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Pollination biology and the breeding system of Plumbago auriculata low seed-set ratio

蓝花丹结实率低的传粉生物学和繁育系统初探



全 文 :  Guihaia  Jan. 2016ꎬ 36(1):107-113
http: / / journal.gxzw.gxib.cn
http: / / www.guihaia-journal.com
DOI: 10.11931 / guihaia.gxzw201409056
吴佩纹ꎬ高素萍ꎬ张硕ꎬ等. 蓝花丹结实率低的传粉生物学和繁育系统初探[J]. 广西植物ꎬ2016ꎬ36(1):107-113
WU PWꎬGAO SPꎬZHANG Sꎬet al. Pollination biology and the breeding system of Plumbago auriculata low seed ̄set ratio[J]. Guihaiaꎬ2016ꎬ36(1):107-113
蓝花丹结实率低的传粉生物学和繁育系统初探
吴佩纹1ꎬ 高素萍2∗ꎬ 张  硕1ꎬ 赵志惠1
( 1. 四川农业大学 风景园林学院ꎬ 成都 611130ꎻ 2. 四川农业大学 园林研究所ꎬ 成都 611130 )
摘  要: 为解释蓝花丹自然结实率低的原因ꎬ该研究从传粉生物学和繁育系统入手ꎬ采用 TTC法与联苯胺-过
氧化氢法分别测定花粉活力和柱头可授性的动态变化ꎻ用花粉-胚珠比(P / O比)、杂交指数(OCI)估算蓝花丹
繁育系统类型并通过人工控制授粉试验验证ꎮ 结果表明:(1)蓝花丹 L型雌器官与 S型雄器官、L型雄器官与
L型雌器官成熟时间重叠区域较多ꎬ雌雄性器官在成熟时间上无显著差异ꎻ而 S型雌器官与 L型雄器官、S 型
雌器官与 S型雄器官成熟时间重叠区域较少ꎬ但蓝花丹持续开花的模式缓解了雌雄性器官时间差异而引起的
生殖隔离ꎮ (2)蓝花丹 L型花 P / O为 502.00±52.30ꎬS型花 P / O为 482.70±87.91ꎬOCI为 4ꎬ综合判断蓝花丹的
繁育系统属于专性异交型且具有异型自交不亲和的特性ꎮ 综上可初步解释蓝花丹自然结实率低的原因为内
外因素共同作用的结果ꎬ其中雌雄性器官同熟时间短不是主要原因ꎬ而其本身较强的自交不亲和性可能是自
然结实率低下的关键性内因ꎮ 由于蓝花丹的专性异交繁育系统使其成功授粉需要传粉媒介ꎬ但因引种地与原
产地环境存在显著差异ꎬ同时开花模式不集中导致的缺乏传粉者完成异花授粉或许是引起异交成功率降低的
主要外因ꎮ 因此ꎬ提高蓝花丹的结实率应从克服其自身自交不亲和性以及适当引入安全传媒昆虫入手ꎮ
关键词: 蓝花丹ꎬ 繁育系统ꎬ 传粉生物学ꎬ 结实率ꎬ 自交不亲和
中图分类号: Q945.5    文献标识码: A    文章编号: 1000 ̄3142(2016)01 ̄0107 ̄07
Pollination biology and the breeding system of
Plumbago auriculata low seed ̄set ratio
WU Pei ̄Wen1ꎬ GAO Su ̄Ping2∗ꎬ ZHANG Shuo1ꎬ ZHAO Zhi ̄Hui1
( 1. College of Landscape Architectureꎬ Sichuan Agricultural Uniersityꎬ Chengdu 611130ꎬ Chinaꎻ 2. Landscape
Research Institute of Sichuan Agricultural Universityꎬ Chengdu 611130ꎬ China )
Abstract: In order to explain the main reasons for the low natural seed ̄set ratio of Plumbago auriculataꎬ which can con ̄
tribute to the large ̄scale production of P. auriculata and also help to get rid of the situation that the seeds over ̄rely on
the import from abroad at the same time. We attempted to measured the dynamic changes of the pollen viability by the
method of TTC and the stigma receptivity and the method of Benzidine ̄H2O2 in two waysꎬ which respectively focused
more on the pollination biology and the breeding system. And we also estimated the type of the breeding system pollen ̄
ovule ratio (P / O)ꎬ and verified the out ̄crossing index (OCI) by the pollination experiments. The results of the experi ̄
ment were as follows: (1) About P. auriculataꎬ the maturity time of the L ̄type female organs and the S ̄type male or ̄
