹(shù)[F.semicordatavar.semicordata和F.semicordatavar.montana]的傳粉小蜂對(duì)寄主榕果的揮發(fā)物同樣存在寄主專一性不對(duì)稱現(xiàn)象[19]。本研究以薜荔榕小蜂(含薜荔和愛(ài)玉子的傳粉小蜂)為測(cè)試對(duì)象,研究薜荔榕小蜂對(duì)薜荔和愛(ài)玉子雌花期榕果揮發(fā)物的行為反應(yīng),探究薜荔傳粉小蜂與愛(ài)玉子傳粉小蜂的寄主專性對(duì)稱性,探究二者之間交叉?zhèn)鞣鄣目赡苄浴?/p>

1 材料與方法

1.1 材料

薜荔傳粉小蜂(Wiebesiaspp. 2)和雌花期榕果采自福州國(guó)家森林公園(119°29′E,26°15′W)的薜荔植株,愛(ài)玉子傳粉小蜂(Wiebesiaspp. 3)和雌花期榕果采自福建愛(ài)玉子栽培園(118°55′E,25°31′W)。采集接近出蜂的花序,用100目紗網(wǎng)袋套袋,帶回實(shí)驗(yàn)室水培觀察,待其出蜂。選取當(dāng)日出飛的活力強(qiáng)健的小蜂用于實(shí)驗(yàn)。

1.2 方法

1.2.1 雌花期薜荔雌(雄)榕果果型區(qū)分

采樣期間,我們觀察到同株雌花期薜荔雌(雄)榕果果徑差別較大,將之區(qū)分為大、小兩種果型,其特征見(jiàn)表1。

表1 不同發(fā)育程度雌花期薜荔雌(雄)榕果體型比較

1.2.2行為反應(yīng)的測(cè)定方法以及處理組設(shè)置[3]

采用自行設(shè)計(jì)的玻璃Y型嗅覺(jué)儀測(cè)定榕小蜂對(duì)薜荔以及愛(ài)玉子雌花期榕果揮發(fā)物的行為反應(yīng)。Y 型嗅覺(jué)儀臂長(zhǎng)20 cm,內(nèi)徑1 cm,兩臂夾角90°,柄長(zhǎng)15 cm,管柄上離夾角10 cm處連接有5 cm長(zhǎng)的釋放管。每個(gè)管臂用Teflon管各接一味源瓶,進(jìn)入味源瓶的空氣先經(jīng)活性炭過(guò)濾后再進(jìn)入蒸餾水加濕瓶以凈化和潤(rùn)濕空氣,管柄接真空泵,調(diào)節(jié)抽氣速率為100—150 mL/min。實(shí)驗(yàn)在完全遮光的室內(nèi)進(jìn)行。頂燈為3支40W平行燈管,室溫(25 ± 2)℃,濕度70%—75%。將待測(cè)雌蜂單個(gè)從釋放管放入Y型嗅覺(jué)儀的管柄,觀察其在5 min內(nèi)對(duì)兩臂中連接的味源瓶的選擇反應(yīng)。判斷標(biāo)準(zhǔn)如下：當(dāng)小蜂爬至超過(guò)某臂的3 cm處,并持續(xù)1 min 以上,則認(rèn)為小蜂對(duì)該臂的揮發(fā)物作出了選擇；若小蜂在給定時(shí)間內(nèi)沒(méi)有做出選擇的則記為無(wú)反應(yīng),并從分析數(shù)據(jù)中剔除。每處理組測(cè)30只小蜂,重復(fù)6次[3]。每測(cè)定 3 只小蜂,調(diào)換兩臂方向,每處理組測(cè)定分5 d 進(jìn)行(即每組合每天測(cè) 6 只小蜂)。每處理組測(cè)定完畢須更換Y 型管、味源瓶和連接管,并用乙醇和雙蒸水清洗并在 100℃ 恒溫干燥箱中烘干30 min。

