全 文 :·专题综述· 北方园艺2014(21):188~191
第一作者简介:何淼(1975-),女,辽宁本溪人,博士,副教授,现主
要从事园林植物的栽培育种等研究工作。E-mail:1042224236@
qq.com.
基金项目:黑龙江省教育厅科学技术研究资助项目(12513019)。
收稿日期:2014-07-17
水 金 凤 的 研 究 进 展
何 淼,李 海 芯,吕 明 月,焦 宏 彬,刘 颖 竹
(东北林业大学 园林学院,黑龙江 哈尔滨150040)
摘 要:水金凤是一种潜在的园林花卉种质资源,该文综述了水金凤的地理和海拔分布,气
候和地理因素、土壤因素、群落因素对水金凤的影响,论述了其生理数据、生化数据,花、种子和群
落特性的研究进展情况,以期为水金凤的开发利用提供参考依据。
关键词:水金凤;地理分布;海拔分布;研究进展
中图分类号:S 681.1 文献标识码:A 文章编号:1001-0009(2014)21-0188-04
水金凤(Impatiens noli-tangere L.)属凤仙花科(Bal-
saminaceae)凤仙花属(Impatiens)一年生草本植物,株高
20~80cm,叶互生,卵形或椭圆形,长5~8cm,宽
2~3cm,先端钝或稍渐尖,缘有粗锯齿,质薄而软。花
3~6朵同生于叶腋,花梗纤细下垂,花黄色带有褐色或
红色斑点,花未开时就有花粉散出,部分进行闭花受精。
花朵倒置,180°扭曲,萼片3枚,花瓣5枚。水金凤是一
种重要的药用植物和园林植物,具有祛风湿、消炎解毒
及活血止痛的作用;在园林中通常栽植到水边湿地,其
花色繁多,一枝数花。近年来,随着人们对野生花卉的
开发利用,对水金凤的研究日益受到重视,该文旨在为
水金凤的研究提供参考依据。
1 地理和海拔分布
在中国主要分布于黑龙江、吉林、辽宁、内蒙古、河
北、河南、山西、陕西、甘肃、浙江、安徽、浙江、山东、湖北、
湖南等省份。在英国主要分布于温德米尔湖、尼斯顿
湖、特湖、安不尔赛德、不劳顿、佛尼斯和威尔士中部。
在伊比利亚半岛,法国南部横跨欧洲(极南端没有),俄
罗斯,西伯利亚到日本,堪察加半岛,北美的南阿拉斯加
到华盛顿,马尼托巴湖,萨斯喀彻温省,不列颠哥伦比亚
均发现了水金凤的存在。在瑞典直到北纬67°30′的地方
都发现了水金凤的存在。Hultén[1]研究发现,水金凤在
威尔士和英国湖区可以生长的最高海拔达210m,但
89%生长在海拔100m以下。水金凤在欧洲中部可以
生长的最高海拔为1 400~1 500m,在法国达1 500m,
挪威达700m,中国山区达2 000m[2]。
2 环境因素对水金凤的影响
2.1 气候和地理因素
Elenberg[3]研究发现水金凤主要生长于潮湿,间或
有水浸泡的土壤,主要生长在潮湿的森林、河流的边缘、
溪边或湖边。Hatcher[4]、Haliday[5]在2000年的调查中
发现,英国湖区边,78%的水金凤生长在年降雨量1 600~
2 000mm的地方,17%生长在年降雨量1 200~1 600mm
的地方,5%生长在年降雨量2 000~4 000mm的地方。
Elenberg[3]研究发现水金凤喜6价氮;在河边树林下因
涨潮后的污泥影响而很少受精。水金凤在部分遮阴(一
般相对光照大于5%、测光值为4、气候温暖、温度值为
5)的条件下发生受精。Faliński[6]、Jankowska-Blaszczuk
等[7]研究发现,水金凤是早期森林草本植物的一部分延
续。Elenberg[3]认为在同一片树林中相对于潮湿的环
境,干燥的环境更能使水金凤生长的旺盛而多变,但在
潮湿环境中水金凤的根系生长更为旺盛,水金凤在干燥
的土壤上结实很少或无成熟果实。Tichy[8]认为在超过
30年的周期内捷克森林中水金凤灭绝的主要原因就是
土壤水分的下降。
Hatcher[9]在英国District湖附近,临近气象站的尼
斯顿湖和特湖建立了观测点来探寻气候与水金凤种群
大小的相关性发现;水金凤的整个生命周期包括种子发
芽期(4—6月),植株生长期(6—8月),成熟期(7—9
月),越冬期(10月至次年3月),水金凤对霜冻十分敏
感,春末秋初的霜冻能分别将水金凤种子和成熟的植株
杀死。
2.2 土壤因素
