全 文 ：第 35 卷第 4 期 中南民族大学学报(自然科学版) Vol． 35 No． 4
2016 年 12 月 Journal of South-Central University for Nationalities(Nat． Sci． Edition) Dec． 2016
收稿日期 2016-06-29 * 通讯作者 何 隽，研究方向:民族药用植物化学，E-mail:2015048@mail． scuec． edu． cn
作者简介 艾洪莲(1981-) ，女，讲师，博士，研究方向:民族药用植物学，E-mail:2015050@ mail． scuec． edu． cn
基金项目 国家自然科学基金资助项目(31560010) ;中南民族大学基本科研业务费专项资金项目(CZY16010)
药用植物直缘乌头花部特征和繁育系统研究
艾洪莲1，罗庆辉2，王文祥2，杨曼思2，字淑慧2，何 隽1，*
(1 中南民族大学 药学院，武汉 430074;2 云南农业大学 农学与生物技术学院，昆明 650201)
摘 要 为研究药用植物直缘乌头的有性繁殖特性，分别采用 TTC 法和联苯胺-过氧化氢法检测了花粉活力和柱
头可授性，对其开花动态和传粉昆虫进行了观察，并通过人工授粉确定了其繁育系统类型． 结果表明:直缘乌头自
交不亲和，属于专性异交(异花授粉座果率 87%) ;单花期为 7 ～ 9 d，花粉活力在开花第 3 d达到最大值;柱头可授
性在开花第 6 d最强，属于雌雄异熟;在花药散粉结束、花丝向四周弯曲远离柱头后，雌蕊才能展现出来，表现为雌
雄异位． 中华蜜蜂和熊蜂为主要传粉昆虫，访花频率分别为 7． 4 次 /(花 /h)和 4． 6 次 /(花 /h) ，两者取食花蜜的方
式不同，但访花行为均是由下而上(96%)． 因此，直缘乌头独特的雌雄异位和雌雄异熟共同存在的机制与传粉昆
虫访花行为的协同进化有效避免了性别干扰，促进异交．
关键词 直缘乌头;雌雄异熟;雌雄异位;繁育系统;性别干扰
中图分类号 Q949． 95;Q948． 12 文献标识码 A 文章编号 1672-4321(2016)04-0060-04
Floral Syndrome and Breeding System of Aconitum
transsectum (Ｒanunculaceae)
Ai Honglian1，Luo Qinghui2，Wang Wenxiang2，Yang Mansi2，Zi Shuhui2，He Juan1
(1 College of Pharmacy，South-Central University for Nationalities，Wuhan 430074，China;
2 School of Agriculture and Biological Technic，Yunnan Agricultural University，Kunming 650201，China)
Abstract Pollen viability and life-span of Aconitum transsectum Diel was evaluated by TTC (2，3，5-triphenyltetrazolium
chloride)test;stigma receptivity was estimated by benzidine-H2O2 method． The flowering dynamics，pollination surveys
and hand-pollination treatments were conducted on the field． Our results showed that A． transsectum was dichogamy and
herkogamy． Pollen viability was about 50% at the blooming day with the maximum value 91． 56% on the 3th days after
