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沙拐枣属4种植物同地栽培开花物候与生殖特性比较



全 文 :文章编号:1000-694X(2012)05-1315-13
沙拐枣属4种植物同地栽培开花物候
与生殖特性比较
  收稿日期:2012-01-13;改回日期:2012-04-24
  基金项目:科技部国际合作项目“中亚沙拐枣属植物研究及种质资源保护平台建设”(2008DFA31360)资助
  作者简介:康晓珊(1982—),女,助理研究员,主要从事荒漠植物生物生态学研究。Emil:kxs2009@hotmail.com
  * 通讯作者:潘伯荣(Email:brpan@ms.xjb.ac.cn)
康晓珊1,2,潘伯荣1,3*,段士民1,3,索菲亚4,张永智3,
师 玮1,3,古丽努尔·沙比尔哈孜1,2
(1.中国科学院新疆生态与地理研究所 干旱区生物地理与生物资源重点实验室,新疆 乌鲁木齐830011;2.中国科学院研
究生院,北京100049;3.中国科学院新疆生态与地理研究所 吐鲁番沙漠植物园,新疆 吐鲁番838008;4.新疆大学 生命科
学与技术学院,新疆 乌鲁木齐830046)
摘 要:选取吐鲁番沙漠植物园同地栽培的沙拐枣属(CalligonumL.)4种植物,在群体、个体、枝条、同化枝和单
花5个水平上,2007—2009年连续进行开花物候和生殖特性研究。主要结论如下:①4a中4种沙拐枣的各项开花
物候参数相似,2010年各项物候参数明显推迟,4月中旬的温度是影响开花时间的主要因素。②在个体和群体水
平上,泡果沙拐枣(C.calliphysa)和红皮沙拐枣(C.rubicundum)相似,表现为“集中开花模式”,花期重叠指数较
高,达79.99%~100%,密刺沙拐枣(C.densum)和艾比湖沙拐枣(C.ebinuricum)相似,表现为“持续开花模式”,花
期重叠指数较高,为51.79%~79.82%,4个种的共有重叠期较短。③在枝条水平上,泡果沙拐枣和红皮沙拐枣开
花物候特征也表现相似,为开放集中,开花振幅高;密刺沙拐枣和艾比湖沙拐枣表现相似,为开放时间长,开花振幅
低。④在同化枝水平上,开花数、持续时间和同化枝长度在种间和年际间均有不同程度的差异,同化枝水平的始花
位置种间也具有差异,表现为泡果沙拐枣、红皮沙拐枣、密刺沙拐枣始花位置主要集中在第2、3关节,艾比湖沙拐
枣通常在第4关节。⑤在单花水平上,泡果沙拐枣、红皮沙拐枣、密刺沙拐枣、艾比湖沙拐枣的单花开放持续时间
分别为(9.14±0.26)h、(12.95±1.07)h、(10.69±1.75)h、(22.40±1.92)h。⑥在同化枝水平上,4种沙拐枣开花
高峰期的坐果率较高,开花数目与坐果数显著正相关;坐果数和开花位置有一定的关系,表现为着生花多的关节坐
果数也高,其中,泡果沙拐枣的花和果主要集中在第2、3、4关节,红皮沙拐枣集中在第3、4、5关节,密刺沙拐枣集
中在第2、3、4、5关节,艾比湖沙拐枣集中在第4、5、6关节。
关键词:沙拐枣属;同地栽培;开花物候;生殖特性
中图分类号:Q944 文献标识码:A
  植物开花物候(Flowering phenology)的研究一
直备受重视,它不仅是繁殖生物学研究的重要内容
之一[1-6],也是了解和认识植物的传粉,繁育系统以
及生殖成功的基础[7-12]。
植物的开花物候主要研究植物开花式样与环境
因子间的关系以及植物开花的遗传基础和自然选
择,并探讨其适应意义[1,13-14]。从居群水平研究植
物的开花物候,是了解植物种的生殖对策的基础。
同一居群的植物其开花物候并不一定总是相同[15],
开花物候对选择压力有反映,并且开花时间对选择
的适应相当迅速[16]。植物个体或群体的开花物候
可以用一系列参数如开花数、开花时间、开花振幅和
开花持续时间等来描述和量化[17-19],这些参数能显
著影响植物的生殖成功[9,20]。并且这些参数之间是
相互联系的,某一水平的参数可以反映更高水平的
参数的特点[21]。因此,我们可以在多个水平上探讨
植物的开花模式,比较植物种间和种内开花参数的
变化。可以确定形成特定开花式样的组成成分,并
能确定特定的开花式样是否是一个种或居群在特定
时间内本身固有的特性[1]。因此,在多个水平上研
究植物(尤其是系统发生关系相近的种类)的开花物
候特征及各物候参数的时空变异程度,不仅可以探
讨开花物候进化受系统发育限制的程度,还可揭示
影响植物开花时间的进化选择压力[9,22-25]。
  蓼科(Polygonaceae)、沙拐枣(CalligonumL.)
