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为什么水果颜色如此多变?果实颜色中暗藏哪些秘密?
【清溉水果网】 时间:2019-03-28 来源:科技日报
近日,国际著名期刊《全球生态和生物地理学》在线发表了一篇来自中科院昆明植物研究所东亚植物多样性与生物地理学重点实验室和中国西南野生生物种质资源库研究团队的成果,他们从系统发育分析方面揭示了果实颜色演化、生物地理学和多样性之间的关系,从而揭开了植物鲜为人知的一面。

颜色进化受食果鸟取食偏好影响

果实是植物界进化到高级阶段的产物,是被子植物特有的繁殖器官,同时也是被子植物为繁衍自己与食果者互惠共赢的公平手段,也推动了人类文明从渔猎走向农耕。对果实多样性开展研究,特别是明晰果实颜色为何如此丰富多变,一直是植物学和生态学领域关注的热点。

此前,中科院西双版纳热带植物园的科研人员通过使用红、黑、黄、蓝、绿5种颜色的人工果实和相同颜色的自然果实,对有野外捕获经验、主要以果实为食的红耳鹎、白喉红臀鹎、黑冠黄鹎、蓝喉拟啄木鸟4种鸟类,和人工饲养长大无野外捕食经验的同种食果鸟进行取食选择实验,验证取食选择与果实颜色的相互关系。

结果表明,所有的食果鸟都喜好红色的人工果实;野外捕获的有经验食果鸟喜好红色和黑色自然果实;人工饲养的无经验同种食果鸟喜好黑色自然果实,之后才是红色;所有的鸟类都不喜好自然或者人工绿色果实。研究认为食果鸟的取食偏好,或许是果实颜色进化的一个驱动因素。

分析了280余种白珠树族果实

其实,在植物演化的历程中,果实又何尝不是携带着植物好奇而走向未知疆域的“嫦娥号”呢?

中国科学院昆明植物研究所植物多样性与基因组学团队李德铢研究员和植物多样性演化与生态适应团队王红研究员所领导的小组,通过与美国亚利桑那大学进化与生态学系、美国德克萨斯植物研究所等机构合作,对环太平洋分布的单系类群杜鹃花科白珠树族280余种果实颜色类型开展了演化机制研究。

研究团队通过多种进化生态学和生物地理学方法与技术路径,解析了白珠树族果实颜色类型、历史扩散频次、海拔和纬度等地理分布、物种分化速率四者的关系,并量化了这四个变量相互之间的影响比例。

研究发现,不同果实颜色与历史扩散频次、地理分布、物种分化速率具有不同程度的显著相关性。具有红色果实的谱系多分布在高纬度和低海拔地区,其物种数量少,物种分化速率较低,但历史扩散频次较高,更容易进行远距离传播;而具有蓝紫色果实的谱系,则多分布在低纬度和高海拔地区,其历史扩散频率较低,但物种数量多,物种分化速率较高,更趋向于在低纬度特别是热带山地就地物种分化。

验证威尔逊“物种循环”假说

果实初结时,叶绿素占主要优势,大都呈绿色。逐渐生长时,植物自身会放出催熟激素——乙烯,来促进植物成熟。乙烯除催熟外,还能促使果实合成更多的类叶色素,较强的太阳光也能帮助类叶色素合成,因此太阳光照的一面果实往往会变红。最后,叶绿素停止合成,呈黄色的类叶色素占了主要成分,果实就马上变成黄色了。至于水果最后都会变成褐色、黑色,是因为果实中含有一种叫多元酚的物质,它在氧化酶催化下被空气中的氧气氧化成褐色和黑色的醌类化合物。

研究人员利用系统发育学、进化生态学、生物地理学的综合方法,首次在一个单系类群中,揭示了果实颜色的演化规律和生态功能分化,并将果实颜色对扩散、地理分布、物种分化速率三者的影响进行了量化,解析了该类群的环太平洋分布格局成因。

同时,从果实颜色演化的角度,验证了由美国著名博物学家威尔逊于1961年提出的“物种循环”假说,亦即物种分布区存在“扩张—收缩—新扩张”。此前人们对这一假说存在很大争议,这项最新研究从与扩散事件相关的果实颜色上、在植物类群上为“物种循环”这种大尺度地理分布格局的形成方式找到了关键证据。(赵汉斌)

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