gansꎬand also that of the L ̄type female organs and the L ̄type male organs overlaped a lotꎬthere was no obvious differ ̄
ence in the maturity time between the female and the male organs. On the other handꎬthe maturity time of the S ̄type fe ̄
male organs and the L ̄type male organsꎬand also that of the S ̄type female organs and the S ̄type male organs overlaped
收稿日期: 2014 ̄09 ̄29    修回日期: 2014 ̄12 ̄27
基金项目: 四川省科技支撑计划项目(2012FZ0083) [Supported by Science and Technology Support Program of Sichuan(2012FZ0083)]ꎮ
作者简介: 吴佩纹(1991 ̄)女ꎬ四川广安人ꎬ在读硕士生ꎬ主要从事蓝花丹繁殖研究ꎬ(E ̄mail):76794231@ qq.comꎮ
∗通讯作者: 高素萍ꎬ博士ꎬ教授ꎬ主要从事观赏植物生理生态研究ꎬ(E ̄mail)supingg@ hotmail.comꎮ
a littleꎬbut the continuous blossoming pattern of P. auriculata reduced reproductive isolation caused by the different ma ̄
turity time of the male and the female sexual organs. (2) The P / O of L ̄type was 502±52.30ꎬthe P / O of S ̄type 482.7±
87.91ꎬboth the out ̄crossing index of the L ̄type and that of the S ̄type are 4. The result of the manual ̄controlled pollina ̄
tion experiments suggested that the breeding system of P. auriculata was obligate outcrossing and it had the feature of the
heteromorphic incompatibility. To sum upꎬthe reasons for the low natural seed ̄set ratio of P. auriculata were the combi ̄
nation of both internal and external factors. Among these factorsꎬthe short same maturity time of the male and the female
sexual organs was not the main reasonꎬwhile the strong self ̄incompatibility of P. auriculata itself might be the key inter ̄
nal factor to lead to the low natural seed ̄set ratio. Due to the breeding system of the obligate outcrossingꎬit was quite
necessary for P. auriculata to had the pollination medium to lead to the successful pollination. Howeverꎬthe introduction
environment and the original environment were distinctly differentꎬin additionꎬthe mode of the scattered blooming led to
the cross ̄pollinatorꎬwhich might be the key external factor of low success rate of outcrossing. In a conclusionꎬthe im ̄
provement of the natural seed ̄set ratio of P. auriculata should mainly focus on overcoming the incompatibility of P. auric ̄
ulata itselfꎬand also properly bringing in some insects as the safe medium. This would provide the theoretical guidance
and the application foundation for the expansion of this kind of species resource and also the acceleration of the promotion
and the application.