属分为4个组,广泛分布于亚洲、欧洲南部和非洲北
部,4个组在中国均有分布,主要分布于新疆、内蒙
古、甘肃、青海、宁夏等地区。全球共35种,中国有
第32卷 第5期
2012年09月               
中 国 沙 漠
JOURNAL OF DESERT RESEARCH
             
Vol.32 No.5
Sep.2012
23种,其中新疆有22种[26-27]。沙拐枣属灌木群落
是中亚和亚洲中部荒漠植被中的典型植被,是中国
荒漠植被的重要建群种之一,又是防风固沙的优良
植物[28]。
近几年,中国学者对沙拐枣属植物的研究多集
中在分类学[29-35],形态解剖学[36],分子生物学[37],
生态建设应用及生理生态学[38-40]等方面也进行了
不少研究,对该属的物候特征[41-42]的比较研究较
少,尤其对沙拐枣属植物不同种之间的开花物候还
缺乏详细的比较研究。为此,以中国科学院吐鲁番
沙漠植物园为观测地点,对沙拐枣属4个代表种的
开花物候进行观察,重点探讨以下问题:①在同一生
境下,它们的开花物候特点及其影响因子有哪些?
②4种沙拐枣的开花参数、开花位置与坐果数的相
关性。以期为该属植物的繁殖生物学研究和迁地保
育策略提供必要的基础资料和信息。
1 研究地点与研究方法
1.1 研究地点和研究材料
研究地点位于吐鲁番盆地东南部恰特喀勒乡境
内,地理坐标为40°51′N,89°11′E,海拔-95~
-76m。地带性土壤为原始灰棕色荒漠土,pH 值
为8.6~9.1。属温带极端干旱的大陆性气候:年平
均气温13.9℃,极端最高气温47.6℃,极端最低气
温为-28.0℃;年有效积温为5 454.5℃;无霜期为
256.6d:年平均降水量为16.4mm、平均蒸发量为
2 387.8mm、平 均 湿 度 为 41%、日 照 时 数
3 049.5h;年平均大风日数26.8d,最大风速超过
40m·s-1[43]。该植物园2007—2010年的温度及
降水情况见表1,气象资料采集于吐鲁番沙漠植物
园自动气象站。
研究材料为种植于中国科学院吐鲁番沙漠植物
园的沙拐枣属4个组中较具代表性的种:泡果组
(Sect.Calliphysa)的泡果沙拐枣(C.calliphysa),
该组中仅此一种,在中国分布仅在新疆和内蒙古;翅
果组 (Sect.Pterococcus)的红皮沙拐枣(C.rubi-
cundum),在中国分布仅在新疆额尔齐斯河两岸;基
翅组(Sect.Calligonum)的密刺沙拐枣(C.den-
sum),在中国仅分布于新疆霍城县;刺果组(Sect.