果芽形成時(shí),對(duì)果芽進(jìn)行標(biāo)記和跟蹤觀察,在果芽發(fā)育至A末期時(shí)用100目紗網(wǎng)袋進(jìn)行套袋,待花序發(fā)育進(jìn)入雌花期(套袋外停集有傳粉小蜂,或可聞到花序氣味時(shí)),采集花序用于實(shí)驗(yàn)。薜荔傳粉蜂對(duì)不同發(fā)育程度的薜荔雌花期雌(雄)榕果揮發(fā)物行為反應(yīng)處理設(shè)置見(jiàn)表2,以大、小果型雌花期薜荔雌(雄)榕果4種味源(果實(shí)個(gè)數(shù)分別為1、2、3和4個(gè))與潔凈空氣對(duì)照進(jìn)行單味源實(shí)驗(yàn),以大、小果型雌花期薜荔雌(雄)榕果4種味源進(jìn)行兩兩對(duì)照的雙味源實(shí)驗(yàn),分別測(cè)試了薜荔傳粉蜂對(duì)24種處理組揮發(fā)物的行為反應(yīng)。

表2薜荔傳粉蜂對(duì)不同發(fā)育程度薜荔雌花期雌(雄)榕果揮發(fā)物行為反應(yīng)實(shí)驗(yàn)處理組設(shè)置

Table2SetsofbehaviouraltestsofFPPpollinatingwaspstothefemaleormalereceptivephasefigvolatilesofdifferentdevelopmentstatesofFicuspumilaL.var.pumila

處理組Treatments味源ⅠOdourⅠ個(gè)數(shù)Number味源ⅡOdourⅡ個(gè)數(shù)Number1/2/3/4大果型雌果1/2/3/4潔凈空氣5/6/7/8小果型雌果1/2/3/4潔凈空氣9/10/11/12大果型雄果1/2/3/4潔凈空氣13/14/15/16小果型雄果1/2/3/4潔凈空氣17/18/19/20小果型雌果1/2/3/4大果型雌果1/2/3/421/22/23/24小果型雄果1/2/3/4大果型雄果1/2/3/4

表中處理組序號(hào)與個(gè)數(shù)依次對(duì)應(yīng)(表3—表5同此)

薜荔傳粉蜂對(duì)愛(ài)玉子雌花期雌(雄)榕果揮發(fā)物行為反應(yīng)處理設(shè)置見(jiàn)表3,以雌花期薜荔雌(雄)榕果2種味源與潔凈空氣對(duì)照進(jìn)行單味源實(shí)驗(yàn),以雌花期薜荔雌(雄)榕果2種味源進(jìn)行兩兩對(duì)照的雙味源實(shí)驗(yàn),分別測(cè)試了薜荔傳粉蜂對(duì)9種處理組揮發(fā)物的行為反應(yīng)。

表3薜荔傳粉蜂對(duì)愛(ài)玉子雌花期雌(雄)榕果揮發(fā)物行為反應(yīng)實(shí)驗(yàn)處理組設(shè)置

Table3SetsofbehaviouraltestsofpollinatingwaspsofFPPtothefemaleormalereceptivephasefigvolatilesofFicuspumilaL.var.awketosang(Makino)Corner

處理組Treatments味源ⅠOdourⅠ個(gè)數(shù)Number味源ⅡOdourⅡ個(gè)數(shù)Number1/2/3雌花期雌果2/4/6潔凈空氣4/5/6雌花期雄果2/4/6潔凈空氣7/8/9雌花期雄果2/4/6雌花期雌果2/4/6

愛(ài)玉子傳粉蜂對(duì)愛(ài)玉子雌花期雌(雄)榕果揮發(fā)物行為反應(yīng)處理設(shè)置見(jiàn)表4,以雌花期愛(ài)玉子雌(雄)榕果2種味源與潔凈空氣對(duì)照進(jìn)行單味源實(shí)驗(yàn),分別測(cè)試了愛(ài)玉子傳粉蜂對(duì)8種處理組揮發(fā)物的行為反應(yīng)。

愛(ài)玉子傳粉蜂對(duì)薜荔雌花期雌(雄)榕果揮發(fā)物行為反應(yīng)處理設(shè)置見(jiàn)表5,以雌花期薜荔雌(雄)榕果2種味源與潔凈空氣對(duì)照進(jìn)行單味源實(shí)驗(yàn),以雌花期薜荔雌(雄)榕果2種味源進(jìn)行兩兩對(duì)照的雙味源實(shí)驗(yàn),分別測(cè)試了愛(ài)玉子傳粉蜂對(duì)9種處理組揮發(fā)物的行為反應(yīng)。

表4愛(ài)玉子傳粉蜂對(duì)愛(ài)玉子雌花期雌(雄)榕果揮發(fā)物反應(yīng)實(shí)驗(yàn)處理組設(shè)置

Table4SetsofbehaviouraltestsofpollinatingwaspsofFPAtothefemaleormalereceptivephasefigvolatilesofFicuspumilaL.var.awketosang(Makino)Corner