flowering and last 5days． Three days after blooming，stigmas were receptive and reached the maximum value of receptivity
on the 6th day，and then decreased till flowers wilted． The filament was elongating after flowering and above the stigmas
when pollen viability was the strongest，and then the filaments bent and apart from stigmas． The effective pollinators were
honeybee and Bombus sp． ． They visited upward on the inflorescence． Controlled hand-pollination experiment showed that
A． transsectum is self-incompatible without apomixy． Ｒesults revealed that the combination of floral traits including
dichogamy，both the movement of filament and the action of pollinators efficiently enhance outcrossing success．
Keywords Aconitum transsectum;dichogamy;herkogamy;breeding system;sexual interference
花是被子植物的繁殖器官，比所有其他类群有
机体的繁殖器官都表现出更高的变异性［1］． 花多样
性影响植物的传粉和交配格局，其适应意义一直是
植物生殖生态学和进化生物学研究的热点之一． 自
达尔文以来，花多样性，尤其是雌雄异熟和雌雄异位
的适应意义大多被认为是促进异交、避免自交的作
用机制［2］． 然而，由于许多具有雌雄异位或雌雄异
熟的植物具有自交不亲和性，因此白伟宁和张大
勇［3］用性别干扰理论解释了各种花部性状的适应
意义，并强调通常被解释为避免自交的花部机制实
际上更可能是为了避免性别干扰．
直缘乌头(Aconitum transsectum Diel)又名小黑
牛、大草乌，属毛茛科 (Ｒanunculaceae)乌头属
(Aconitum)植物，主要分布在云南西北部［4］．根有大
毒．药用治疗跌打损伤、关节炎、神经性疼痛、中风瘫
痪、胃肠炎、月经不调等疾病． 直缘乌头含有生物碱
成分，是工业生产草乌甲素的原料［5］． 近年来，随着
市场需求的不断增长，直缘乌头被过度采挖，野生居
群正在急剧减少，人工种植直缘乌头成为解决这一
困境的有效办法之一． 目前人工栽培乌头主要以根
状茎无性繁殖为主，但是无性繁殖后代之间的遗传
同一性和生理趋同性使得疾病更易传播，而且导致
种群遗传多样性下降［6］． 有性繁殖则通过异交产生
了较高的遗传多样性，维持了其繁殖活力、抗病虫害
和适应环境变化的能力［7］． 因此，研究直缘乌头的
有性繁殖特性，对保证该物种的遗传多样性、环境变
化的适应性等具有重要的现实意义．
1 材料与方法
1． 1 实验材料
直缘乌头的野生植株，2013 年 10 月下旬从云
南丽江高山植物园移栽在云南农业大学后山种植基
地，2014 年 9 月及 2015 年 8 ～ 10 月份对直缘乌头进
行了观察和实验．
1． 2 研究方法
1． 2． 1 开花动态
随机选取位于不同植株上的 10 个花序做标记，
观察记录花序的开花顺序． 选择每个花序上位于中
间部位的花蕾进行标记，每株选取 2 朵，共观察 20
朵花． 每天 10:00 ～ 17:00 记录花的状态，包括花雌
雄蕊位置变化及单花花持续期、雄性(蕊)持续期和
雌性(蕊)持续期．
1． 2． 2 花粉活力和柱头可授性检测
