研究揭示植物與熊蜂傳粉互作的共振關鍵點

　　近日，中國科學院昆明植物研究所王紅研究團隊聯合中山大學以及美國、瑞典的科研人員，以列當科馬先蒿屬植物為模型，整合生物力學、昆蟲行為學和傳粉生態學等多學科研究手段，發現了花與熊蜂之間的共振關鍵點，揭示了蜂振傳粉中植物與傳粉者之間的振動力學耦合機制，解析了花的生物力學特性在塑造植物-傳粉者互作中的重要作用，為探討植物-傳粉者協同進化以及花多樣性形成提供了新視角。

　　自達爾文以來，植物的花部結構、花色、花氣味和花蜜等與傳粉者行為的相關研究取得了進展，但花的力學特征與傳粉者的關系研究整體處于探索階段，尤其是復雜環境中的多因素交互作用、跨物種普適性規律亟待深入研究。

　　蜂振傳粉是傳粉者通過身體產生高頻振動使被包裹在花冠特殊結構的花粉得以釋放的特殊傳粉方式。有研究估計，約有74個屬的蜂類訪花時使用振動，發出“嗡嗡聲”與植物協奏“二重曲”。有超過2萬種開花植物依賴蜂振傳粉。蜂振傳粉中最奇特的花出現在馬先蒿植物，其花冠二唇形，上唇特化為“盔”，花藥隱藏在“盔”中。許多馬先蒿的“盔”具有獨特的“喙”狀結構。一些種類的“喙”彎曲伸長，猶如大象鼻子，被稱為“象鼻花”。在中國西南山地，馬先蒿多個物種共存、同期開花并共享傳粉昆蟲熊蜂，但種間雜交卻較少發生。熊蜂振動時花如何精準釋放花粉，以及涉及蜂振傳粉復雜的生物力學過程及這種傳粉互作背后的驅動機制不甚清楚。

　　科研人員為研究花與蜂類之間的互動，開展了跨學科交叉研究。研究利用多視角攝像系統記錄熊蜂訪問馬先蒿花的全過程，觀察到熊蜂選擇花喙的基部特定位置咬合并振動收集花粉。研究通過非破壞性3D顯微CT成像技術和原子力顯微鏡，量化了花冠結構與材料參數，構建了馬先蒿花的三維有限元模型。進而，研究結合有限元計算模擬和振動力學實驗分析發現，熊蜂訪花的咬合點是振動能量傳遞的最優激勵點即花與蜂共振“關鍵點”，且能夠促進花粉高效釋放。研究顯示，只有在馬先蒿喙長與訪花熊蜂體長相匹配時，熊蜂才可以在最佳咬合時將其腹部對準“象鼻花”尖端有效采集花粉和授粉。個體水平的傳粉網絡分析證實，馬先蒿喙長與熊蜂體長存在尺寸匹配，且這種精巧匹配在物種和個體層面均存在。

　　上述工作構建了“振動力學-昆蟲行為-生態網絡”多維研究模式，為傳粉互作如何影響物種多樣化提供了新認識，有望為生態保護和農業授粉管理提供科學支撐。

　　相關研究成果發表在《中國科學：生命科學》（SCIENCE

　　CHINA Life Sciences）上。研究工作得到國家自然科學基金和中國科學院戰略性先導科技專項（B類）等的支持。