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為什么花瓣內外的顏色不同?

昆明植物研究所 任宗昕、王紅 2024-06-28

自然界除一些植物的花朵極端退化之外,大多數植物具有鮮艷的花朵,而花瓣往往是花朵中最顯眼的部分。花瓣的形態(tài)結構和顏色各式各樣,對植物的繁殖起到了重要的作用。花瓣構成了花朵的多維結構,決定重要的花報酬即花粉、花蜜是否暴露于外界環(huán)境或者隱藏于花部結構中。上舉的花,花內面(近軸面)朝上能吸引傳粉者;而下垂花的花內面朝下,外面(遠軸面)暴露于外界環(huán)境;而兩側對稱(chēng)花的內外兩面都能吸引傳粉者。此外,花瓣作為傳粉動(dòng)物訪(fǎng)花的落腳點(diǎn),其復雜的結構能操控動(dòng)物的訪(fǎng)花行為,從而避免訪(fǎng)花者盜蜜或取食過(guò)多花粉。通常認為,大多數植物鮮艷的花瓣吸引傳粉動(dòng)物,色素在花瓣中的分布起到重要的作用。很多植物的花的內面具有鮮艷的色彩,而外面具有較淡的顏色,呈現出典型的顏色的不對稱(chēng)分布。到目前為止,對花瓣內外面顏色不對稱(chēng)性的形成機制研究較少,及其驅動(dòng)因素尚不十分清楚。

針對上述問(wèn)題,中國科學(xué)院昆明植物研究所王紅專(zhuān)題組與中國科學(xué)院國際人才計劃訪(fǎng)問(wèn)學(xué)者Klaus LunauGraham Pyke教授,以及來(lái)自荷蘭格羅寧根大學(xué)的合作者一起,對來(lái)自滇西北玉龍雪山和歐洲的100余種不同花結構植物的內面和外面,以及花苞的花色開(kāi)展研究(圖1-2)。通過(guò)紫外攝影技術(shù),以及反射和透射光譜探究花朵在花蕾期和開(kāi)放后花瓣內外面顏色的差異,以及紫外吸收和反射的色素分布的不對稱(chēng)性。該研究發(fā)現,大多數研究的植物花朵的內面外反面具有不同的顏色;花瓣內外面顏色在可見(jiàn)光和紫外光下都具有明顯差異。花瓣的背面(外面),特別是暴露于外界的花苞往往具有較為均一的紫外吸收(圖3),而花正面(內面)則往往表現出紫外花色式樣,即紫外吸收和反射同時(shí)出現在花瓣上。

基于上述結果,同時(shí)整合文獻資料,研究人員提出三種科學(xué)假說(shuō)解釋花瓣內外面顏色的不對稱(chēng)性。即1)花粉保護假說(shuō):花瓣在花蕾期通過(guò)各種折疊方式包被發(fā)育中的花粉,從而起到保護花粉的作用。證據主要來(lái)源于花瓣內面或者外面包被花藥的部分往往都有色素的沉積,具有紫外吸收的功能。2)植食昆蟲(chóng)趨避假說(shuō):花蕾期的花瓣外面的顏色較為暗淡,不容易被植食昆蟲(chóng)發(fā)現,從而保護花朵;同時(shí),一些暴露于外界的花瓣背面的色素具有抗蟲(chóng)毒性,如金絲桃屬植物,能趨避植食性昆蟲(chóng)。3)傳粉昆蟲(chóng)吸引信號假說(shuō):花結構中吸引傳粉昆蟲(chóng)的部分(多外內面)往往具有鮮艷的顏色或紫外花色式樣,反之,花瓣外面顏色都較為暗淡。三種假說(shuō)互不沖突,且相互補充,為回答花瓣顏色內外面的不對稱(chēng)性提供重要支持。

研究成果Why are the inner and outer sides of many flower petals?differently coloured?為題,發(fā)表于國際植物學(xué)學(xué)術(shù)期刊Plant Biology已畢業(yè)的碩士研究生范小箐(中國科學(xué)院昆明植物研究所與陜西師范大學(xué)聯(lián)培)為第一作者,中國科學(xué)院PIFI訪(fǎng)問(wèn)學(xué)者Klaus Lunau為通訊作者澳大利亞麥考瑞大學(xué)以及中國科學(xué)院PIFI訪(fǎng)問(wèn)學(xué)者Graham Pyke教授和荷蘭格羅寧根大學(xué)Casper van der Kooi教授參與了研究工作。研究得到了國家自然科學(xué)基金(32271594)、云南省興滇英才計劃青年人才項目和中國科學(xué)院國際人才計劃訪(fǎng)問(wèn)學(xué)者項目(2020VBA00042019VBA0037)的支持。

文章鏈接

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2. 兩側對稱(chēng)花的花瓣內外面的顏色差異(可見(jiàn)光和紫外光對比)。

3. 冬綠金絲桃花瓣內外面顏色差異及其光譜量化。