Medusae)的艾比湖沙拐枣(C.ebinuricum),为中国
特有种,在中国仅分布于新疆精河县和莫索湾。吐
鲁番沙漠植物园于1973年从精河引进泡果沙拐枣
(C.calliphysa)、艾比湖沙拐枣种子;1974年从布
尔津引进红皮沙拐枣种子、1977年从霍城引进密刺
沙拐枣种子,1977年进行实生苗栽培定植[43]。在同
一环境下研究4个种的开花物候,即不考虑环境所
带来的差异,仅考虑种间遗传差异。在该园中,这4
种植物生长良好,植株均能正常发育并开花结实(下
文均简称为泡果、红皮、密刺、艾比湖)。
表1 吐鲁番沙漠植物园2007—2010年3—5月的旬平均气温与旬降水量
Table 1 The ten-day temperature and precipitation from March to May at the Turpan
Eremophytes Botanic Garden during 2007—2010
要素 年份
3月
上旬 中旬 下旬
4月
上旬 中旬 下旬
5月
上旬 中旬 下旬
平均气温/℃ 2007  4.2  10.6  17.7  18.1  25.6  22.7  26.6  27.8  27.0
2008  10.7  14.0  13.4  17.9  19.8  21.9  23.1  32.0  32.0
2009  1.93  5.3  11.4  16.1  18.6  17.7  19.3  22.0  21.4
2010  3.6  9.9  11.7  16.3  16.2  23.1  25.6  22.9  28.2
降水量/mm  2007  0  0  0  0  0  0  0  0  0.3
2008  0  0  0  0  0  0  3.1  0  0
2009  0  0  0  0  0  0  0  0  0
2010  0  0  0  0  0  0  0  0  0
1.2 研究方法及内容
参照Dafni等[19]的方法,于2007年沙拐枣开花
前,标记植物园内生长良好、人为影响小、个体大小
(基茎、高度)基本一致的4个种的植株各15株,开
花物候从群体、个体、枝条、同化枝、单花5个水平进
行观察,对所有标记植株观察记录其开花进程。连
续观测4a(2007—2010年),每年3月至6月进行。
6131                 中 国 沙 漠              第32卷 
1)个体和群体水平。观察和统计的开花参数主
要有始花日期(onset)、开花高峰期(peak flowering
date)、持续时间(duration)和终花期(end date)。在
植物园中,沙拐枣植株较多,在个体水平的统计分析
时,仅对进行标记的个体进行统计分析,以所标记的
全部个体的平均值计算,其中始花日期为第一朵花
开放的日期;大于或等于50%为盛花期;小于10%
的开花数为末花期;无花开放为终花期。在进行群
体水平的统计分析时,还参考了园中其他同种植株
的开花特点。群体水平上25%的个体开花时视为
始花,50%的个体达到开花高峰时视为群体开花高
峰期,95%的植株开花结束时视为群体花期结束。
始花日期的统计参考Pickering[18]的方法,以4月1
日为第1天(计为1),4月2日为第2天(计为2),依
此类 推。同 时,参 考 Krebs[44]的 方 法,用 花 期
重叠指数检测4种沙拐枣花期重叠程度,计算公式
如下:
Pij = [∑

(minimumPdi,Pdj)]×100
(i=c,r,d,e;j=r,d,e;i≠j)
式中:c=C.calliphysa,r=C.rubicundum,d=C.
densum,e=C.ebinuricum;Pij=其中两种沙拐枣
的花期重叠度;Pdi,Pdj=(每种植物在特定观察日
期内的开花数量)/(所有观察日期内开花总量);n=
观测总天数。
2)枝条水平。由于沙拐枣属植物单株开花量
大,为便于统计,在开花前在已标记每个种的植株上
随机标记枝条各16个(阳上、阳下、阴上和阴下),开
花后统计每天新开花数、枝条上花朵开放顺序及枝
条开放持续时间(枝条长度为30cm)。枝条水平的
物候参数以所标记的全部枝条的平均值计算。开花
振幅(flowering amplitude)的计算参考 Newstrom
等[45]的定义,只标记枝条上单位时间的开花数,用
开花数/天来表示。
3)同化枝水平。每个种在东、南、西、北4个方
位随机各标记10个同化枝,每个同化枝上花蕾不少
于5个。开花后每日绘制同化枝动态图,标记花蕾、
花及果实的状态,直至全部结实。花期结束后统计
同化枝始花时间、始花位置、持续时间和每日开花