在盛花期标记即将开放的花并套袋至单花期结
束． 用氯化三苯基四氮唑(TTC)法测定花粉的活力
和寿命，用联苯胺-过氧化氢法测定柱头的可授
性［8］，每个处理选取 5 朵花．
1． 2． 3 繁育系统检测
为避免资源分配而引起的结实率差异，随机选
择位于不同花序中间位置的花，分别做如下处理:
(1)套袋:隔离访花昆虫; (2)去雄套袋:在开花前
去雄;(3)人工异株异花授粉:在开花前去雄，盛花
期进行 1 ～ 2 次授粉，花粉采自距离 10 m 以外直缘
乌头的新鲜花粉;(4)人工自花授粉:盛花期用该花
的新鲜花粉授粉到自花柱头; (5)人工同株异花授
粉:盛花期用该植株上其他花的新鲜花粉授粉到自
花的柱头上;(6)自然对照． 处理(1)～(5)整个花
期套袋． 每种处理 30 朵花． 一个月后果实成熟但未
裂开时收集果实统计座果率．
1． 2． 4 传粉昆虫观察
盛花期，在实验样地选取 10 株开花集中的直缘
乌头对其开花数量进行统计． 2015 年 9 月 6 ～ 8 日
连续 3 d 在 10:00 ～ 17:00 期间观察记录传粉昆虫
的种类及其传粉频率． 记录其在花序上的访问顺序
及在植株上的访问行为． 观察结束后捕捉主要的传
粉昆虫进行鉴定．
2 实验结果
2． 1 直缘乌头的开花动态及其花部特征
直缘乌头开花顺序为花序基部先开，依次向上
开放． 整个居群花期为八月下旬到九月下旬，单花
持续期为 7 ～ 9 d (图 1A-G)． 花蕾期花丝较短花药
紧贴柱头周围． 花萼开裂后，花丝开始伸长，当花药
位于柱头上方时，花药开裂散出花粉． 散粉结束花
丝弯曲并远离柱头，此时花柱伸长，柱头具有可授
性． 单花雄蕊数目为 58． 5 + 12． 5(N = 20) ，开花第 1
d少量花药散粉，第 3 d 花药开裂数量最多，随之减
少，雄蕊持续期为 6 d． 单花雌蕊数目 65 + 23． 2(N
= 20) ，开花第 3 d 花柱伸长，柱头表面潮湿具有可
授性，雌蕊持续期为 8 d 左右．
A-G:开花动态，A-D为雄蕊持续期，E-G为雌蕊持续期;
H熊蜂访花行为，I中华蜜蜂访花行为
图 1 直缘乌头开花动态及其传粉者
Fig． 1 Flowering phenology and pollinators of Aconitum transsectum
16第 4 期 艾洪莲，等:药用植物直缘乌头花部特征和繁育系统研究
2． 2 花粉活力和柱头可授性
由图 2a可知，直缘乌头的花药成熟规律与其花粉
活力成正比，开花前 3 d 散粉的花药占单花总数 60%
以上，第 3 d成熟花药数目最多． 开花当天，花粉活力
47． 40%，开花第 3 d花粉活性最强高达91． 56%，第 4 d
为 70． 72%，而第 5 d花粉活力仅15． 36%． 花粉活力持
续期为5 d(图2)．再结合图1可知，花药开裂数目为雄
蕊总数的 1 /2时，花粉活力最强．
a)每天开裂的花药数目 b)花粉活力
图 2 直缘乌头花药开裂速率及花粉活力
Fig． 2 The number of anther dehiscence and pollen viability during flowering of Aconitum transsectum
由表 1 可知，直缘乌头的柱头在开花前 3 d 被
花药覆盖，活性较低，当花药散粉结束花丝弯曲远离
柱头时，花柱伸长柱头露出，可授性逐渐增强，开花
第 6 d柱头可授性最强，之后活性降低，直到花萎
蔫时柱头仍具有微弱的可授性．
表 1 直缘乌头柱头可授性检测
Tab． 1 Stigma receptivity of Aconitum transsectum
柱头状态 开花天数 /d
柱头可授性
1 2 3 4 5 6 7 8 9
- + + + / + + + + + + + + + + / + + +
注:“ -”柱头不具可授性;“ +”柱头具有可授性;“ + / + +”柱头具有可授性，部分柱头可授性较强;“ + + ”柱头可授性较强;“ + +
+”柱头可授性最强
2． 3 繁育系统