處理組Treatments味源ⅠOdourⅠ個(gè)數(shù)Number味源ⅡOdourⅡ個(gè)數(shù)Number1/2/3/4雌花期雌果1/2/3/4潔凈空氣5/6/7/8雌花期雄果1/2/3/4潔凈空氣

表5 愛(ài)玉子傳粉蜂對(duì)薜荔雌花期雌(雄)榕果揮發(fā)物行為反應(yīng)實(shí)驗(yàn)處理設(shè)置

1.3 數(shù)據(jù)處理分析

2 結(jié)果與分析

2.1 薜荔傳粉蜂對(duì)薜荔雌花期雌(雄)榕果揮發(fā)物的行為反應(yīng)

薜荔傳粉蜂對(duì)不同發(fā)育程度的雌花期薜荔雌、雄花序揮發(fā)物的行為反應(yīng)結(jié)果見(jiàn)圖1,數(shù)據(jù)表明：(1)薜荔大、小果型雌花期雌、雄花序揮發(fā)物對(duì)其傳粉蜂均具有吸引作用,雌花期花序揮發(fā)物濃度對(duì)傳粉蜂的行為反應(yīng)影響顯著,在一定濃度范圍內(nèi),花序揮發(fā)物對(duì)薜荔傳粉蜂的吸引力與花序揮發(fā)物濃度成正相關(guān)關(guān)系,當(dāng)揮發(fā)物濃度增加到某一閾值,花序揮發(fā)物對(duì)薜荔傳粉蜂的吸引力顯著降低。(2)單味源實(shí)驗(yàn)中,數(shù)量較少的小果型花序(味源為1—2個(gè)花序時(shí))對(duì)其傳粉蜂的吸引作用顯著高于數(shù)量較多的小果型花序(味源為3—4個(gè)花序時(shí)),而在以大果型花序?yàn)椴牧系膶?shí)驗(yàn)中,當(dāng)味源為2—3個(gè)花序時(shí),對(duì)其傳粉蜂的吸引作用顯著高于其他組,由此推測(cè)單個(gè)小果型釋放的花序揮發(fā)物濃度可能高于大果型花序。雙味源實(shí)驗(yàn)中,味源為1個(gè)果時(shí),小果型雄花序揮發(fā)物對(duì)傳粉蜂的吸引作用顯著高于大果型雄花序(另3個(gè)實(shí)驗(yàn)組無(wú)顯著差異),該結(jié)果支持上述推測(cè)。味源為3個(gè)花序時(shí),小果型雌花序揮發(fā)物對(duì)傳粉蜂的吸引作用極顯著低于大果型雌花序(另3個(gè)實(shí)驗(yàn)組無(wú)顯著差異),這可能是由于單個(gè)揮發(fā)物濃度較高的小果型花序,在味源數(shù)量增加到3個(gè)時(shí),因揮發(fā)物濃度超過(guò)閾值,故對(duì)小蜂的吸引力較小,而單個(gè)揮發(fā)物濃度較低的大果型花序,在味源數(shù)量增加到3個(gè)時(shí),其揮發(fā)物對(duì)小蜂仍保持較高的吸引力的緣故。(3)對(duì)單味源實(shí)驗(yàn)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行非參數(shù)卡方檢驗(yàn),結(jié)果表明大、小果型的雌花序揮發(fā)物對(duì)薜荔傳粉蜂的吸引作用與其雄花序比較均無(wú)顯著差異(2=0.293,P=0.588；2=0.287,P=0.592),由此說(shuō)明傳粉蜂對(duì)雌、雄花序之間的選擇可能不存在偏向性,該結(jié)果支持雌、雄花在釋放揮發(fā)物上存在相互模擬的理論[22]。

圖1 薜荔傳粉蜂對(duì)不同發(fā)育程度薜荔雌花期雌(雄)果揮發(fā)物的行為反應(yīng)Fig.1 Behavior responses of pollinating wasps of FPP to the different developmetal states of female or male receptive phase of FPP fig volatiles數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤差。所得數(shù)據(jù)均經(jīng)2檢驗(yàn),*比較具有顯著差異(P<0.05),**比較具有極顯著差異(P<0.01),NS比較無(wú)顯著差異(P>0.05)；BFP(Big female phase female fig of FPP)：大果型雌花期薜荔雌果；SFP(Small female phase female fig of FPP)：小果型雌花期薜荔雌果；BMP(Big female phase female male fig of FPP)：大果型雌花期薜荔雄果；SMP(Small female phase male fig of FPP)：小果型雌花期薜荔雄果；CA(Clean air)：潔凈空氣對(duì)照；矩形框中的數(shù)字表示榕果數(shù)量

