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药用植物秦艽的传粉特性研究



全 文 :·研究报告·
药用植物秦艽的传粉特性研究
朱晓萍1,漆燕玲2
(甘肃农业大学 农学院 甘肃省农业科学院 啤酒原料研究所,甘肃 兰州 730070)
[收稿日期] 20080304
[通讯作者] 漆燕玲,Email:gs_qiyanling@163.com
  秦艽Gentianamacrophyla为龙胆科多年生草本
植物,具有散风祛湿、和血舒筋的功能,可治疗关节
炎、黄疸等病症,常用于中药方剂中[1]。近年来,由
于乱采滥挖和其特殊的生长习性,致使秦艽野生资
源日趋减少,而药用量又日益增加,供求矛盾日趋加
剧。为了满足需要,众多学者在秦艽人工种植技术
及秦艽生物学特性、植物化学、药理学等方面做了相
关研究[26],但有关秦艽生殖生态学方面目前还未见
报道。作者通过人工控制试验,对栽培秦艽 G.
macrophyla的花部特征、开花特性、传粉特性及结实
率进行了研究,旨在掌握栽培秦艽的繁殖特性,为其
进一步开发利用提供科学依据。
1 材料与方法
1.1 实验材料及试验地概况 试验地位于甘肃榆
中县农业科学院园艺场,海拔1995m,属温带干旱、
半干旱大陆性气候,年均气温66℃,年均降雨量
450mm,无霜期138d。其土壤为山地黄壤土,肥力
中等。实验材料秦艽为甘肃省农科院啤酒原料研究
所特种作物研究室人工栽培的三年生植株。
1.2 开花生物学特性的观察 随机标记10个花序
和10朵花,从始花期开始观察花器构造,定株定点
观察和记录单株和单花开花过程及雌雄蕊生长变
化。每天6:00~18:30进行观察,每2h观察1次。
1.3 杂交指数(outcrossingindex,OCI)的估算 根
据对秦艽花器构造的观测结果,按照 Dafni标准进
行繁育系统评判[7]。具体方法是:①花朵或花序直
径(1mm记为0;1~2mm记为1;2~6mm记为2;
>6mm记为3)。②花药开裂时间与柱头可授期之
间的时间间隔,同时或雌蕊先熟记为0;雄蕊先熟记
为1。③柱头与花药的空间位置,同一高度记为0;
空间分离记为 1。三者之和为 OCI值。评判标准
为,OCI=0时,繁育系统为闭花受精(cleistogamy);
OCI=1时,繁育系统为专性自交(obligateautoga
my);OCI=2时,繁育系统为兼性自交(facultative
autogamy);OCI=3时,繁育系统为自交亲和,有时
需要传粉者;OCI=4时,繁育系统为部分自交亲和,
异交需要传粉者。
1.4 花粉活力和柱头可授性检测 采用05%TTC
(2,3,5氯代三苯基四氮唑)法测定花粉活力[8]。取
新鲜的秦艽花粉粒,用05%TTC染色,在光学显微
镜下观察不同开花时期的花粉活力,每次观察3个
视野,重复3次。计算不同开花时期单个花朵的平
均花粉活力。
采用联苯胺过氧化氢法测定柱头可授性[9]。
在盛花期,采摘开花后不同时间的柱头浸入含有联
苯胺过氧化氢反应液(1%联苯胺3%过氧化氢水
4∶11∶22)的凹面载片中。若柱头具有可授性,则柱
头表现出过氧化物酶活性,使周围的反应液呈现蓝
色并伴有大量气泡出现,反之则无反应。
1.5 结实率测定 随机选取100株栽培秦艽,用套
袋、去雄及人工授粉方法实验:依 Dafni[7]描述的方
法进行处理:A.对照(CK),不套袋、不去雄、自由传
粉;B.不去雄、套袋;C.去雄、套袋、同株异花人工授
粉;D.去雄、套袋、异株异花人工授粉;E.去雄、不套
袋、不人工授粉。每个处理操作10朵花,重复3次。
除对照外,所有处理在开花当天去雄;除对照和处理
E外,所有处理均使用 Na2SO4纸袋套袋,待果实即
将成熟时收获。在室内计数成熟种子数和败育种子
数,结实率(%)=成熟种子数/胚珠数×100%。