Key words: Plumbago auriculataꎬ breeding systemꎬ pollination biologyꎬ seed ̄set ratioꎬ self ̄incompatibility
    异型花柱现象长久以来受到植物学家的关注ꎬ
包含了二型花柱和三型花柱两种类型ꎬ其中二型花
柱更为普遍ꎬ为最常见的一种雌雄蕊异位(Barrett et
alꎬ2000ꎻ陈明林等ꎬ2010)ꎮ 异型花柱植物的自交不
亲和性被认定为该类型植物的基本特征(Meeus et
alꎬ2011ꎻKlein et alꎬ2009)ꎬ但也有研究显示其具有
自交亲和性(Eckert et alꎬ1994)ꎮ 因异型花柱植物
的型内亲和与否和其自然结实率关系密切ꎬ故有必
要对植物繁育系统中的自交不亲和程度及交配系统
作进一步研究(张仁波等ꎬ2006)ꎮ
蓝花丹(Plumbago auriculata)为多年生常绿灌
木ꎬ因富含大量的白花丹素具有较高药用价值ꎬ且花
朵颜色独特ꎬ开花周期长ꎬ被视为园林景观材料中的
新宠ꎮ 已有学者(张硕等ꎬ2014)对蓝花丹的花部形
态特征进行了测定ꎬ确定其属于二型花柱植物ꎬ有长
短花柱之分(分别记为 L型和 S 型)ꎬ初步判定其具
有自交不亲和特性ꎮ 花部形态有着典型的二态性ꎬ
在花筒口直径ꎬ花筒长度ꎬ雌蕊高度ꎬ雄蕊高度等方
面差异极显著ꎬ这些特征是蓝花丹对型间互补式雌
雄异位的进化适应策略(张硕等ꎬ2014)ꎮ 目前ꎬ蓝
花丹自然结实率低致使该资源短缺ꎬ成为阻碍蓝花
丹推广应用的瓶颈问题ꎮ 植物结实与传粉有着密切
联系ꎬ传粉是种子植物繁殖的必经阶段(何璐等ꎬ
2010)ꎮ 花粉的运动在较大水平上限制了植物个体
间的基因流和群体交配方式(黄双全等ꎬ2000)ꎮ 通
常成功的传粉需要满足四个条件:(1)花粉和花柱
都处于成熟状态ꎻ(2)成熟且有活性的花粉散出ꎻ
(3)拥有足够的传粉媒介及适宜的访花频率保证花
粉在柱头的滞落率ꎻ(4)柱头和花粉之间能成功地
相互识别(陈家宽等ꎬ1994)ꎮ 现阶段国内外关于蓝
花丹以及所在科属的研究主要集中于观赏特性ꎬ生
物学特性、药用成分的分析以及组织培养上(Gango ̄
padhyay et alꎬ2008ꎻIyyakkannu et alꎬ2009ꎻSeiichi et
alꎬ2012)ꎬFerrero et al(2009)初步研究了蓝花丹的
传粉特征ꎬ但并未从传粉生物学的角度结合其对结
实率的影响进行深入探讨ꎬ关于其繁育系统的研究
也未见报道ꎮ 因此ꎬ蓝花丹是否具有典型的自交不
亲和系统ꎬ其传粉特征与繁育系统是否与自然结实
率低有密切的关系都值得开展深刻的探索ꎮ
本实验通过对蓝花丹花粉生活力、柱头可授性、
繁育系统及其亲和特性的观察ꎬ试图探索蓝花丹自
然结实率低的主要原因ꎬ为扩大该物种资源、促进其
应用给予理论指导和奠定应用基础ꎮ
1  材料与方法
1.1 材料
为蓝花丹 5年生实生苗ꎬ原产于南非ꎬ其柱头二
型分为长花柱型花(L 型)和短花柱型花(S 型)ꎬ现
种植在四川农业大学成都校区苗圃内ꎮ 实生苗种子
购至泛美ꎬ播种以来长势强健ꎮ
1.2 方法
1.2.1 花粉活力的测定  用 TTC 法(张志良ꎬ2003)
进行花粉活力的测定ꎮ 把长短柱花型(L型和 S型)
801 广  西  植  物                                  36卷
各 10朵进行随机套袋标记ꎬ以蓝花丹第 1枚花瓣伸
展初始记为 0 hꎬ分别于 0、2、4、6、8、24、36、48、72 h
