植物交配系統(tǒng)的演化是進化生物學的核心議題之一。在開花植物中，從異交(outcrossing)向自交(selfing)的轉變代表了一個主要演化趨勢。該這一過程通常被認為由生態(tài)因素(如傳粉者缺乏)和繁殖保障機制共同驅動。然而，現(xiàn)有的研究鮮少通過移栽實驗來檢驗生態(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估交配過程中個體對后代的遺傳貢獻。近日，華南植物園利用迎陽報春(Primula oreodoxa)這一理想研究系統(tǒng)，通過精巧的移栽實驗揭示了這一過程的生態(tài)與遺傳機制。

研究團隊在四川峨眉山海拔梯度上建立了6個移栽實驗點(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分子標記相結合，系統(tǒng)分析了不同花型個體的繁殖適合度(結實率、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，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)境因素對交配系統(tǒng)具有調控作用(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相關，與父母本配偶多樣性呈正相關(圖3);(4)高海拔種群中交配模式趨于隨機，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，并且首次證實長喙傳粉昆蟲的訪花頻率與植物父母本自交率呈負相關，而與父母本的交配多樣性呈正相關，為“傳粉驅動交配系統(tǒng)演化”提供了關鍵實證。該發(fā)現(xiàn)對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)表在植物學期刊Plant Diversity上。 中國科學院華南植物園已畢業(yè)博士曾桂(現(xiàn)為西華師范大學講師)為第一作者，中國科學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，海南師范大學張凱副教授參與了研究工作。 該研究得到國家自然科學基金、中國科學院華南植物園青年人才項目及西華師范大學博士科研啟動基金資助。文章鏈接：https://doi.org/10.1016/j.pld.2025.08.005

圖1. 移栽實驗設計示意圖

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(± 標準誤)。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、右三列分別對應 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。虛線表示隨機交配。