2.2 薜荔傳粉蜂對(duì)愛(ài)玉子雌花期雌(雄)榕果揮發(fā)物的行為反應(yīng)

薜荔傳粉蜂對(duì)愛(ài)玉子雌花期雌、雄花序揮發(fā)物的行為反應(yīng)測(cè)定結(jié)果見(jiàn)圖2,結(jié)果表明,(1)低濃度愛(ài)玉子雌花期花序揮發(fā)物(味源為2個(gè)花序時(shí))對(duì)薜荔傳粉蜂既無(wú)吸引也無(wú)驅(qū)避作用,而高濃度花序揮發(fā)物(味源為4、6個(gè)花序時(shí))對(duì)薜荔傳粉蜂具有極顯著的驅(qū)避作用,經(jīng)非參數(shù)卡方檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn),高濃度雌、雄花序揮發(fā)物對(duì)薜荔傳粉蜂的驅(qū)避作用無(wú)顯著差異(2=0.348,P=0.555；2=0.118,P=0.732),表明在一定濃度范圍內(nèi),花序揮發(fā)物濃度與薜荔傳粉蜂驅(qū)避作用成正相關(guān)關(guān)系,而一旦超過(guò)某一閾值,則與花序揮發(fā)物濃度無(wú)顯著的相關(guān)性。(2)對(duì)單味源實(shí)驗(yàn)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行非參數(shù)卡方檢驗(yàn),結(jié)果表明愛(ài)玉子雌花期雌、雄雌花序揮發(fā)物對(duì)薜荔傳粉蜂的驅(qū)避作用無(wú)顯著差異(2=0.098,P=0.775),由此說(shuō)明薜荔傳粉蜂對(duì)雌、雄花序之間的選擇可能不存在偏向性。雙味源實(shí)驗(yàn)中,薜荔傳粉蜂對(duì)雌、雄花序揮發(fā)物未表現(xiàn)出顯著的偏向性(2=0.015,P=0.903),該結(jié)果支持上述推測(cè)。

圖2 薜荔傳粉蜂對(duì)雌花期愛(ài)玉子雌(雄)榕果揮發(fā)物的行為反應(yīng)Fig.2 Behavior responses of pollinating wasps of FPP to the female or male receptive fig volatiles of FPA數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤差。所得數(shù)據(jù)均經(jīng)2檢驗(yàn),*表示比較具有顯著差異(P<0.05),**表示比較具有極顯著差異(P<0.01),NS表示比較無(wú)顯著差異(P>0.05)； FA(Female phase female fig of FPA)：雌花期愛(ài)玉子雌果, MA(Female phase male fig of FPA)：雌花期愛(ài)玉子雄果,CA：潔凈空氣對(duì)照

2.3 愛(ài)玉子傳粉蜂對(duì)愛(ài)玉子雌花期雌(雄)榕果揮發(fā)物的行為反應(yīng)

從圖3中可知,(1)與潔凈空氣比較,味源瓶中放入4個(gè)雌花期愛(ài)玉子雌、雄花序時(shí),愛(ài)玉子傳粉蜂既無(wú)顯著的吸引作用也無(wú)顯著的趨避作用；而放入1、2、3個(gè)雌花期愛(ài)玉子雌、雄花序時(shí),愛(ài)玉子傳粉蜂具有極顯著的吸引作用,這說(shuō)明愛(ài)玉子雌花期雌、雄花序揮發(fā)物濃度對(duì)愛(ài)玉子傳粉蜂的行為反應(yīng)具有顯著影響；(2)對(duì)單味源數(shù)據(jù)進(jìn)行非參數(shù)卡方檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn),愛(ài)玉子雌花期雌、雄花序揮發(fā)物對(duì)愛(ài)玉子傳粉蜂均有極顯著的吸引作用(2=72.900,P=0.000；2=92.564,P=0.000),此外,愛(ài)玉子雌花期雌、雄雌花序揮發(fā)物對(duì)愛(ài)玉子傳粉蜂的吸引作用無(wú)顯著差異(2=0.047,P=0.828),由此說(shuō)明愛(ài)玉子傳粉蜂對(duì)雌、雄花序之間的選擇可能不存在偏向性,該結(jié)果支持雌、雄花在釋放揮發(fā)物上存在相互模擬的理論[3]。