水金凤生长在质地疏松并常年潮湿的土壤上,比如
湖边周期性浸水的土壤。它通常也会生长在含有效性
氮、腐殖质丰富的细腐殖质土壤上,并且在赤杨卡尔群
落的灰黏化土上也能够生长。Elenberg[3]研究发现,水
金凤适宜的土壤酸碱性为弱酸性至中性,不能在酸度很
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大的土壤上生长。Dzwonko[10]发现在波兰的原始森林
中,水金凤生长在pH值为4.81、氮总量0.186%、阳离
子交换量6.54meq/g土壤上,在现代森林中,水金凤
生长在pH值为4.62、氮总量0.177%、阳离子交换量
5.24meq/g土壤上。Hatcher等[11]在2000年英国湖区
的植物记录调查显示,92%的水金凤生长在志留纪温德
米尔超群时代的岩石下面,7%生长在奥陶纪博罗代尔
火山岩时代的岩石下面,1%生长在奥陶纪Skiddaw时
代的石板下面。Hatcher和 Alexander 1991年威尔士及
其毗邻地区的植物记录调查显示75%的水金凤生长在
上寒武纪时代的岩石下面,18%的水金凤生长在志留纪
温洛克地层的岩石下面,7%的水金凤生长在奥陶纪海
格利益页岩地层的岩石下面[11]。
2.3 群落因素
在英国水金凤主要生长在开敞的落叶树林地,草原
及花园、公园和有树丛的开阔草地也有水金凤的生长;
适于水金凤生长的树林冠层高,下层植物稀少,并且草
本层低。在湖区淹水较少的土壤上,水金凤主要生长在
无梗栎树林,树林中还生长欧洲山毛榉,还伴有榆树的
生长;在湖区的有些地方水金凤大量生长在孤立高大的
欧亚槭下面,这些地方几乎没有其它地被植物覆盖;这
些树林的林下层主要是欧洲榛,也常见细刨花,偶见山
楂、枸骨叶冬青、桦木、欧亚槭幼苗和接骨木[9]。
在湿润的生境中,水金凤主要生长于赤杨林[12]。林
下层为欧洲榛小灌木林、细刨花、桦木、欧洲赤杨幼苗,
长有少量的山楂树,并有枸骨叶冬青长于干燥的林缘。
水金凤在瑞典与I.glandulifera相伴生,在英国并没有
发现这种情况[13]。在欧洲中部,水金凤被认为是草本层
中水珠草种群的一部分,生长在潮湿的弱酸性土壤中,
常与八仙草、紫叶川旦异株蝇子草、腺毛繁缕、大荨麻相
伴生[3]。在这里,水金凤生长在各种各样的林地中,从
非常干燥的山毛榉林到赤杨沼泽林都有水金凤的生长。
水金凤主要生长在原始林地,现在林地中废弃的草场、
耕地及旧花园中也有分布[14]。
Elenberg[6]研究表明水金凤生长主要的林地类型:
水金凤山毛榉混合林,Tichy[8]研究表明在水金凤山毛榉
混合林中与水金凤一起生长的植物是水珠草、林地水
苏、羊茅;悬铃木与白蜡树混合林中长有其它树种为欧
亚槭、阔叶椴、挪威槭、欧洲山毛榉和欧洲冷杉,水金凤
主要生长在北面透光的林地;Elenberg[3]研究发现,在酸
橙树和橡树-鹅耳枥混合林中主要树种是欧洲栎、欧洲小
叶椴、欧亚槭、欧洲云杉,在其中没有山毛榉树生长;同
时Elenberg[3]研究还发现,在水金凤生长在很多冲击平
原林里,这些树林可以被分成赤杨沼泽林,赤杨冲击平
原林,赤杨-白蜡树林;Passarge[15]、Dring-Mederak[16]、
Vasilevich等[17]研究发现,水金凤在遍及欧洲的欧洲赤
杨林中是一种优势草本植物。Pigott[18]、Falencka[19]、
Faliński等[20]研究发现水金凤在原始森林主要和黄连
花,腺毛繁缕、白花酢浆草、车轴草、羊草芹、花叶野芝麻、
林问荆、短柄草、匍枝毛茛、荨麻等生长在一起。在这些
林地里,水金凤是土壤种子库中数量丰富的草本植物之
一[21]。在寒冷的海洋气候条件下,水金凤生长在繁缕
花-橡树-鹅耳枥林中。Tichy[8]研究发现,在所有的林地
类型中,水金凤被看作是蹄盖蕨、荨麻、水珠草的湿度指
示剂[9]。水金凤也常长在这些林地的林道上[20]。
Falencka[22]证实了水金凤在相对潮湿的赤杨林中
生长的比在相对干燥的白蜡树林或橡树-鹅耳枥林中茂
盛。Falencka[19]发现在赤杨木树林中的水金凤种群比橡
树-鹅耳枥林中种群密度更大,空间填充度也更大。此
外,Eliás[23]发现赤杨木树林中的水金凤也相对重3~5