1.6 访花昆虫及其行为观察 随机标记5~10个
已开放的花序进行连续观察2~3d,重复3次。从
6:00~18:30每隔2h观察1次。记录花序内访花
动物的种类、访花次数、访花行为、停留时间及 30
min内访花数目,计算访花频率。捕捉访花昆虫并
制成标本用以鉴定。
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2 结果分析
2.1 开花动态的观察 观察结果表明,秦艽花为聚
伞花序顶生及腋生。花萼佛焰苞状。花冠钟状或桶
状,花瓣大多数白色带有绿色斑点,少数淡蓝紫色,
先端5裂,裂片间有5片短小褶片。雄蕊5,雌蕊1。
子房上位,中轴胎座。花蜜量少,无香味,直到散粉
结束后仍有花蜜存在。
人工栽培的秦艽花期为6月初 ~7月下旬,盛
花期为6月中旬 ~7月中旬,果期8~9月,单花花
期6~7d。秦艽每天上午8:00开花,10:00~14:00
开花最多。开花当天,花药黄色,开始散粉,进入雄
性阶段。此时花药高于柱头,柱头未张开。花粉散
尽时花药分离,向外弯曲贴在花冠壁上;同时柱头伸
长,点状,淡黄绿色,高度高于花药或等高。秦艽在
开花的第3天或第4天中午12:00~14:00柱头2
裂,白色,进入雌性阶段。授粉后,柱头变黄色,子房
开始膨大。开花的第6天或第7天花冠闭合,直到
种子成熟都不再张开。在阴天或雨天,气温比较低
的情况下发现秦艽花具有明显的花冠闭合现象,天
气转晴后花冠陆续张开,即花暂时性闭合,与其他龙
胆属植物观察结果相似[1011]。
2.2 杂交指数测定 依据Dafni[7]的标准进行秦艽
OCI的测量及繁育系统的评判(表 1)。秦艽花较
大,花朵直径为115~158cm,大于6mm,记为3;
秦艽花药散粉时其柱头不具有可授性,不能接受花
粉,即秦艽有雄蕊先熟现象,记为1;开花后秦艽柱
头较花药高,记为1。因此秦艽的杂交指数(OCI)>
4。按照Dafni的标准评判,秦艽的繁育系统为部分
自交亲和,异交,需要传粉者。
表1 秦艽杂交指数(OCI)观测
指标 结果
花朵直径 >6mm=3
花药开裂与柱头可授期时间间隔 1
柱头与花药的空间位置 1
OCI值 >4
繁育系统类型 部分自交亲和,异交,需要传粉者
2.3 花粉活力和柱头可授性测定 TTC是一种氧
化还原染料,能在呼吸酶作用下使花粉着色,而花粉
中呼吸酶的作用情况能较正确地反映其生活力的强
弱,因此可根据着色情况来判断花粉的生活力。秦
艽的花粉活力开花当天在805%以上,之后花粉活
力逐渐下降(表2)。
  采集开花后不同时段的柱头浸入含有联苯胺
   表2 秦艽的花粉活力和柱头可授性
开花时间
/d
总花粉粒数
/个
具有活性花粉
粒数/个
花粉活力
/%
柱头
可授性
1 329 265 805 -
2 380 260 684 -
3 320 193 603 
4 281 168 598 
5 299 131 438 +
  注:“-”指柱头不具可授性;“+”指柱头具有可授性;“”指
柱头具有强可授性
过氧化氢反应液的凹面载片中进行反应。秦艽花的
柱头在开花第1~2d,不表现过氧化物酶活性,反应
液无反应,柱头不具有可授性。开花的第3~4d,柱
头完全2裂,使反应液呈现蓝色,并产生大量气泡,
表现明显的过氧化物酶活性,此时柱头可授性最佳。
之后,柱头的过氧化物酶活性减弱,可授性降低。观
察发现,直到花冠闭合,秦艽花的柱头仍能使反应液
变蓝色,产生气泡,表明柱头维持其可授性至花冠闭
合。
2.4 结实率测定结果 秦艽自然结实率为800%。
人工同株异花授粉和异株异花授粉都具有较高的结
实率,分别为718%和825%,表明秦艽同时自交
(同株)亲和和异交亲和。去雄不套袋结实率为
314%,且100%样本均结实;然而不去雄套袋(自
交)结实率为零,这一结果表明秦艽单花授粉过程必
