植物交配系統(tǒng)的演化是進(jìn)化生物學(xué)的核心議題之一。在開花植物中，從異交(outcrossing)向自交(selfing)的轉(zhuǎn)變代表了一個(gè)主要演化趨勢(shì)。該這一過程通常被認(rèn)為由生態(tài)因素(如傳粉者缺乏)和繁殖保障機(jī)制共同驅(qū)動(dòng)。然而，現(xiàn)有的研究鮮少通過移栽實(shí)驗(yàn)來檢驗(yàn)生態(tài)因子與繁殖保障在交配系統(tǒng)演化中的作用。此外，少有研究從父本視角評(píng)估交配過程中個(gè)體對(duì)后代的遺傳貢獻(xiàn)。近日，華南植物園利用迎陽報(bào)春(Primula oreodoxa)這一理想研究系統(tǒng)，通過精巧的移栽實(shí)驗(yàn)揭示了這一過程的生態(tài)與遺傳機(jī)制。

研究團(tuán)隊(duì)在四川峨眉山海拔梯度上建立了6個(gè)移栽實(shí)驗(yàn)點(diǎn)(圖1)，將二型花柱(異交為主)和同型花柱(自交為主)植株在同一環(huán)境中栽培。通過野外觀察與SSR分子標(biāo)記相結(jié)合，系統(tǒng)分析了不同花型個(gè)體的繁殖適合度(結(jié)實(shí)率、種子數(shù)量)和交配模式(自交率、配偶多樣性、花型間交配比例及子代遺傳多樣性)。主要發(fā)現(xiàn)包括：(1)在傳粉資源受限的高海拔生境中，同型花柱表現(xiàn)出顯著的繁殖優(yōu)勢(shì)，支持"繁殖保障"假說;(2)父母本自交率隨海拔升高而增加，表明環(huán)境因素對(duì)交配系統(tǒng)具有調(diào)控作用(圖2);(3)長喙傳粉者訪花頻率與二型花柱的父母本自交率呈負(fù)相關(guān)，與父母本配偶多樣性呈正相關(guān)(圖3);(4)高海拔種群中交配模式趨于隨機(jī)，反映了二型花柱多態(tài)性的瓦解(圖4)。

該研究創(chuàng)新性地從父本視角分析交配模式，并且首次證實(shí)長喙傳粉昆蟲的訪花頻率與植物父母本自交率呈負(fù)相關(guān)，而與父母本的交配多樣性呈正相關(guān)，為“傳粉驅(qū)動(dòng)交配系統(tǒng)演化”提供了關(guān)鍵實(shí)證。該發(fā)現(xiàn)對(duì)理解全球變化下植物-傳粉者互作的演變以及生物多樣性的維持具有重要意義。

相關(guān)研究成果以“Divergence of mating systems in Primula oreodoxa: Insights from transplant experiments and mating portfolios”為題，近期發(fā)表在植物學(xué)期刊Plant Diversity上。 中國科學(xué)院華南植物園已畢業(yè)博士曾桂(現(xiàn)為西華師范大學(xué)講師)為第一作者，中國科學(xué)院華南植物園袁帥副研究員和張奠湘研究員為共同通訊作者，海南師范大學(xué)張凱副教授參與了研究工作。 該研究得到國家自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院華南植物園青年人才項(xiàng)目及西華師范大學(xué)博士科研啟動(dòng)基金資助。文章鏈接：https://doi.org/10.1016/j.pld.2025.08.005

圖1. 移栽實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)示意圖

圖2. 低海拔與高海拔生境中不同種群和花型的母本自交率 (A, B) 與父本 (C, D) 自交率(± 標(biāo)準(zhǔn)誤)。不同小寫字母和大寫字母分別表示低海拔與高海拔生境內(nèi)的顯著差異，希臘字母表示生境間差異。

圖3. 交配系統(tǒng)參數(shù)與長喙傳粉者訪花頻率在不同花型間的關(guān)系。母本自交率 (A–C)、父本自交率 (D–F)、母本配偶數(shù) (G–I) 和父本配偶數(shù) (J–L)。左、中、右三列分別對(duì)應(yīng) L、S 和 H 三種花型。

圖4. 不同種群和花型間雌性非選型交配(平均值 ± 95% 置信區(qū)間)的變異。虛線表示隨機(jī)交配。