全 文 ：第 7
V o l
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卷
7
第 2 期
N o
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2
草 地 学 报
A C T A A G R E S T IA S IN ICA
1 9 9 9 年
Ju n e
6 月
1 9 9 9
西卡柱花草传粉受精过程花朵形态变化的研究
罗丽娟 邱德勃
(华南热带农业大学农学院 , 海南 5 7 1 7 3 7)
刘 国道 周家锁
(中国热带农业科学院农牧研究所 , 海南 5 7 1 7 3 7)
摘要 : 对西卡柱花草传粉受精过程花朵形态变化的研究结果表明 , 凌晨 3 一 6 时 , 多数花蕾
进行 自花授粉 , 6 ~ 7 时 , 花蕾完成 自花授粉过程 , 此时警管与花冠长度几乎相等 。 上午 8 : 30 一 9
: 3 0
, 小花开放但龙骨瓣仍闭合时 , 花粉粒在柱头上萌发 。 开花后 3 小时 , 龙骨瓣松开 , 露出雌雄
蕊 , 花粉管穿过花柱道 、子房内壁进入胚珠 。 花后 6 小时左右 , 小花关闭 , 合子及初生胚乳核中出
现雄性核仁 。 小花开放过程中的形态变化可作为传粉 、花粉萌发 、受精作用的形态指标 。
关镇词 : 西卡柱花草 ;小花开放动态 ; 传粉 ; 受精作用
1 前言
柱花草属 (S t刃os a nt h es )有种或亚种 45 个 , 大多原产南美洲 , 其中有 4 一 5 个种原产于
南非 。现在美洲 、大洋洲 、非洲及东南亚各国和地区均有引种栽培 , 已成为全世界热带亚热带
地区栽培面积最大 , 应用最广泛的热带豆科牧草 。 中国热带农业科学研究院自 60 年代从国
际热带农业研究中心 (CI A T )引种柱花草 , 目前 已选出适于华南地区栽培的当家品种有西卡
柱花草 (5 . : c a bra e v . Se e a ) 、热研二号柱花草 (5 . g u ia n e n s is e v . R e ya n Z ) 、有钩柱花草(5 .
h a m at a 。v
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V e ra n o )等 。 由于柱花草富含蛋 白质 , 草质优 良 , 并且耐酸性瘦土 、茎叶产量高 ,
因此被广泛用作放牧 、青饲 、优质草粉和幼龄胶园 、果园的覆盖作物 。西卡柱花草是一种灌木
状放牧型草种 , 耐干旱 , 较适应于华南干旱 、半干旱地区栽培 , 有广阔的应用前景 。
柱花草为典型的自花授粉植物 (Bra y 等 , 1 9 7 6 ) 。 柱花草属不同种之间自然杂交率各异 。
据研究 , 西卡柱花草的自然杂交率为 1一 2 % (S t a c e , 1 98 2 ) 。国外对柱花草花序发育及种子形
成模式曾有报道 (汉费莱斯等 , 1 98 9 ) 。 我国自引种柱花草以来 , 对柱花草的研究大多侧重于
栽培利用方面 , 其生殖生长的研究工作除热研二号柱花草开花习性的观察 (白昌军 , 1 9 9 3 )外
几乎未开展过 , 而对其传粉受精生物学的研究还属空白 。 为此 ,笔者观察研究了西卡柱花草
传粉 、受精的时间进程以及花部的形态特征的变化动态 , 以期为柱花草胚胎学研究和育种工
作提供科学依据 。
2 材料和方法
2
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1 供试材料取自华南热带农业大学试验场栽培的西卡柱花草 。
2
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2 1 9 9 8 年 4 月 5一 10 日 , 每日凌晨 。 : 0 至上午 8 时 , 每小时分别取穗状花序上即将开
放的小花 10 朵 , 在 Ni k o n 双 目实体解剖镜下测量花冠 、曹管长度 , 观察花蕾形态及 自花授
粉情形 。
第 2 期 罗丽娟等 : 西卡柱花草传粉受精过程花朵形态变化的研究
2
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3 开花当天从 小花开放前 5 小时起每隔 0 . 5 小时取材 , 直到小花开放 后 10 小时 。 以
FA A 固定 , 在 1 m o l/ L H CI (60 C )中软化 , 手工纵剖雌蕊柱头及花柱 , 酸性品红 一亮绿滴染 ,
乳酸分色后压片观察花粉粒在柱头上的萌发情况 。
2
.
4 对于受精作用的研究 取不同发育期雌蕊进行常规石蜡切片 , 切片厚度 10 一 13 拌m ,
铁矾 一苏木精染色 , 在 Ol y m Pu s BH : 型研究显微镜下观察和摄影 。 其他切片用脱色苯胺兰染
色 , 在 L e it z O rt ho p lo m 落射式荧光显微镜下观察和照相 , 以证实花粉管在花柱中的形态 。
3 结果和分析
3
.
1 自花授粉与时间的关系
3
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1
.