时用解剖针将花粉挑出ꎬ置于洁净凹槽载玻片的凹
槽内ꎬ滴入 1~2 滴 0.5%的 TTC(2ꎬ3ꎬ5 ̄氯化三苯基
四氮唑)溶液ꎬ使用镊子把花粉搅拌均匀ꎬ于 35 ℃
的环境条件下放置 15 minꎬ最后于显微镜下观测花
粉被染色的情况(赵兴华ꎬ2009)ꎮ 判断活力的标
准:染上深红色被认为是活性很强的花粉ꎬ略浅的红
色表示活性相对低的花粉ꎬ未被染上色则表明花粉
不存在活性ꎮ 每张片随机选择 3 个视野ꎬ统计染色
花粉数ꎬ计算花粉染色率ꎬ最后取其平均值为蓝花丹
花粉活力百分比ꎬ重复 3 次ꎮ 花粉活力(%)= 染红
花粉数(粒) /花粉总数(粒)×100%(朱慧等ꎬ2009)
1.2.2 柱头可授性的检测  柱头可授性用联苯胺 ̄过
氧化氢法(刘林德等ꎬ2001)检测ꎮ 随机套袋标记 L
型花和 S 型花各 10 朵ꎬ分别于花朵开放后 0、2、4、
6、8、24、36、48、72 h 取下花柱ꎬ置于含有 1 ~ 2 滴联
苯胺 ̄过氧化氢反应液(1%联苯胺 ∶ 3%过氧化氢 ∶
水= 4 ∶ 11 ∶ 22ꎬ体积比)的凹槽载玻片内ꎮ 若花柱
具有活性ꎬ花柱周边的溶液出现蓝色ꎬ同时生成较多
气泡ꎬ相反ꎬ没有气泡生成ꎬ并且溶液不会变化为蓝
色的花柱不具备可授能力ꎮ
1.2.3 花粉 ̄胚珠比(P / O)的测定  按 Cruden(1977)
的方法对花粉 ̄胚珠比(P / O)进行测定ꎮ 把未开裂
的长、短柱型花各 10 朵进行随机采集花药ꎬ从每一
朵花上获取全部花药ꎬ加入 1.0 mol􀅰L ̄1 HC1 溶液
去除花药壁ꎬ配成 0.5 mL 悬浮液(丙三醇 ∶ 冰醋酸
= 1 ∶ 3)(徐荣等ꎬ2011)ꎮ 使用微量移液枪移取 10
μL至血球计数板ꎬ在显微镜下观察花粉染色情况并
统计数量ꎬ重复操作 4次后算其平均值ꎬ最后换算出
每朵花的花粉粒数(牟勇等ꎬ2007)ꎮ
取上述实验中花朵的雌蕊放入含 0.5 mL 75%
酒精的 15 mL离心管中保存ꎮ 用刀片在显微镜下将
雌蕊剖开ꎬ挑出胚珠并统计数量ꎮ 按 Cruden(1977)
的标准计算每朵花的花粉 ̄胚珠比(P / O)ꎬP / O =单
花花粉数 /单花胚珠数(陆婷等ꎬ2010)ꎮ
1.2.4 杂交指数(OCI)的测定  根据 Dafni(1993)的
标准ꎬOCI由三个花部特征(单花直径、花药开裂时
间和柱头可授性时间是否一致、花药和柱头在空间
上的相对位置关系)决定ꎬ计算方法如下:(1)单花
或者花序直径<1 mm时记为 0ꎻ1~2 mm时记为 1ꎻ2
~ 6 mm时记为 2ꎬ>6 mm时记为 3ꎮ (2)雌雄蕊成熟
时间的顺序ꎬ两者同时成熟或雌蕊先成熟记为 0ꎬ雄
蕊先成熟记为 1ꎻ(3)花药与柱头之间的相对位置ꎬ
处于相同高度记为 0ꎬ空间存在分离无法接触记为
1ꎮ 以上三者分值相加为 OCI 值ꎬ判断标准如下:繁
育系统在 OCI = 0 时为闭花受精型(Cleistogamy)ꎻ
OCI= 1 时为专性自交型(Obligate autogamy)ꎻOCI =
2时为兼性自交型(Facultative autogamy)ꎬ有发生异
交的几率ꎻOCI = 3 时为兼性异交型(Facultative out ̄
crossing )ꎬ可自花授粉ꎬ某些品种需媒介传粉ꎻOCI =
4时为部分自交亲和ꎬ多数品种异交ꎬ传粉依赖传粉
媒介(杨艳娟等ꎬ2012)ꎮ
1.2.5 人工控制授粉实验  将花药未开裂且即将绽
放的蓝花丹花蕾进行去雄并标记ꎬ根据蓝花丹二型