由表 2 可知，套袋和去雄套袋处理的花都没有
产生种子，表明直缘乌头不能进行自花授粉，也不存
在无融合生殖现象．
表 2 直缘乌头座果率统计
Tab． 2 Fruit set of Aconitum transsectum under different treatments
授粉处理 座果率 /% 样本量
套袋 0 30
套袋去雄 0 30
人工异株异花授粉 87 30
人工自花授粉 0 30
人工同株异花授粉 0 30
去雄后自然授粉 63 30
自然对照 83 30
人工自花授粉和人工同株异花授粉处理的花
都没有产生种子，而人工异株异花授粉座果率高达
87%，因此直缘乌头自交不亲和，繁育系统类型为专
性异交． 自然传粉的座果率 83%，与人工异株异花
授粉的座果率没有显著差异，说明直缘乌头不存在
花粉限制现象． 去雄后自然传粉的座果率为 63%，
低于自然传粉的座果率，可能因为花粉是传粉昆虫
的重要报酬，花粉去除后降低了花对传粉昆虫的吸
引力度，从而降低了访花频率．
2． 4 访花昆虫种类和行为
在实验样地观察发现，熊蜂和中华蜜蜂是直缘
乌头稳定的传粉昆虫． 熊蜂访花时口器伸到花瓣顶
部的蜜腺取食花蜜，在这个过程中熊蜂的胸部和腹
部与散粉的花药或柱头接触完成花粉的输出或输入
(图 1H)． 中华蜜蜂的访花行为不同于熊蜂，由于其
体型较小，在访花时，中华蜜蜂从下面花萼的开口处
整个身体进入花内，爬行经过花药和柱头后到达花
顶部取食花蜜，此过程中其腹部和胸部与花药和柱
头充分接触(图 1I) ，传粉效率高． 中华蜜蜂的访花
频率为 7． 4 次 /(花 /h) ，熊蜂的访花频率为 4． 6 次 /
(花 /h)． 对 20 只中华蜜蜂访花行为观察发现，中华
蜜蜂由下向上访问的花序占 96． 7%，而由上向下的
顺序占 3． 3% ．
26 中南民族大学学报(自然科学版) 第 35 卷
3 结语
直缘乌头的花颜色鲜艳，花萼特化为花瓣状，呈
蓝紫色;并且花瓣分泌大量花蜜，具有吸引昆虫的特
点，是典型的虫媒花． 直缘乌头花开放时花药首先
散粉，雄蕊先熟． 已有研究表明，以异花传粉为主的
植物，其花药散粉持续时间主要由昆虫的访问频率
决定，如果访花昆虫较少，花药散粉的持续时间延
长，同朵花中雌雄性功能将发生时间上的重叠［9］．
然而，在我们的研究中并未发现雌雄性功能重叠的
情况． 花粉活力和柱头可授性实验结果表明，直缘
乌头的花粉活力在开花后第 3 d 最强(90%以上) ，
到第 5 d 花粉活力仅为 15%左右;在开花第 6 d 柱
头可授性最强，因此，直缘乌头雌雄性功能不重叠，
属于雌雄异熟． 此外，由于只有在花药散粉结束、花
丝向四周弯曲远离柱头后，雌蕊才能展现出来，因
此，直缘乌头的花表现为动态式雌雄异位． 雌雄异
熟和雌雄异位在毛茛科翠雀族植物中广泛存在［10］，
这两种机制的共同存在被认为有效促进了植物的异
花传粉并避免了性别干扰［11］． 试验结果显示同株
异花授粉和自花授粉处理的花均没有产生种子，而
人工异株异花授粉和自然传粉处理的花座果率均较
高，说明直缘乌头自交不亲和，是典型的专性异交植
物． 因此，直缘乌头中的雌雄异熟和雌雄异位相结
合的机制是为了避免性别干扰，而非避免自交．
有研究表明，熊蜂是乌头属植物的主要传粉
者［11］． 在实验样地发现熊峰和中华蜜蜂是直缘乌
头的主要传粉昆虫． 中华蜜蜂和熊蜂访花时，均由
下向上依次访问的访花顺序与其他乌头属植物相
同［12］． 直缘乌头为总状花序，雄蕊先熟，传粉昆虫
由下向上的访花行为对直缘乌头的传粉具有重要意
义． 直缘乌头下方的花比其上方的花期要早，先被
访问的花其花粉已经散出，处于雌性功能期，而上方
的花正处于雄性功能期，这样的访花行为避免了同
株异花授粉所导致的花粉贴现和胚珠贴现． 极大促
进了花粉在不同植株间的传播． 因此，直缘乌头特
殊的花特征(雌雄异位和雌雄异熟)结合传粉昆虫
的访花行为有效地避免了性别干扰，促进了异交的
发生．
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