数。同化枝水平的开花振幅指所标记同化枝上单位
时间的开花数,用开花数/天来表示,同时测量所观
察的同化枝长度,比较种间差异。
4)单花水平。盛花期时标记4个种单花各15
朵,全天候观测,记录开花时间和萎蔫时间,以所标
记的全部单花的平均值计算,统计结果以平均值±
标准误(SE)表示(单位:h)。单花花期参考Rathcke
等[21]的定义。
1.3 数据分析
用Excel 2007和SPSS18.0软件进行统计分
析。
2 结果
2.1 个体和群体开花物候
1)个体和群体开花物候特点。无论在个体水平
还是群体水平上(表2),泡果和红皮表现为最先开
花,始花日期相近,比密刺和艾比湖早3~8d;4个
种均在始花期3~7d后达到盛花,开花高峰期一般
为1~3d,2010年密刺和艾比湖的高峰期略长达
6~7d;泡果与红皮个体和群体水平各项开花参数
较相近,密刺和艾比湖的各项开花参数较相近。
在持续时间上,密刺和艾比湖的均显著长于泡
果与红皮,且前者花蕾期和开花期重叠明显,在开花
的同时,不断地产生花蕾,花期从4月中下旬一直持
续到6月中旬,表现为“持续开花模式”(Extended-
flowering pattern)[46];而后者则不同,开花持续时
间16~33d,属“集中开花模式”(Mass-flowering
pattern)[17]或“总巢式开花模式”(Cornucopia-flow-
ering pattern)[47],花开完毕后几乎不产生新的花
蕾,只有少数植株有零星的花蕾,花期稍长。
2008年较2007年4个种的个体和群体的各项
开花参数均有不同程度的推后,开花持续时间除泡
果均明显延长;2009年较2008、2007年个体和群体
的各项开花参数均有不同程度的提前,持续时间泡
果和红皮明显缩短,密刺和艾比湖明显延长,且开花
高峰期滞后明显,说明密刺和艾比湖开花更加的分
散、不集中。
总的来说,2007—2009年的始花期和高峰期变
化不大,提前或推后约0~3d,但2010年始花期和
高峰期推迟6~12d,持续时间泡果和红皮明显延
长,而密刺和艾比湖没有变化。
  2)开花重叠指数和重叠时间。泡果和红皮的开
花重叠指数较大,在79.99%~100%之间(表3);密
刺和艾比湖的重叠时间也较长,重叠指数在51.79%
7131 第5期 康晓珊等:沙拐枣属4种植物同地栽培开花物候与生殖特性比较    
表2 2007—2010年4种沙拐枣个体和种群的开花物候特征(每个种n=15,平均值±标准误)
Table 2 Characteristics of flowering phenology of four Calligonumspecies at individual
or population level in 2007—2010(n=15for each species,means±SE)
观测项目
泡果沙拐枣
2007年 2008年 2009年 2010年
红皮沙拐枣
2007年 2008年 2009年 2010年
个体水平
始花期(月-日) 04-14±0.01 04-16±0.01 04-16±0.01 04-22±0.01 04-15±0.001 04-15±0.001 04-13±0.001 04-25±0.001
始花期范围 10~16  15~18  14~20  22~27  14~17  15~17  13~15  25~27
持续时间/d  17±2.53  21±3.75  17±1.69  28±0.98  16±0.33  21±1.71  13±0.52  26±0.77
持续时间范围/d  13~25  14~25  13~19  23~33  15~18  10~28  11~16  22~31
群体水平
始花日期(月-日) 04-16  04-16  04-16  04-22  04-15  04-15  04-13  04-25
开花高峰期(月-日) 4-18  04-21  04-19  04-29  04-17  04-18  04-16  04-29
终花期(月-日) 05-10  05-10  05-4  05-24  05-2  05-12  04-28  05-25
持续时间/d  25  25  19  33  18  28  16  31
观测项目
密刺沙拐枣
2007年 2008年 2009年 2010年
艾比湖沙拐枣
2007年 2008年 2009年 2010年
个体水平
始花期(月-日) 04-20±0.01 04-22±0.01 04-20±0.001 04-30±0.13 04-19±0.001 04-22±0.01 04-18±0.001 04-30±0.10