花柱的特征ꎬ共进行 L×L(自然套袋)ꎬS×S(自然套
袋)ꎬL×L(人工同型同株授粉)ꎬS×S(人工同型同株
授粉)ꎬL×L’(人工同型异株授粉)ꎬS×S’(人工同型
异株授粉)(L’:长花柱异株ꎬS’:短花柱异株)ꎬ不
套袋自然传粉ꎬL×S(人工异型花授粉)ꎬS×L(人工
异型花授粉)10 种处理方法ꎬ每种处理供试花朵数
30朵ꎬ重复 3次ꎬ定期观察每种处理的结实情况ꎬ计
算结实率ꎮ 结种率 =成熟种子数 / (成熟种子数+败
育种子数)×100%(费世民等ꎬ2006)ꎮ
2  结果与分析
2.1 蓝花丹花粉活性的测定结果
由表 1 可知ꎬ长、短型花粉活力在 72 h 观察期
间均出现先上升后下降的趋势ꎮ 两型花瓣伸展时的
花粉生活力 L 型大于 S 型ꎬ前者为 45. 5%ꎬ后者
28.02%ꎮ 随着时间的延长ꎬ其生活力呈上升趋势ꎬ
但两者达峰值时间不同(前者 95.76%ꎬ花瓣伸展后
8 hꎻ后者 94.67%ꎬ6 h)ꎬ即 L型要滞后 S型 2 hꎮ
L、S型花柱的花粉活力在花瓣伸展初始存在一
定差异ꎮ 初始 S型花粉的活力略低于 L型花粉生活
力ꎻ花瓣伸展后 6 ~ 24 h 内ꎬ两种类型的花粉活力都
处于高值阶段ꎬ且这一时期是授粉的最佳时期ꎮ 24
h后ꎬ虽长花柱花粉活力还保持 20% ~ 80%之间ꎬ但
此时短花柱花粉的活力已下降明显ꎬ48 h 后已低于
12%ꎬ此时授粉已难于成功ꎮ
2.2 蓝花丹柱头可授性的测定结果
由表 1可知ꎬ蓝花丹 L 型柱头在花瓣伸展初始
就具有可授性ꎬ其可授性随着时间先上升再下降ꎬ在
花瓣伸展后 6 h时达到最大可授性ꎬ一直持续至 24
hꎬ 随后迅速下降ꎬ 到 48 h可授性已十分微弱ꎬ直至
9011期                  吴佩纹等: 蓝花丹结实率低的传粉生物学和繁育系统初探
表 1  蓝花丹花粉活性、柱头可授性一览表
Table 1  Pollen viability and stigma receptivity
of Plumbago auriculata
开花时间
Flowering
time (h)
花粉活力
Pollen viability
L S
柱头可授性
Stigma receptivity
L S
0 45.68±2.56 28.02±1.01 ++ ++++
2 77.48±1.67 80.84±1.00 ++ ++++
4 87.52±0.50 89.63±1.22 +++ ++
6 78.42±0.36 94.67±1.04 ++++ +
8 95.76±1.31 89.27±0.99 ++++ -
24 84.82±0.76 85.98±0.48 ++++ -
36 66.70±1.14 46.67±0.96 ++ -
48 42.40±1.37 12.13±1.19 + -
72 23.29±1.12 3.63±0.50 - -
  注: -示花柱不可授或只具有很弱的可授性ꎻ +示花柱可授ꎻ ++示花柱的可
授性略强ꎻ+++示花柱可授性强ꎻ ++++示花柱具备最强可授性ꎮ
  Note: -shows stigmas without receptivity or with low receptivityꎻ + shows stigmas
with receptivityꎻ ++ shows stigmas with high receptivityꎻ ++++ shows stigmas with
the highest receptivity.