圖3 愛(ài)玉子傳粉蜂對(duì)愛(ài)玉子雌(雄)榕果揮發(fā)物的行為反應(yīng)Fig.3 Behavior responses of pollinating wasps of FPA to the female or male fig receptive volatiles of FPA數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤差。所得數(shù)據(jù)均經(jīng)2檢驗(yàn),*比較具有顯著差異(P<0.05),**比較具有極顯著差異(P<0.01),NS比較無(wú)顯著差異(P>0.05)；FA：雌花期愛(ài)玉子雌果, MA：雌花期愛(ài)玉子雄果,CA：潔凈空氣對(duì)照

2.4 愛(ài)玉子傳粉蜂對(duì)薜荔雌花期雌(雄)榕果揮發(fā)物的行為反應(yīng)

從圖4中可知,與潔凈空氣比較,低濃度雌花期薜荔雌、雄花序的揮發(fā)物(味源為2個(gè)花序時(shí))對(duì)愛(ài)玉子傳粉蜂既無(wú)吸引作用也無(wú)趨避作用,高濃度雌花期薜荔雌、雄花序揮發(fā)物(味源為4、6個(gè)花序時(shí))對(duì)愛(ài)玉子傳粉蜂具有顯著的吸引作用,經(jīng)非參數(shù)檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn),味源分別為4個(gè)和6個(gè)花序時(shí),其雌、雄揮發(fā)物對(duì)愛(ài)玉子傳粉蜂的吸引作用均無(wú)顯著差異(2=0.034,P=0.926；2=0.754,P=0.457),這說(shuō)明在一定濃度范圍內(nèi),花序揮發(fā)物濃度與愛(ài)玉子傳粉蜂吸引作用成正相關(guān)關(guān)系,而一旦超過(guò)某一閾值,則與花序揮發(fā)物濃度無(wú)顯著的相關(guān)性。對(duì)單位源實(shí)驗(yàn)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行非參數(shù)卡方檢驗(yàn),結(jié)果表明愛(ài)玉子雌花期雌、雄雌花序揮發(fā)物對(duì)薜荔傳粉蜂的吸引作用無(wú)顯著差異(2=0.002,P=1.000),由此說(shuō)明薜荔傳粉蜂對(duì)雌、雄花序之間的選擇可能不存在偏向性。雙味源實(shí)驗(yàn)中,薜荔傳粉蜂對(duì)雌、雄花序揮發(fā)物未表現(xiàn)出顯著的偏向性(2=0.013,P=0.954),該結(jié)果支持上述推測(cè)。

圖4 愛(ài)玉子傳粉蜂對(duì)雌花期薜荔雌(雄)榕果揮發(fā)物的行為反應(yīng)Fig.4 4 Behavior responses of pollinating wasps of FPA to the female or male receptive fig volatiles of FPP數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤差。所得數(shù)據(jù)均經(jīng)2檢驗(yàn),*表示比較具有顯著差異(P<0.05),**表示比較具有極顯著差異(P<0.01),NS表示比較無(wú)顯著差異(P>0.05)；FP：表示雌花期薜荔雌果,MP：表示雌花期薜荔雄果,CA：潔凈空氣對(duì)照

3 討論

3.1 薜荔與愛(ài)玉子蟲(chóng)媒交叉授粉的可能性

交叉行為反應(yīng)測(cè)定結(jié)果顯示：薜荔雌花期雌(雄)榕果揮發(fā)物對(duì)愛(ài)玉子傳粉蜂具有吸引作用,而愛(ài)玉子雌花期雌(雄)榕果揮發(fā)物對(duì)薜荔傳粉蜂具有驅(qū)避作用,表明愛(ài)玉子傳粉蜂可以實(shí)現(xiàn)對(duì)薜荔雌(雄)榕果的定位,而薜荔傳粉蜂可能難以實(shí)現(xiàn)對(duì)愛(ài)玉子雌(雄)榕果的定位,由此推測(cè),福建地區(qū)利用愛(ài)玉子傳粉蜂給薜荔雌花期雌果授粉具有可行性,而利用薜荔傳粉蜂給愛(ài)玉子雌花期雌果授粉的成功率較低。江少華[9]對(duì)臺(tái)灣地區(qū)的薜荔與愛(ài)玉子種間蟲(chóng)媒交叉接蜂授粉的研究結(jié)果表明：兩種傳粉小蜂對(duì)兩變種雌果揮發(fā)物沒(méi)有寄主偏好性的差異,但愛(ài)玉子傳粉蜂受薜荔雄果揮發(fā)物所吸引,而薜荔傳粉蜂不受愛(ài)玉子雄果揮發(fā)物吸引。顯然,薜荔傳粉蜂與愛(ài)玉子雌果之間的通訊關(guān)系,在臺(tái)灣和福州兩地存在差異。

