长花距兰科植物花蜜重吸收和糖浓度梯度形成机制

　　

　　被子植物的花是重要的繁殖器官，通过花信号和花报酬吸引传粉动物，如昆虫、鸟类或蝙蝠等来传递花粉并完成受精过程。花蜜是花所分泌的甜美液体，它通常通过蜜腺分泌，并存储在特定的花部结构中，如一些兰科植物的花蜜储存于距（spur）中。花蜜是花朵为传粉动物提供的最常见报酬之一，而富含糖分的花蜜是很多传粉动物的高能量食物来源，因此，花蜜在吸引传粉动物方面起到重要作用。植物通过提供花蜜吸引传粉动物来增加花粉的传播效率，从而增加了自身的繁殖成功率。植物花蜜生产是一个动态过程，包括分泌和重吸收建立起花蜜稳态机制，通过调节花蜜量和糖浓度将花蜜浓度维持在适合传粉者选择偏好的范围内。过去几十年，虽然科学家们在广泛研究了花蜜的含量、分布和化学成分等，但对花蜜重吸收和花内糖浓度梯度形成机制的研究相对较少。

　　近日，中国科学院昆明植物研究所植物多样性演化和生命策略攻关团队研究了兰科近缘种宽药隔玉凤花（Habenaria limprichtii）和长距玉凤花（H. davidii） （图1）的花蜜分泌动态和花距中的糖浓度梯度。研究发现，这两种长距兰花的花蜜糖浓度较低，约为17%-24%。随着花朵的衰老，两种玉凤花都回吸了几乎所有的糖分，而水分则保留在花距内，表明其都通过重吸收重复利用花蜜资源，减少繁殖成本。此外，通过检测花距内不同高度的花蜜糖浓度，发现这两种玉凤花还存在糖浓度梯度现象，其中宽药隔玉凤花和长距玉凤花的糖浓度梯度分别为1.1%和2.8%。这种距开口和距底端之间形成的糖浓度差异诱使长喙的红天蛾（Deilephila elpenor）将喙伸入到花蜜基部取食花蜜。随着花期的推进，花距中的糖浓度梯度随着花朵衰老而减小（图2），表明花蜜重吸收能调节花距中的糖浓度差异。该研究对深入理解植物如何调节自身的花蜜生产及其与传粉者的互作关系提供了新见解，并为植物花蜜性状进化提供了新视角。 

　　研究成果以Floral nectar reabsorption and a sugar concentration gradient in two long-spurred Habenaria species (Orchidaceae)为题，在国际著名期刊BMC Plant Biology上在线发表，张海萍硕士研究生为论文第一作者，王红研究员和任宗昕副研究员为论文共同通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金（32271594和31971570）和中国科学院B类先导科技专项（XDB31000000）的支持。 

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图1. 宽药隔玉凤花（H. limprichtii）和长距玉凤花（H. davidii）的花形态和花蜜距 

 

图2. 两种玉凤花花距内的糖浓度梯度