始花期范 18~23  18~24  17~21  29~33  17~22  19~26  16~20  30~32
持续时间/d  22±3.24  33±4.31  36±4.62  42±3.64  44±0.79  51±2.74  38±6.30  43±3.05
持续时间范围/d  17~25  21~44  25~58  32~58  36~50  39~57  19~62  31~55
群体水平
花日期(月-日) 04-20  04-22  04-20  04-30  04-18  04-22  04-18  04-30
开花高峰期(月-日) 04-23  04-26  04-25  05-03  04-24  04-27  04-27  05-06
终花期(月-日) 05-14  06-04  06-16  06-26  06-06  06-17  06-18  06-23
持续时间/d  25  44  58  58  50  57  62  55
~79.82%之间,但是泡果和密刺、艾比湖,红皮和密
刺、艾比湖共有的开花重叠期较短。
  4a中4个种均有花期相遇(表2),2007年共有
的花期重叠时间为13d,2008年为19d,2009年为
9d;2010年为25d。其中,泡果和红皮的花期重叠
期4a分别为:17d,25d,13d,30d,密刺和艾比湖
的花期重叠期较长,4a分别为25d,44d,58d,55
d。说明泡果和红皮,密刺和艾比湖两两间具有较长
的开花重叠期,4个种共有的花期重叠期不长;从其
他开花参数上可知(表2,表3),当泡果和红皮处于
开花高峰期时,密刺和艾比湖处于始花,当密刺和艾
比湖处于开花盛期时,泡果和红皮则刚进入末花期;
因此,认为4个种存在花期分化,但是分化不完全。
2.2 枝条水平的开花物候
1)开花数与持续时间。4种沙拐枣枝条水平的
开花数和开放持续时间统计结果如表4所示。密刺
和艾比湖枝条水平的开花持续时间明显长于泡果和
红皮,但是开花数目小于后者,这与个体和群体水平
结果相似,说明泡果和红皮开放集中,开花强度高。
开花数目和开花持续时间在年际间都有所变
化。2008年较2007年开花数目和开花持续都有显
著增加,2009年除了艾比湖,持续时间都明显缩短,
开花数目除红皮外均显著下降;2010年除红皮外,
8131                 中 国 沙 漠              第32卷 
表3 2007—2010年4个种间开花重叠指数
Table 3 The flowing overlapping indices of the four
Calligonumspecies in 2007—2010
物种
红皮沙拐枣
/%
密刺沙拐枣
/%
艾比湖沙拐枣
/%
泡果沙拐枣 2007  100  13.23  17.12
2008  79.99  23.90  19.96
2009  93.69  24.38  23.96
2010  99.50  22.04  14.61
红皮沙拐枣 2007 / 1.80  3.37
2008 / 13.66  9.73
2009 / 10.49  7.33
2010 / 12.41  7.70
密刺沙拐枣 2007 / / 79.82
2008 / / 60.22
2009 / / 73.73
2010 / / 51.79
其余3个种的开花数目显著增加,持续时间除艾比
湖外均有所延长。
  2)开花振幅。2007—2010年枝条水平的开花
振幅如图1。泡果和红皮较密刺和艾比湖的开花振
幅高,持续时间短,开放相对集中;持续时间艾比湖
最长。4个种在年际间均有变化,其中,泡果和密刺
变化较大。
  2007—2009年,泡果的开花振幅曲线均为双峰
曲线(图1,2007年的第2个峰值很小),始花1~2d
后迅速到达高峰期,2007年具有最高的开花振幅;
2008年第1个开花峰值略高于第2个峰值,开花持
续时间在4a中最长;但是2009年,第2个峰值显
著大于第1个峰值;2010年开花振幅波峰明显大于
2007—2009年,处于4个种之首,呈单峰曲线,上升
和下降都很迅速。
红皮的开花振幅曲线4a均为单峰曲线(2008
年,有一个不明显的回升)。始花后1~2d迅速到
达开花高峰期,然后迅速下降。其中,2008年开花
振幅最高,2008年和2009年相对于其他3个种具有
表4 4种沙拐枣枝条上的开花物候特征 (每个种n=16,平均值±标准误)
Table 4 Characteristics of flowering phenology of the four Calligonumspecies at branch level