研究表明冰期時(shí)薜荔在南嶺南北兩側(cè)可能均存在避難所,冰期后南嶺以北的薜荔種群向內(nèi)陸高緯度方向擴(kuò)散,南嶺以南的薜荔種群沿著南嶺-戴云山脈往高緯度方向擴(kuò)散[23]。隨著薜荔種群擴(kuò)散,與之共生的傳粉小蜂以更快的速度發(fā)生遺傳變異,形成3個(gè)隱存種：Wiebesiaspp.1、2和3。Wiebesiaspp.1主要分布于南嶺以北的擴(kuò)散路徑,W. spp.2主要分布于而南嶺以南的擴(kuò)散路徑,W. spp.3主要分布于臺(tái)灣和舟山群島[6, 14, 24]。劉敏等認(rèn)為分布于舟山群島的W. spp.3種群從W. spp.1種群演化而來(lái)(分子證據(jù)表明2者親緣關(guān)系較近,且分布區(qū)部分重疊[6])；W. spp.2種群在臺(tái)灣海峽形成時(shí),已與共生薜荔共存于臺(tái)灣島[6, 25],推測(cè)冰期后薜荔向高海拔擴(kuò)散形成愛(ài)玉子變種,同期W. spp.2種群分化出與愛(ài)玉子共生的W. spp.3種群,因此臺(tái)灣地區(qū)的W. spp.2與W. spp.3種群之間親緣關(guān)系較近,臺(tái)灣地區(qū)的薜荔和愛(ài)玉子之間依然存在花粉流,故在臺(tái)灣地區(qū)薜荔傳粉蜂能夠給愛(ài)玉子雌花期花序授粉[9],但大陸地區(qū)的W. spp.2種群因海峽隔絕,與愛(ài)玉子無(wú)基因交流,因此福建地區(qū)的W. spp.2種群無(wú)法識(shí)別愛(ài)玉子雌花期花序。

3.2 薜荔雌花期果型變化與揮發(fā)物釋放間的相關(guān)性

榕果內(nèi)小花發(fā)育成熟,標(biāo)志著榕果發(fā)育進(jìn)入雌花期[26],但隱頭果內(nèi)的花是次第開(kāi)放的,花成熟時(shí)才釋放揮發(fā)物,因此,在薜荔雌花期發(fā)育的過(guò)程中,果徑不斷增大,花次第開(kāi)放,榕果吸引小蜂的揮發(fā)物濃度不斷升高；當(dāng)隱頭果內(nèi)的花全部開(kāi)放時(shí),榕果內(nèi)揮發(fā)物的濃度也達(dá)到最高值；若有小蜂進(jìn)入榕果,被傳粉或產(chǎn)卵的花便改變釋放的揮發(fā)物的質(zhì)和量作為標(biāo)識(shí)驅(qū)避小蜂[3, 27],以免重復(fù)傳粉或產(chǎn)卵,造成能量與資源的浪費(fèi)；在薜荔果雌花期發(fā)育后期(本實(shí)驗(yàn)中的大果型),若無(wú)小蜂進(jìn)入榕果,果徑依然增大,以維持日漸閉合的苞口寬松度,確保小蜂能夠進(jìn)入果內(nèi),此時(shí),隨著小花的逐漸萎焉,吸引小蜂的揮發(fā)物濃度逐漸下降。若無(wú)小蜂進(jìn)入,雌花期薜荔果對(duì)薜荔傳粉小蜂大約能維持2周的吸引作用,本實(shí)驗(yàn)的大果型薜荔在3—4 d后掉落。綜上所述,榕果對(duì)小蜂的吸引力,應(yīng)是隨著雌花期隱頭果直徑增大呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì),Patel等人[28]在研究對(duì)葉榕(F.hispida)榕果發(fā)育過(guò)程中也發(fā)現(xiàn)了類似的結(jié)果。