须依赖传粉媒介才能结实。综上所述,秦艽的传粉系
统为异交亲和,自交(同株)亲和,单花结实必须依赖
传粉者(表3)。
表3 秦艽的结实率(珋x±s,n=3)
处理方式 种子数 结实率/%
A(自然授粉) 1564±317 800±102
B(不去雄套袋)   0   0
C(去雄套袋同株异花人工授粉) 1450±389 718±137
D(去雄套袋异株异花人工授粉) 1596±439 825±126
E(去雄不套袋不人工授粉) 673±298 314±142
2.5 访花昆虫的观察 在实验过程中观察到,秦艽
花上访昆虫的访花时间集中在每天11:00~16:00,
其余时间访花昆虫较少。遇阴雨天访花昆虫明显减
少。秦艽的访花昆虫种类较多,主要是一些蜂类、菜
粉蝶、食蚜蝇、蚂蚁、蜘蛛、螽斯、象甲、花金龟、蝽、草
蛉、瓢虫、叶甲、蠼螋、蝗虫等10多种昆虫,分别属于
膜翅目、双翅目、鳞翅目、直翅目、鞘翅目、半翅目、脉
翅目和革翅目等。但大部分昆虫都不传粉(表4),
其中菜粉蝶、食蚜蝇属于偷食行为,蚂蚁、蜘蛛、草
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蛉、瓢虫和蠼螋属于捕食行为,其余昆虫如花金龟、
螽斯、象甲、蝽、叶甲、蝗虫等都是害虫。蜂类是秦艽
花上的主要访花者,其中熊蜂是有效的的传粉者。
熊蜂以外的一些蜂类昆虫飞行速度快,停留时间较
短,有的蜂一落到花上就又迅速飞走,其访花行为主
要是取食花蜜。然而熊蜂访花频率较高,平均频率
达63朵/min,且停留时间较长,达2~5s。熊蜂在
花序间移动是以跳跃式为主,有时也采取爬行方式。
花序内访花时,熊蜂总是爬行连续访花。熊蜂访花
时吸食花蜜时间较长,先是将头部伸入花冠底部,在
一个间隙吸食花蜜之后,又转动身体到另一间隙吸
食花蜜。在吸食花蜜的同时,熊蜂身体的整个腹部
会按压在柱头与花药之上,这种行为增加了传粉效
率,尤其是在秦艽花处于雄性阶段时,熊蜂的访花行
为极大的提高了传粉效率。
表4 秦艽访花昆虫种类
中文名 学名 访花行为
鳞翅目 Lepidoptera  
 粉蝶科 菜粉蝶  Pieridae 吸蜜
双翅目 Diptera  
 食蚜蝇科 食蚜蝇  Syrphidae 吸蜜
膜翅目 Hymenoptera  
 蚁科 蚂蚁  Formicidae 捕食
 蜜蜂总科蜂类  Apiscerana 吸蜜,采粉
鞘翅目 Coleoptera  
 金龟科 花金龟  Cetonidae 害虫
 象甲科 象甲  Curculionoidea 害虫
 叶甲科 叶甲  Chrysomelidae 害虫
 瓢虫科 瓢虫  Coccinelidae 捕食
直翅目 Orthoptera  
 螽斯 蝗虫 害虫
害虫蜘蛛目 Araneae
 蜘蛛 捕食
半翅目 Hemiptera  
 蝽科 蝽 害虫
脉翅目 Neuroptera  
 草蛉科 草蛉 捕食
革翅目 Dermaptera
 蠼螋 捕食
3 讨论
本研究结果表明,秦艽的传粉系统为异交(异
株、异花)亲和,自交(同株)亲和,单花结实必须依
赖传粉者。这一结果分别被杂交指数和结实率测定
实验结果所验证。花器构造、开花期生理反应等因
素是秦艽具有此传粉特性的主要原因。
本研究采用杂交指数法检测秦艽的繁育系统。
在植物繁育系统测定的多种方法中,杂交指数
(OCI)法和花粉胚珠比(P/O)法作为植物繁育系
统评判依据曾遭到怀疑,但是仍有许多研究者在两
性植物繁育系统研究中使用这 2种方法[1214]。本
研究采用杂交指数法所得结果与去雄套袋实验法所
得结果基本一致,说明杂交指数法可以作为两性植
物繁育系统检测的一种简便方法,这与刘林
德[12,15]、肖宜安等[16]的研究结果相同。
植物与传粉者之间的关系是传粉生态学的核心
问题。经过长期的协同进化,植物与传粉者之间形
成了一种互利的关系。秦艽为传粉者提供的报酬如