1 西卡柱花草为多年生豆科牧草 , 具有无限分枝习性 。 密穗状花序顶生或腋生 , 花小 ,
花尊上部 5 裂 , 基部合生成管状 ;蝶形花冠 , 旗瓣一枚 , 橙黄色 , 间有棕色辐射状条纹 。 翼瓣两
枚 , 淡黄色 。 龙骨瓣两枚 。 雄蕊十枚 , 花丝下部合生成管 , 上部分开 , 花药二型 , 长型花药着生
于较长花丝上 , 短型花药着生于较短花丝 , 长短二型花药相间而生 。 雌蕊一枚 , 柱头圆球形 ,
花柱细长 , 弯曲 。
3
.
1
.
2 自花授粉的标志是柱头粘附花粉粒 。 在小花开放前 9 小时即凌晨 。时开始观察 。 从
表 1 可知 , 在 。 : 0 0 时 , 所有花蕾均未授粉 , 自凌晨 1 时起 , 小花陆续开始进行 自花授粉 , 授
粉率随着时间的进程而逐渐提高 。 在 l 时 , 授粉率仅为 15 % , 在 2 时 , 增至 35 % , 2 时后 , 授
粉率迅速增高 , 至 6 时 , 西卡柱花草授粉率 已达 95 % , 到 7 时以后 , 授粉率为 1 0 % 。 因此 , 柱
花草自花授粉是在夜间 , 即在花冠 尚未开放时进行的 。 早晨 3 ~ 6 时是花蕾自花授粉的集中
时间 。 7 时以后 , 所有小花均已授粉 。
T a b le
表 1 花朵自花授粉与时间的关系
T h e r e la tlo n s h ip b e tw e e n s e lf
一
p o llin a tin g a n d tim e o f th e flo w e r s
观察时间 (时 )
T im e (h )
平均气温 ( C )
M e a n a ir
te m Pe r a t u r e
观察花数
N o
.
o f
flo w e r
授粉花数
N o
.
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Po llin a te d
flo w e
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授粉百分率
Pe r e e n fa g e o f
p o llin a te d flo w e r
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2 4
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2 3
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7
2 4
.
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3
.
2 自花授粉与花朵形 态变化的关来
3
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2
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1 在观察过程中发现 , 柱花草自花授粉期间花朵的花尊裂片相对不再伸长 , 而尊管及
花冠则有不同程度地伸长 , 最终使小花突出苞片之外 。 因此 ,将曹管与花冠的伸长可作为柱
花草花朵形态变化的指标 。
3
.
2
.
2 从表 2 可以看出 , 凌晨 。时 , 西卡柱花草尊管长 2 . 53 m m , 花冠长 3 . 51 m m , 以后随
着时间推移 , 曹管与花冠不断伸长 。 3 时以后尊管以较快速度伸长 , 至早 6 时 ,尊管与花冠长
草 地 学 报 1 99 9 年
度相等 , 均为 4 . 38 m m , 此时花朵 自花授粉率为 95 % 。 由此可知 , 在柱花草花蕾发育过程中 ,
在晚期阶段 , 当粤管与花冠长度最接近时大部分花蕾正在进行自花授粉 。 因此 , 可以利用该
形态特征作为指标 , 用以指示柱花草花朵 自花授粉进行的程度 。
表 2 自花授粉期间花朵的形态变化
T a b le 2 M o r ph o lo g ie a l e ha n g e o f th e flo w e r d u rin g s e lf
一
p o llin a t i n g
观察时间 (时 )
T im e (h )
粤管长 (m rn )
Le n g th o f
e a ly x tu b e
花冠长 (m m )
L e n g th o f
e o r o lla
薯冠距 (m m )
D is t a n e e b e tw e e n
e a !y x a n d e o r o lla
授粉百分率
Pe r e e n ta g e o f
Po llin a t e d flo w e r
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3. 3 花粉杜的萌发
自花授粉后 , 柱头表面密被花粉粒 , 这些花粉粒在柱头上进行水合作用 , 小花开放之前 ,
柱头上未见花粉粒萌发 。花前 0 . 5 小时 , 花粉粒仍未萌发 。早上约 9 时 , 小花开放 , 旗瓣张开 ,
翼瓣松开 , 露出龙骨瓣 , 此时取雌蕊压片镜检 , 可见花粉粒在柱头上萌发并长出花粉管 (图版
I
,
4 )
, 以后花粉管经过花柱道进入子房 。经小花开放前后不同时间段大量取材结果 , 观察到
花粉粒在柱头上萌发与小花开放密切相关 , 小花开放时间与花粉粒萌发的时间是一致的 。
3
.