倍,而且变异率更高。Falińska[24]、Eliás[23]发现橡树-鹅
耳枥林和白蜡树林中的水金凤种群比赤杨木树林中的
水金凤种群密集度更大而且组成种群的植株个体更小、
更轻。Falencka[19,22]认为赤杨林中的土壤肥力、光照、水
份条件都优于橡树-鹅耳枥林。水金凤的生长状况与土
壤扰动有关。Markov[25]认为水金凤仅在至少有轻微土
壤扰动的森林地表生长,扰动包括人类活动和临时
水流。
3 繁殖生物学特性
水金凤在同一植株上,既可以进行开花受精(CH)
也可以进行闭花受精(CL)[26]。花期为2~3个月。叶子
可以保护花免受雨水冲刷[27]。Daumann[28]研究发现,水
金凤花是明显的雄蕊先熟,覆盖柱头的5个花粉囊第1
天干燥开裂第2天之后会整体脱落将柱头暴露出来。
为了防止自花授粉,花粉囊脱落后柱头才开始接受花
粉[29]。但是水金凤没有自交不亲和性基因系统因此能
被同一株植物上的其它花上的花粉受精[33]。没被授粉
的花朵不会产生种子,受精后花朵每个果实内会结1~9
粒种子在2周之内成熟。极少的闭花授粉的花朵,雄蕊
和花瓣(翼瓣)都很小,在花长到2~3mm时,花粉囊不
开裂专性的自花授粉在发育的早期阶段[29]。这些没有
开放的花所结的果实内有1~5个种子[26]。水金凤的开
花受精的和闭花受精的比例和生长季的长度是无关的,
而是由光照的强度决定的[24-25,29]。水金凤种植在强光条
件下进行开花受精的花朵明显多于闭花受精的花朵数,
相反将水金凤移植到弱光照射条件下开花受精的花朵
数明显少于闭花受精的花朵数[26]。水金凤的每个蒴果
有5心皮组成,心皮是由3层细胞的外壁组成。当种子
成熟的时候,这底层的绷紧的表皮发生作用,导致结合
在一起的心皮失去控制,这5个心皮迅速卷缩,使种子
快速的迸发出去[14]。水金凤种子被抛出的最大距离是
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2~3m[29]。在日本种植中,异花授粉豆荚的平均长度
136.4cm,显 著 长 于 自 花 授 粉 豆 荚 的 平 均 长 度
44.9cm[29]。
Hatcher[4]研究发现水金凤和许多生活在湖边或河
边的植物一样,靠水传播种子是很重要的方法之一。放
置新鲜的成熟的种子在水中,仅仅少于5%种子立即沉
入水中。如果一直将其放在水中,1d之后93%的种子
仍然漂浮在水中,直至80d后仍是如此。然而,水被搅
动的时候种子会快速的下沉,第1次搅拌5s后50%的
种子下沉,第4次搅拌后90%的种子沉入水中,种子在
湍流的水中传播受到限制[30]。
Horwood[27]研究报道显示,水金凤没有稳定的种子
库。所有的种子都将于成熟后的第2年全部发芽,而且
在水金凤种子大量集中发芽后将不会有新芽出现[25]。
在现有报道中,没有发现英国湖区的那些水金凤曾经灭
绝的地方重新发现有水金凤生长的记载。在取自1993
年春天的比亚沃维耶扎原始森林的31cm×31cm×
5cm的土样中,共有1 717粒水金凤种子发芽,而在此后
的第2年有145粒种子发芽,而到1995年便没有种子发
芽了[7]。Austad等[31]1990年也指出,在8月的挪威某
森林中,在水金凤种子散出前对其进行收割,将不会影
响第2年水金凤的萌发量。研究显示,水金凤具有1个
类似I.glandulifera的种子库,在某些情况下,这些种子
能够至少存活18个月[32]。中欧关于水金凤种子库密度
的相关报道包括:1991年Markov[25]发现土表下0~5cm
为24粒/m2;1999年Falińska[24]发现荒芜草场的种子库
密度为90粒/m2。
水金凤经常形成单物种的大密度群落,导致了春天
种子的同步萌发。Falencka[22]研究种子在种子期的初期
生存的机会比较大,然而3周后种子长到地表到达发芽
期时,常在几天后死亡。Hatcher[9]在英国湖区调查发
现,大部分单独的水金凤群落包含水金凤1~6 000株,
在1990—2000年的记载中,最多可达25 000株;不同年
份种群数量的波动显著。Schmucker等[33]曾记载欧洲
大陆的水金凤种子密度多达995粒/m2,但是在英国,水