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BehavioralresponsesofWiebesiapumilaetothefemalephasefigvolatilesofFicuspumilaL.var.pumilaandFicuspumilaL.var.awkeotsang

YANG Sheng1, CHEN Youling1, WU Wenshan1,*， CHEN Xiaojuan1, BAO Tiantian1,YE Jiefen1, SONG Tianyu1, WU Yiling1, CHOU Liensiang2, TZENG Hsyyu3

1ProvincialKeyLaboratoryforDevelopmentalBiologyandNeurosciences,CollegeofLifeScience,FujianNormalUniversity,Fuzhou350117,China2CollegeofLifeScience,TaiwanUniversity,Taipei10617,China3DepartmentofForestryandNaturalResources,Chung-HsingUniversity,Taichung60004,China

FicuspumilaL. var.pumila(FPP) andF.pumilaL. var.awkeotsang(Makino) Corner (FPA) are evergreen climbing dioecious fig plants, the relationship that between two kinds of fig trees is the original variant and variant. FPP and FPA are respectively pollinated by their own obligated pollinator, and the relationship between two pollinating wasps is determined by the cryptic species. FPP and FPA built obligate symbiotic relationships with their specific pollinating wasps. Figs volatiles play an important role in the maintenance of pollinating wasps and their host symbiotic relationship. Pollinating wasps can follow the volatiles of specific host female phase figs, and enter figs for oviposition and pollination. In this study, we used a Y-tube olfactometer to test the behavioral responses ofWiebesiapumilae(Hill) Wiebes, the pollinating wasps of FPP and FPA, to the female phase fig volatiles of FPP and FPA. The results showed that: (1) the size of female phase figs had no significant effect on the behavioral responses ofW.pumilae; both female and male receptive phases of large and small type figs of FFP volatiles had a strong attractiveness to its obligate pollinator; (2) the concentration of fig volatiles had a significant effect onW.pumilaebehavior, both female and male receptive phase figs of FPA and FPP volatiles had a threshold response phenomenon on their obligate pollinators; when the volatile concentrations did not exceed the threshold value with the increase in volatile concentration, the attraction of pollinators increased; however, if the volatile concentration exceeded the threshold value, the attraction of pollinators decreased; (3) the pollinating wasps of FPP to both female and male low concentration female phase fig volatiles of FPA and pollinating wasps of FPA to both male and female low concentration female phase figs volatiles of FPP were neither attracted nor deterred. The pollinating wasps of FPA showed significant preference for both male and female high concentration female phase fig volatiles of FPP, whereas the pollinator of FPP was deterred by both male and female high concentration phase figs volatiles of FPA. Therefore, the pollinating wasps of FPA and FPP showed asymmetric host specificity. It is possible that the pollinating wasps of FPA enter female and male phase figs of FPP for pollination and oviposition, respectively; however, in Fuzhou, it is difficult for the pollinating wasps of FPP to enter the female and male phase figs of FPA for pollination and oviposition, respectively. Our results will provide the scientific basis for the studies on chemical signaling mechanisms of fig-wasp mutualism and FPA cultivation.

dioecious; female phase; variant; cryptic species; Y-tube olfactometer

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(31670431,31270440); 福建省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(2017J01440); 福建師范大學(xué)生物學(xué)拔尖人才班科研項(xiàng)目；福建師范大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目

2016- 09- 07; < class="emphasis_bold">網(wǎng)絡(luò)出版日期

日期:2017- 07- 12

*通訊作者Corresponding author.E-mail: wuwenshan@126.com

10.5846/stxb201609071821

楊升, 陳友鈴,吳文珊,陳曉娟,包甜甜,葉潔芬,宋天宇,吳怡祾,周蓮香,曾喜育.薜荔榕小蜂對(duì)薜荔和愛(ài)玉子雌花期榕果揮發(fā)物的行為反應(yīng).生態(tài)學(xué)報(bào),2017,37(21):7161- 7169.

Yang S, Chen Y L, Wu W S, Chen X J, Bao T T,Ye J F, Song T Y, Wu Y L, Chou L S, Tzeng H Y.Behavioral responses ofWiebesiapumilaeto the female phase fig volatiles ofFicuspumilaL. var.pumilaandFicuspumilaL. var.awkeotsang.Acta Ecologica Sinica,2017,37(21):7161- 7169.