4 受精作用与小花开放动态的关系
花粉粒萌发后 , 沿空心型花柱的花柱道生长 (图版 I , 1 ) , 用拼眠质专一性染料脱色苯胺
蓝染色 , 可见花粉管在花柱道中发出明亮荧光 (图版 I , 2 ) 。以后 , 花粉管进入子房腔 , 沿子房
内壁生长 ,通过珠孔进入胚囊 (图版 I , 3 ) 。 花后 3 ~ 4 小时 , 花粉管从退化的助细胞进入胚
囊 。花粉管进入胚囊后破裂 , 释放出两个精细胞 , 一个与卵细胞结合形成合子 , 另一个与中央
细胞结合形成初生胚乳核 。花后约 6 . 5 小时 , 合子及初生胚乳核中出现雄性核仁 (图版 I , 5 、
6 )
, 此时可作为柱花草受精作用的标志 。
柱花草受精作用的进程与小花开放的动态变化相关 。小花开放后约 4 小时 , 两枚龙骨瓣
松开 , 露出雌雄蕊 (图版 I , 7 ) , 小花开放至露蕊时间即为花粉管从柱头长进胚囊的时间 。 小
花开放后约 6 小时闭合 , 此时 , 子房的胚珠内发生受精作用 。
4 结论与讨论
揭示柱花草自花传粉时花蕾形态特征 以及受精作用过程与小花开放动态的关系 , 为柱
花草胚胎学基本理论的研究和育种实践提供依据 。
4
.
1 柱花草花朵很小 , 穗状花序上的小花非常密集 , 在柱花草胚胎学的研究中 , 按常规方法
去雄 , 进行人工授粉是一件工作量大而又困难的事 。 了解柱花草花朵 自花传粉同步性规律 ,
可为柱花草受精作用的研究提供方便 。
第 2 期 罗丽娟等 : 西卡柱花草传粉受精过程花朵形态变化的研究
4
.
2 柱花草杂交育种工作所面临的最大障碍便是难于进行人工授粉操作和杂交结实率低
(C a m er on 等 , 1 9 84 ) 。 掌握了在海南亚热带气候条件下西卡柱花草自花授粉时花朵的形态
特征及具体的传粉时间 , 笔者提 出一个较为有效 , 而又相对容易操作的杂交授粉办法 。 即在
开花头天下午晚些时候去雄 , 开花当天早晨 6一 7 时授粉 , 此时小花未开放 , 柱头又处于传粉
受精的最佳状态 , 有望提高杂交座果率 。
4
.
3 西卡柱花草小花开放至开放后 2 小时期间 , 旗瓣和翼瓣张开 , 而龙骨瓣闭合 , 包围雌雄
蕊 。开放后约 4 小时 , 龙骨瓣松开 , 伸出雌雄蕊 , 此时柱头上花粉粒已萌发 , 花粉管长进子房 。
小花开放过程中花粉粒先在柱头上萌发 , 以后才露出雌雄蕊 , 这种形态变化有助于柱花草自
花授粉的顺利进行 。 经过长期自然选择和演化 , 柱花草在形态 、结构和生理上形成许多适应
传粉方式的性状 。
4
.
4 植物从种子萌发开始的个体生长过程中 , 存在一个内在的计时机制 (白书农 , 1 9 96 ) 。柱
花草开花 、传粉 、受精进程与小花外部形态的变化密切相关 , 小花开放时花粉粒在柱头上萌
发 , 开放至吐蕊期间花粉管从花柱道长进胚珠 , 小花闭合时进行受精 , 这种内在生殖过程与
外在形态间的关系对植物受精生物学的研究有参考价值 。
4
.
5 西卡柱花草花蕾发育及小花开放动态与温度 、 日照关系密切 , 温度高 、 日照强花蕾则提
前发育 , 小花开放 , 吐蕊时间也提早 ;而温度低 、 日照弱花蕾发育及小花开放 、吐蕊时间则相
对推迟 , 具体规律有待进一步研究 。
参 考 文 献
白昌军 , 19 9 3 . 热研二号柱花草开花习性的观察 . 草业科学 , (6 ) : 30 ~ 32
白书农 , 1 9 9 6 . 植物开花研究的现状 , 见 :吴相任 , 赵微平 , 匡延元等 (主编 ) . 植物生理与分子生物学进
展 , 中国植物学会生理专业委员会及北京植物生理学会 , 北京 : 38
汉费莱斯 C R 、里费勒斯 F , 李淑安等译 , 1 989 . 牧草种子生产一理论及应用 . 昆明 :云南科技出版社 , 14
~ 1 8
Br
a y R A
,
H u tto n E M
,
1 9 7 6
.
Pla n t b r e e d in g a n d g e n et ie s
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“ tr o p ie a l p a s tu re r e se a re h p r in e ip le s a n d
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M S t
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,
S yd e n e y : 5 8 9~ 6 0 5
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,
1 9 8 2
.
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(3 3 ) : 8 7~ 9 6
1 4 0 草 地 学 报 19 99 年
S tu d ie s o n th e Flo w e r M o r Ph o lo g ic al C h a n g e s D u r in g Po llin a tio n a n d
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s t a m e n a n d p is t e ls e x te n d o u t o f th e k ee ls a n d th e p o lle n t u be s g r o w d o w n th r o u g h th e 冬t yla r e a n a l 3 to 4
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z yg o t e a n d p rim a ry e n d o s p e rm r e s p e e tiv e ly
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p o llin a tin g
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S t夕lo sa n the s sc a b r a e v . S e ea ; F lo w e r m o r p ho lo g lea l e h a n g e ; P o llin a tio n ; Fe r tiliz a tio n