金凤的密度很少超过100株/m2[9]。Faliński[6]研究发
现,在欧洲大陆的橡树 -鹅耳枥林中水金凤植株的密
度为3~130株/m2[14,19,23]。Faliński[6]研究发现在比亚
沃维耶扎原始森林中,植株的密度很少超过10~
50株/m2,但是水金凤植株的密度反而更大,达100~
200株/m2。
4 水金凤的理化特性
雷丁大学2001年对靠近雨棚顶部的水金凤成熟叶片
净光合速率研究表明,其最大光合速率的平均值(PM)为
(13.0±0.42)μmol CO2·m
-2·s-1,速率常数为0.00214,
光补偿点为PAR 58.3μmol·m
-2·s-1,初始斜率(量子
效率)为CO2467μmol/μmol PAR,18~20℃时暗呼吸速率
为CO2(-1.7±0.39)μmol·m
-2·s-1[10]。水金凤即使生
长在潮湿的土壤上,遇到超强光照几分钟也会萎蔫[3]。在
阳光下的失水量为4.73g·g-1 FW·d-1;芽的平均表皮
蒸腾速率为saturation 70mg·g-1 FW·h-1[34]。
Wriscker等[35]曾对水金凤的花色素进行了研究,指
出水金凤鲜艳的黄色花瓣来源于单极类胡萝卜素
(44%~55%黄质脂,35%~40%叶黄素环氧化物),这种
单极类胡萝卜素大量聚积在成色素细胞上。而成色素
细胞在水金凤这个物种中均为管状和球状[28-29],这也揭
示了水金凤的高脂质水平[35]。在水金凤中还检测到了
隐黄素、隐黄质环氧以及新黄素的存在,它们在水金凤
中结合成长链的饱和脂肪酸(主要为肉豆蔻酸、软脂酸
和硬脂酸)[36]。主导指甲花叶片成色原理的羟萘醌(2-
hydroxy-1,4-naphthoquinone),占花期水金凤地上部分干
重的0.185%,萘醌占花期水金凤地上部分干重的
0.03%[37]。其中一种化学成分萘醌还具有杀菌特性[38]。
5 结论
近年在国外有关水金凤的地理分布和海拔分布、栖
息地、群落、对生物因素的回应、生理数据、生化数据、生
物气候学、种子库、花及种子特性进行了大量的研究。
而国内虽然资源丰富,但是对于其研究尚鲜见报道。文
章对水金凤的进一步研究、开发、利用提供了依据。
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Reseach Progress on Impatiens noli-tangere L.
HE Miao,LI Hai-xin,LYU Ming-yue,JIAO Hong-bin,LIU Ying-zhu
(Colege of Landscape Architecture,Northeast Forestry University,Harbin,Heilongjiang 150040)
Abstract:Impatiens noli-tangere L.is a kind of potential water garden flower species resources.In this article,the
geographical and altitudinal distribution,habitat factor,communities factor,response to biotic factors were introduced,
physiological data,biochemical data,phenology,floral and seed characters on Impatiens noli-tangere L.were discussed.
The purpose was to prived a theoretical basis for the development of Impatiens noli-tangere L..
Keywords:Impatiens noli-tangere L.;geographical distribution;altitudinal distribution;research progress
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