图 1  蓝花丹长、短花柱花粉活力期及柱头可授期
Fig. 1  Long and short style pollen viability period and stigma
receptivity period of Plumbago auriculata
72 h可授能力完全消失ꎮ S型花柱同样在花瓣伸展
初始就具有可授性ꎬ在花瓣伸展 0 ~ 2 h 内可授性最
强ꎬ其后迅速下降至 6 h 时仍具有较弱可授性ꎬ但 8
h后完全丧失可授能力ꎮ
尽管蓝花丹两型花粉在花瓣展开后 0 h 就有较
强的可授性ꎬ对花柱和花粉活力的关注仍集中在散
粉以后ꎮ 根据观察ꎬL 型材料在花瓣展开后 5 h 左
右开始散粉ꎬS型材料在 4 h左右开始散粉ꎮ 由图 1
可知ꎬ由于散粉后ꎬ两型柱头上会同时落滞两型花
粉ꎬ因此ꎬ花柱与花粉活力的比较分为四种情况ꎮ
(1)L柱头与 S 花粉活力的比较:S 型散粉之后ꎬL
型柱头和 S型花粉有 44 h 均具备可授能力ꎻ(2) S
柱头与 S花粉活力的比较:S 型散粉之后ꎬS 型柱头
和 S型花粉仅有 2 h均具备可授能力ꎻ(3)S 柱头与
L花粉活力的比较:当 L 型散粉之后ꎬS 型花柱与 L
型花粉仅有 1 h均具备可授能力ꎻ(4)L柱头与 L花
粉活力的比较:当 L型散粉之后ꎬL型花柱与 L型花
粉有 43 h均具备可授能力ꎮ
2.3 花粉 ̄胚珠比(P / O)的测定结果
由表 2可知ꎬ蓝花丹 L 型花平均单花花粉粒为
(502.00±52.30)粒ꎬ单花胚珠数为 1ꎬ因此可得花粉 ̄
胚珠比(P / O)为 502.00±52.30ꎻS 型花平均单花花
粉粒为(482.70±87.91)粒ꎬ单花胚珠数为 1ꎬ得其花
粉 ̄胚珠比(P / O)为 482.70±87.91ꎬ按照标准ꎬ可判
断蓝花丹属兼性异交类型ꎮ
表 2  蓝花丹花粉胚珠比测定结果
Table 2  Pollen / ovule ratio of Plumbago auriculata
花柱类型
Style type
花粉量 /单花
Pollen amount /
per flower
胚珠数 /单花
Ovule number /
per flower
花粉 ̄胚珠比
Pollen / ovule
ratio
L型 L ̄type 502.00±52.30 1±0 502.00±52.30
S型 S ̄type 482.70±87.91 1±0 482.70±87.91
2.4 杂交指数(OCI)的测定结果
按照 Dafni(1993)的方法对蓝花丹进行杂交指
数的测量ꎮ 蓝花丹花冠直径约为 26 mmꎬ计为 3ꎻ雌
蕊先于雄蕊成熟ꎬ计为 0ꎻ雌蕊明显高于或者低于雄
蕊ꎬ计为 1ꎬ统计得出蓝花丹的杂交指数(OCI)为 4ꎬ
其繁育系统为异交型ꎮ 这样的结果与用 P / O 值测
定出的繁育系统类型存在一定差异ꎮ
2.5 人工控制授粉实验
通过表 3所示的结果可知ꎬ在不去雄自然套袋、
人工同型同株自交、人工同型异株自交的处理下ꎬ蓝
花丹的长花柱型花和短花柱型花结实率都为 0ꎻ不
套袋的自然传粉处理结果显示:长花柱花的自然结
实率为(3.33±2.72)%ꎬ短花柱花的自然结实率为
(10.00±4.73)%ꎮ 而人工辅助异型花杂交的处理
中ꎬ结实率则分别高达(90. 00 ± 4. 71)% ( S ×L)和
(83.33±2.74)%(L×S)ꎮ 此结果表明:蓝花丹具有
