【Nature】想法很重要！利用简单的实验设计揭示传粉媒介的竞争可阻碍植物的多样性

2022年7月20日，Nature在线发表了美国普林斯顿大学、瑞士苏黎世联邦理工学院Christopher A. Johnson团队题为“Competition for pollinators destabilizes plant coexistence”的研究论文。传粉媒介的竞争对植物多样性的影响，存在着完全对立的假说。该研究通过实验证实，传粉媒介的竞争可削弱植物的稳定生态位差异，破坏物种间的相互作用并导致物种间的竞争失衡，从而阻碍植物的多样性。

https://doi.org/10.1038/ s41586-022-04973-x

现代共存理论“稳定生态位差异”（stabilizing niche differences）认为：由于不同物种与非生物和生物环境之间的相互作存在差异，对同一物种内的个体影响比其他物种个体的影响更大，从而有效降低单一物种的相对丰度，有利于不同物种的共存。绝大多数植物传粉者（pollinators）可同时为多个植物物种进行传粉；因此，这些植物会竞争传粉媒介，并稳定或破坏植物的相互作用。然而，传粉媒介的竞争是如何影响植物共存的，一直悬而未决。一种假说是：传粉媒介的竞争可加强稳定生态位的差异性，从而促进不同物种的共存。但另一种假说认为：由于传粉媒介对某些植物物种的偏爱，而不是其竞争性的稀有物种，传粉媒介的竞争会破坏不同物种的共存。

随着全球传粉昆虫的减少，授粉受到限制；如果植物物种在吸引传粉者的先天能力上存在差异，对传粉媒介的竞争只会使某些植物物种比其他物种更具优势，从而在其他条件相同的情况下，破坏不同物种的共存。那么，传粉媒介的竞争到底是促进还是阻碍植物的共存呢？

实验设计：利用瑞士地区一可耕地边缘群落的五种一年生植物（B. arvensis，C. cyanu，N. arvensi， P. rhoeas和S. arvensis）；其中B. arvensis能够自花授粉，而其他植物则完全依赖于传粉媒介。蜜蜂科的蜜蜂（Apis mellifera）和熊蜂（Bombus terrestris），是这些植物的主要传粉者。该研究分别将每种植物播种到80个2.25平方米的地块中，每个地块与一个单一背景竞争者相邻；这些竞争者来自不同物种，并具有不同的丰度。为了区分传粉媒介竞争和其他环境因素的影响，研究人员将上述植物分成两组：一组进行人工授粉，以体现环境因素可能对植物共存产生的影响；另一组则由传粉媒介来授粉（Figure 1）。

Figure 1. 实验设计

主要结果：该研究发现，在10对植物的传粉媒介竞争实验中，传粉媒介的竞争极大地削弱了测试物种与竞争者之间的稳定生态位差异，生态位差异指标从平均0.296降低到了0.023；表明传粉媒介对某些植物的偏爱，阻碍了不同物种的共存。但是，传粉媒介的竞争并没有影响不同植物物种间的平均适应度差异（average fitness difference）。

当一对物种之间的稳定生态位差异超过平均适应度差异时，该物种对可长期稳定共存。与上述结果一致，传粉媒介的竞争从未允许植物的共存；事实上，其中3对物种在花粉不受限制的情况下可共存，但传粉媒介的竞争阻碍了它们的共存（Figure 2）。

Figure 2. 传粉媒介的竞争对植物共存的影响

在五种植物中，其中三个（P. rhoeas、C. cyanus和Nigella arvensis）在没有邻居的情况下，表现为花粉受限（种内限制）。因此，人工授粉将它们的在低密度下的繁殖力提高了大约三倍。对这三种植物来说，物种间的相互作用（种间限制）有助于它们的共存；但传粉媒介的竞争极大地削弱了它们的种外限制（Figure 3）。

Figure 3. 传粉媒介的竞争对种间限制的影响
最后，植物与传粉媒介间的相互作用也会引起植物物种之间的竞争失衡，且这一影响会随着传粉媒介的减少而加强，进而破坏植物的共存。通过实验模拟传粉媒介的减少，该研究表明，传粉媒介对植物花卉访问量的减少幅度越大，该物种的种群增长率下降得也越大。

结论：综上所述，该研究通过巧妙的实验设计，分辨了两种传粉媒介竞争对植物多样性影响的假说，证实传粉媒介的竞争可破坏物种间的相互作用并导致物种间的竞争失衡，从而阻碍不同植物的共存。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-022-04973-x

来源：MP植物科学

转自：iPlants

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