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花粉和胚珠作為雄配子體和雌配子體的載體，它們的數量往往決定了植物繁殖適合度的上限和下限，花粉和胚珠的數量以及花粉/胚珠比(P/O)往往受到植物雄性和雌性資源投資的權衡，以及植物繁育系統、傳粉過程和環境條件的影響。通常自花授粉的植物花粉/胚珠比較低，蟲媒傳粉的植物則較高，風媒傳粉的植物最高。花粉和胚珠數量和能量的權衡是植物繁殖和傳粉適應性的最直接的體現，往往作為繁殖特性的指示指數來評價。

中國西南山地垂直地帶性明顯，涵蓋了海拔從低到高的多種自然帶類型，高山環境下植物的繁殖和物候受到云霧和雨季等多因素的影響。相對于研究較為豐富的歐洲阿爾卑斯山脈和美國落基山脈，在中國西南山地，高山草甸群落水平植物花部性狀和繁殖適應性隨海拔梯度變化研究較為匱乏，海拔及植物系統發育歷史對繁殖分配，如花粉/胚珠比的影響鮮有研究，從而限制了對該區域高山草甸群落植物花部性狀演化、繁殖策略和物種共存機制的深入理解。

中國科學院昆明植物研究所植物繁育系統進化生態學研究組在麗江玉龍雪山海拔2709-3896米的5個高山草甸群落，連續四年開展了84種蟲媒植物的花粉和胚珠性狀變化研究，分析了群落內植物的花粉和胚珠數量、P/O比，以及每種植物11個其它花部性狀，包括株高、花朵數、花大小等。利用DNA條形碼構建了物種系統發育樹，PGLS模型分析了花粉和胚珠性狀隨海拔的變異模式(圖1)。研究發現，花粉和胚珠數量與6個花部性狀(P/O比，花展示面積、花朵數、花管長、花型和花藥展示方式)高度相關(圖2);花粉數量和單花的P/O比隨著海拔升高而增加;而單花胚珠數量，花朵數和花序高度隨著海拔升高呈現明顯的下降趨勢。與之對應的是，單花的胚珠數量并不隨海拔的升高而變化(圖3)。此外，檢測到花粉和胚珠數量、P/O比呈現較強的系統發育信號，而對環境因子的響應較為有限。研究首次在群落水平揭示了該區域高山草甸植物花粉和胚珠性狀變化模式，為進一步深入解析海拔梯度下植物花部性狀變化和繁殖成功與傳粉昆蟲互作關系提供了重要的理論依據。

研究成果以Community-wide patterns in pollen and ovule production, their ratio (P/O), and other floral traits along an elevation gradient in southwestern China為題，發表于國際植物生物學著名期刊BMC Plant Biology。尼泊爾籍博士研究生Shristhi Nepal為論文第一作者，王紅研究員和美國哥倫布大學(中國科學院國際人才計劃訪問學者)Kevin Burgess教授為論文共同通訊作者。Judith Trunschke博士和任宗昕副研究員參與該項工作。該研究得到了中國科學院戰略性先導科技專項(XDB31000000)、云南省興滇人才計劃云嶺學者(YLXL20170001)、國家自然科學基金(32071670, 32050410309)和中國科學院國際人才計劃(2021VBA0013)項目的支持。

圖1.玉龍雪山5個高海拔樣地的植物系統發育關系和性狀分布。

圖2.花粉和胚珠與其它花部性狀相關性分析。

圖3.花部性狀的海拔變異。