自交不亲和性ꎻ人工辅助异花杂交能极大程度上提
高该植物的结实率ꎮ
3  讨论
根据成功授粉并产生种子的四个条件ꎬ本研究
从 3个层面得出的结果ꎬ在一定程度上对自然条件
下蓝花丹种子结实量低的原因给予了解释ꎮ
首先ꎬ在性成熟的时间上ꎬ本研究表明蓝花丹 L
011 广  西  植  物                                  36卷
表 3  蓝花丹人工辅助授粉的测定结果
Table 3  Determination results of artificial pollination
experiment on Plumbago auriculata
处理
Treatment
供试花朵数
Sample size
结实率
Fruit set
rate (%)
L×L自然套袋 Bagging 30 0.00±0.00
S×S自然套袋 Bagging 30 0.00±0.00
L×L人工同型同株自交
Same strains of the same type of
artificial flowers pollinated
30 0.00±0.00
S×S人工同型同株自交
Different strains of the same type of
artificial flowers pollinated
30 0.00±0.00
L×L’人工同型异株自交
Different strains of the same type of
artificial flowers pollinated
30 0.00±0.00
S×S’人工同型异株自交
Different strains of the same type of
artificial flowers pollinated
30 0.00±0.00
L不套袋自然传粉
Not bagging natural pollination
30 3.33±2.72
S不套袋自然传粉
Not bagging natural pollination
30 10.00±4.73
L×S人工异型花授粉
Shaped artificial pollination
30 83.33±2.74
S×L人工异型花授粉
Shaped artificial pollination
30 90.00±4.71
型雌器官与 S 型雄器官、L 型雄器官与 L 型雌器官
成熟时间重叠区域较多ꎬ雌雄性器官在成熟时间上
没有显著的差异ꎻ而 S型雌器官与 L型雄器官、S 型
雌器官与 S型雄器官成熟时间重叠区域较少ꎬ存在
一定的生殖隔离ꎮ 赵志惠(2012)研究表明蓝花丹
群体的整个开花持续期为 130 dꎬ个体水平振幅为
5ꎬ开花同步指数为 0.98ꎬ呈现一种大量、分散的开放
模式ꎮ 开花不同步性使得整个花期植株周围总有异
型的成熟花柱或花药ꎬ从而保证花期各个时间段都
有充足的花粉供给柱头ꎬ在一定程度上缓解了雌雄
器官成熟时间上差异带来的生殖隔离ꎮ 因此ꎬ蓝花
丹 S型雌器官与 L 型雄器官、S 型雌器官与 S 型雄
器官成熟重叠时间短不会影响结实率ꎮ
其次ꎬ传粉者作为花粉到柱头的媒介ꎬ其到访频
率和传粉的有效性显著影响到植物的生殖成功ꎮ 本
研究结果显示ꎬ在一致的环境下ꎬ人工型间授粉后的
结实率远高于自然传粉后的结实率ꎬ这说明自然条
件下ꎬ蓝花丹存在花粉限制ꎮ 通常情况ꎬ蓝花丹昆虫