花蜜和花粉补偿了传粉者访花所付出的能量消耗。
蜂类是秦艽的主要传粉者。该物种野生种群中的传
粉昆虫没有相关报道。但在本研究中发现,在栽培
的秦艽材料中,像其他野生的龙胆科植物一
样[1718],熊蜂类昆虫仍然是最为有效的传粉者。这
一结果表明,该植物的栽培材料可能和其野生种群
一样是依赖这类昆虫传粉。因此,在人工栽培秦艽
过程中,为了获得较高的种子结实率和较多选育种
子,应尽量选择熊蜂类昆虫较多的地区。
花冠的暂时性闭合通常由温度所诱导产生,即
不良天气或气温下降引起花闭合,天气好转时花又
重新开放,是可逆的。花闭合的另外一种形式是永
久性闭合,由传粉所诱导,是不可逆的。关于暂时性
闭合不同的研究者有不同的看法。Kernervon
Marilaun[19]认为花闭合是一种生殖保障机制,即通
过花冠闭合来提高自交率,从而实现生殖成功的最
大化。Bynum&Smith[10]认为暂时性闭合可以减少
雨水对花粉的冲刷,是对夏季频发暴风雨的适应,受
温度诱导。秦艽的永久闭合发生在传粉之后,这种
闭合可能是对传粉机制的适应。夏季暴雨天气或气
温下降的时候秦艽也会发生暂时性闭合。这种闭合
现象可能是对不良天气的适应,也可能对生殖成功
有一定的保护作用,这一机理有待进一步证明。两
类闭合在不同龙胆属植物中被发现[10,20],所以花冠
闭合可能是龙胆属植物的一个共性。
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[责任编辑 吕冬梅]
[收稿日期] 20080110
[基金项目] 北京市自然科学基金项目(7082060)
[通讯作者] 杨美华,Tel:(010)62899730,Email:yangmeihua15
@hotmail.com
药用植物爵床中总木脂素的含量测定
高素强1,王丽楠2,刘国瑞2,苏 悦2,杨美华2
(1.卫生部北京医院,北京 100730;2.中国医学科学院 药用植物研究所,北京 100094)
  药用植物爵床为爵床科植物爵床 Justiciaproc
umbensL.的干燥全草[1],具有清热解毒、利尿消肿
的功效,用于治疗感冒发热、咳嗽、喉痛、疟疾、肾盂
肾炎、乳糜尿、肝硬化腹水、疳积等症,分布于我国西
南部和南部各省及台湾等地,资源十分丰富[2]。爵
床的化学成分主要为木脂素及其苷类。
目前,测定总木脂素含量常用的方法为比色
法[35]。爵床木脂素的主要结构类型为芳基萘内酯
型,其化学结构上多具有 1个亚甲二氧基(OCH2
O),浓硫酸可使其水解并定量释放出甲醇,后者可
与变色酸反应产生紫红色。因此可采用比色法测定
其总木脂素含量。作者以爵床中有效成分 justinci
dinA为对照品,采用比色法对爵床中总木脂素的含
量进行了测定,为爵床药材质量控制及临床用药提
供科学依据。
1 材料
UV-VisibLespectrophotometer(岛津 2550
型),TP150超声清洗机(功率150W,频率40kHz,
北京天鹏新技术有限公司),电热恒温水浴锅(北京
长风仪器仪表公司)。对照品 justicidinA为自制,
测得其含量为98%以上,符合含量测定用对照品的
要求。爵床药材购买于江西省医药公司,经北京大
学药学院陈虎彪教授鉴定为爵床科植物爵床 Justi
ciaprocumbensL.的干燥全草。所用试剂均为分析
纯。
2 方法和结果
2.1 对照品溶液的制备 精密称取对照品 justici
dinA适量,置量瓶中,用甲醇制成05g·L-1的溶
液,即得。
2.2 供试品溶液的制备 取本品粉末约1g,精密
称定,精密加入20%甲醇30mL,密塞,称定质量,超
声提取30min,取出,放冷,再次称定质量,用20%
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