传粉生态学的野外实验：以血红石蒜（Lycoris sanguinea var. sanguinea）为例

摘要

为了揭示某种植物物种的传粉者有效性，已开发出多种野外实验方法。本研究以红花石蒜（Lycoris sanguinea var. sanguinea）为例，展示了传粉生态学野外实验的基本方法，并介绍了一种新的传粉机制——花蕾破裂传粉（breaking-bud pollination）。

摘要

植物与传粉者之间的相互作用已有一百余年的研究历史。在此期间，人们发展出多种野外研究方法，以明确各类传粉者对所访问花朵的传粉有效性。观察传粉者活动是最常用的识别传粉者的方法之一，而套袋与笼控实验则被广泛用于验证特定传粉者的有效性。在对Lycoris sanguinea var. sanguinea的既往研究中，其有效传粉者、各类访花者的访花频率以及繁殖策略均尚未明确。本研究报道了小型蜜蜂访问部分开放花朵（破苞期花）的现象。据我们所知，该现象此前未见报道。此外，本研究还检验了小型蜜蜂在该开花阶段是否能够完成传粉的假设。本研究以L. sanguinea var. sanguinea为例，展示了传粉生态学野外实验的基本方法。通过传粉者观察与数码录像，记录了各类访花者的访花频率。套袋与笼控实验结果表明，这些花朵能够实现完全传粉，且破苞期传粉可能对该植物物种的传粉具有重要意义。本文还讨论了每种方法的优缺点，并介绍了包括实验室实验在内的最新研究进展。

引言

植物与传粉者之间的相互作用是研究进化生物学和生态学的典型范例。花与传粉者之间的互利关系被认为通过自然选择促进了被子植物的多样化^1,2，尽管其他生物和非生物因素也产生了影响^3,4,5。人们还认为， floral traits（花部性状）已发生改变，以适应最有效的传粉者，从而产生更多的果实和种子⁶。这些观点是通过基于不同指数（如传粉有效性）的大规模研究并结合多种解释而建立起来的⁷。

具有泛化传粉系统的开花植物会受到多种类型的传粉者访问⁸。本文中，将访花者定义为访问花朵以获取花部报酬的动物物种，而传粉者则定义为能够完成授粉的访花者。这些访花者中，部分个体可将同种花粉粒携带至所访问花朵的柱头，因而可被归类为传粉者。其他访花者也可能携带一定量的种内花粉，但由于访花者与花朵之间存在行为或形态上的不匹配，其传粉作用可能较弱。这种在促进植物繁殖方面贡献程度的差异，可能导致对花部性状不同程度的选择压力⁹，并进而引起开花植物的适应性分化。因此，尽管传粉者群落的组成及各物种的相对多度具有重要意义¹⁰，准确评估每种访花者的传粉有效性对于阐明植物的适应性和（或）进化过程同样至关重要。

本研究中，对传粉者效率进行了定量估算，传粉者效率定义为每次访问所产生的果实和种子数量¹¹。....

方案

注意：本文基于我们之前的工作³⁰。部分内容经日本植物学会和施普林格·日本公司许可重新使用。

1 . 观察访花者

1. 观察区域的选择
   1. 搜索植物材料分布的区域，并利用可靠的资源（如图鉴、学术期刊）选择候选研究地点， 等等。 根据研究目标调整研究地点的数量（例如， 日本各地多种地点的传粉昆虫比较研究。
   2. 检查所选候选人群的位置及其与相关起点（如研究机构和住宿地）的距离，若需开展长期研究。
   3. 通过计算单位面积内的植物个体数量，粗略估算每个种群的大小。选择个体数量较多的种群，用于需要大量植物个体的操纵性实验。
   4. 开花访花者观察前准备
      1. 根据种群密度，确定每个区域内将在相同时间间隔内被观察的目标个体。选择5-10朵刚开放的花朵或即将开放的花蕾作为目标花，剔除已经衰败或完全开放的花朵。
      2. 开始全天的视觉观察，因为不同时间段可能有不同种类的传粉者访问花朵^31,32.
      3. 在记录表上，记录每小时每朵花的访花者物种名称及每次访问的时间。
      4. 仔细观察访花者是否触碰到花药和/或柱头；若触碰，则记录为传粉者。若访花者仅访问花朵而未接触生殖器官，则记录为访花者。
      5. 使用昆虫网或手工制作的吸虫器捕捉访花昆虫，以鉴定并制成标....

结果

选择了五个种群进行传粉者观察。在观察前阶段，确认了多种昆虫对开放花朵的访问以及小型蜜蜂对裂开花蕾的访问。花卉访客观察结果显示，所有五个研究地点的大多数访客均为小型蜜蜂物种Lasioglossum japonicum的个体。图2显示，该物种在三个地点的访问比例均超过90%。相比之下，第二常见访客Amegilla florea在这些田块中的比例均低于10%。这些蜜蜂物种在访问花朵时接触到了柱头，因此被记录为传粉者。其他常见的访花昆虫，如Episyrphus balteatus，在采集花粉时未接触柱头，因此仅被认定为访客。在一个地点的数据分析表明，通过目视观察记录的小型蜜蜂访问频率显著高于视频记录的结果（表1：单因素方差分析：2号地点：df = 1，F = 0.471，P = 0.50；3号地点：df = 1，F = 12.12，P <0.001.......

讨论

本研究采用花朵观察和套袋实验，分别揭示访花频率和植物的雌性繁殖成功率。根据 Dafni（1992）³⁸ 的记载，录像法具有有效性，因其可记录访花者出现的时间和持续时长以供分析，并避免观察者偏差。然而，当时该方法需要昂贵的设备，且观测时间受限于电池寿命。近年来，用于录制视频的设备成本已下降，这种技术手段可应用于其他传粉者研究中。本研究中，在3号地点，目视观察与视频观察所记录的访花频率存在显著差异（表2）。这可能是由于对访花者的过度观察所致，而此类人为误差可通过该方法予以排除。Dafni（1992）还提到使用套袋或网罩实验来研究植物的繁殖系统³⁸。本研究采用了无纺布袋，但此类袋子不具备防花粉或防水功能。L. sanguinea var. sanguinea 并非风媒传粉物种，但雨水可能影响套袋花朵的繁殖成功率。研究中使用铁制支架支撑因袋子湿润而负重增加的植株，但这些因素仍可能影响花朵的繁殖能力。使用支架配合防虫网罩覆盖整株植物，可能是消除此类方法学问题的最佳选择。此外，本研究还采用笼隔方法实现不同蜂类物种的分离，这是植物研究中首.......

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
记录表	任意	NA
昆虫网	任意	NA
吸虫管	任意	NA
乙酸乙酯	任意	NA
100% 乙醇	任意	NA
塑料管	任意	NA
塑料盒	任意	NA
软质袋	任意	NA
数码摄像机	任意	NA
三脚架	任意	NA
袋子	任意	NA
金属或塑料网板	任意	NA
铁丝	任意	NA
标签胶带	任意	NA
支撑杆	任意	NA
软绳或金属丝	任意	NA
镊子	任意	NA