到访率很低ꎬFerrero et al ( 2009)研究表明长喙虻
(Philoliche aethiopica)是蓝花丹的重要花粉传播者ꎬ
达摩蝴蝶(Papilio demodocus)为偶然到访者ꎬ且这类
传粉者传粉效率不高ꎬ由于蓝花丹的原产地为南非ꎬ
大多在中国被引种到华南、华东、西南等地为绿化树
种ꎬ其地理位置和气候状况与原产地相比具有一定
差异ꎮ 陆宝麟等(2003)研究表明长喙虻在中国主
要分布于西藏ꎬ因此推测出蓝花丹的花粉限制是因
为传粉媒介的缺乏ꎮ 同时由于蓝花丹开花模式具有
不集中ꎬ持续时间长ꎬ日均开花量少的特点ꎬ与同期
的其他物种相比ꎬ开花时对传粉者没有足够的吸引
力ꎬ也使得传粉者访问频率低ꎬ导致花粉落滞率低ꎮ
由此推测缺乏合适的传粉者及适宜的访花频率使得
自然条件下蓝花丹缺乏植株间的花粉交流ꎬ这是蓝
花丹自然结实率低的重要原因之一ꎮ
花粉成功到达柱头后ꎬ柱头与花粉是否亲和成
为限制植物结实的关键ꎮ 植物繁育系统的测定中常
用到 P / O、OCI测定和人工控制授粉(何平ꎬ2005ꎻ周
红军等ꎬ2003ꎻ张仁波等ꎬ2006ꎻ何亚平等ꎬ2003ꎻ赖家
业等ꎬ2008ꎻ张文标等ꎬ2009ꎬ秦垦等ꎬ2009)ꎮ 本研究
中ꎬP / O 结果显示蓝花丹为兼性异交ꎬ而 OCI 及人
工控制授粉结果显示其为专性异交ꎮ OCI 检测是从
植物形态适应虫媒传粉出发ꎬ相对于 P / O正确性更
高(张健等ꎬ2009)ꎮ 因此两者结果出现差异时ꎬ通
常取 OCI 值作为最后判定植物繁育系统的依据ꎮ
人工控制授粉试验则排除了环境因素和授粉过程的
差异ꎬ直接关注花柱和花粉的识别对结实率的影响ꎬ
为三种方法中最为有效的检测方式ꎮ 本研究综合三
种测定的方法结果ꎬ判定蓝花丹为专性异交ꎮ
人工控制授粉中ꎬ长花柱型花和短花柱型花ꎬ不
论自然套袋、人工同型同株自交、人工同型异株自交
均不会结实ꎮ 而型间人工授粉后结实率高达(83.33
±2.74)%和(90.00±4.71)%ꎮ 型间和型内结实率的
巨大悬殊说明自交不亲和性在蓝花丹的生殖上起着
决定性作用ꎮ 一般认为ꎬ在二型花柱植物中ꎬ型间的
交配是合法的ꎬ而型内交配则表现出不亲和性ꎬ如安
徽羽叶报春等异型花授粉的结籽数均明显高于自花
授粉和同型异花授粉结籽数(邵剑文等ꎬ2011)ꎮ 艳
丽耳草长 /短花柱型花型间异交花粉管生长形态正
常ꎬ而长 /短花柱型花在自交及型内自交下均表现为
不亲和(刘欣欣等ꎬ2012)ꎮ 作为专性异交植物ꎬ因
为强烈的自交不亲和特性而在自然条件下对花粉有
着甄别作用ꎬ要想授粉成功要求蓝花丹种群有合适
的型比ꎬ以及型间保持适宜的距离便于生殖ꎮ 在缺
乏某一型的种群中或种群中型间距离过长时ꎬ就会
因为自交不亲和特性而导致较低的自然结实率ꎮ 白
花丹属的紫花丹也有相似现象(吴征镒ꎬ2004)ꎮ
综上所述ꎬ传粉者的缺乏和自交不亲和的特性
共同影响蓝花丹的自然结实率ꎮ 其中ꎬ雌雄性器官
1111期                  吴佩纹等: 蓝花丹结实率低的传粉生物学和繁育系统初探
成熟期相遇时间短不是主要原因ꎻ缺乏有效的传粉
者可能是重要的外因ꎬ而较强的自交不亲和性则有
可能是其结实率低下的关键性内因ꎮ 因此提高外来
优良物种蓝花丹的结实率ꎬ要从引入安全的传粉昆
虫和克服自交不亲和性入手ꎮ
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