in 2007—2010(n=16for each species,means±SE)
观测项目
泡果沙拐枣
2007年 2008年 2009年 2010年
红皮沙拐枣
2007年 2008年 2009年 2010年
平均每日开花数 49.76±9.21 16.09±2.89  9.53±2.76  42.59±6.95 26.55±7.25 22.06±2.91 27.09±2.60 27.86±4.02
每日开花数范围 0~187  0~150  0~128  0~237  0~197  0~152  0~142  0~218
持续时间/d  8.00±0.22  13.94±0.49  7.68±0.48  13.75±1.41  5.88±0.81  12.560.60  7.56±0.38  10.31±1.39
持续时间范围/d  7~9  11~16  4~11  8~24  0~9  9~17  5~10  7~23
观测项目
密刺沙拐枣
2007年 2008年 2009年 2010年
艾比湖沙拐枣
2007年 2008年 2009年 2010年
平均每日开花数 17.73±3.08 20.55±2.95 16.40±2.60 21.44±2.96 12.94±3.35 13.44±1.94  9.45±1.19  19.28±3.06
每日开花数范围 0~172  0~133  0~182  0~185  0~189  0~98  0~59  0~148
持续时间/d  17.38±1.37 18.13±1.27 16.94±1.07 20.25±1.12 18.81±2.03 23.00±0.72 34.00±1.49 25.56±0.57
持续时间范围/d  12~31  10~25  10~25  8~26  6~34  18~27  19~38  21~28
最高的开花振幅;2010年红皮的振幅较往年变化不
大,但是以较低的开花振幅持续较长的时间,开花时
间较前3a长。
密刺的振幅曲线4a均为双峰曲线,2007年,缓
慢的到达第1个峰值,然后迅速下降,而后又再次上
升到达第2个峰值,同样很快的下降,两次峰值相差
不大,开花一直零星的持续到5月下旬;2008年,第
1个峰值明显高于第2个,到达高峰后迅速下降,以
较小的开花振幅一直持续到5月下旬;2010年峰值
显著高于其他3a,2007年,2009年和2010年的曲
线趋势相似。
艾比湖的振幅曲线4a均为多峰曲线,开花振
幅最小,开花零星的一直持续到5月末,甚至延续到
6月;4a的开花振幅曲线趋势差异不大,开花高峰
期变化范围为4月末到5月末初。
泡果和红皮,密刺和艾比湖的开花高峰期、开花
9131 第5期 康晓珊等:沙拐枣属4种植物同地栽培开花物候与生殖特性比较    
图1 2007—2010年4种沙拐枣枝条水平的开花振幅曲线
Fig.1 Curves of flowering number amplitude of the four Calligonumspecies at branch level in 2007—2010
持续时间两两相似;泡果和红皮的开花高峰期在4
月中旬,密刺和艾比湖在4月末(2010年除外)到达
盛花期时,泡果和红皮已至末花期。
2.3 同化枝水平的开花物候
1)同化枝长度、开花数目与持续时间。2009—
2010年4种沙拐枣同化枝长度、开花数和开放持续
时间统计结果见表5。
2009—2010年同化枝长度均表现为红皮和艾
比湖较长。对不同年份的同化枝长度进行单因素方
差分析,除红皮外(Fr=0.65,P>0.05),其他3个
种年际间差异均达极显著,(Fc=27.20,Fd=1.71,
Fe=22.6;P<0.05);种间同化枝长度进行 Tukey
HSD多重比较,种间差异显著,结果见表5。
  2009年表现为红皮和密刺开花数目较多,2010
年表现为密刺和艾比湖开花数目较多。不同年份
间,红皮和艾比湖的同化枝上开花数目差异达极显
著(Fr=24.058,Fe=87.138;P<0.05),其余均未
到达显著水平(Fc=3.261,Fd=3.780;P>0.05)。
种间开花数目进行 Tukey HSD多重比较,种间差
异显著(下标c,r,d和e分别代表泡果,红皮,密刺
和艾比湖),结果见表5。
2009—2010年开花持续时间均表现为密刺和
艾比湖持续时间较长。持续时间仅红皮和艾比湖在
0231                 中 国 沙 漠              第32卷 
表5 2009和2010年4种沙拐枣同化枝水平开花物候特征(每个种n=40,平均值±标准误)
Table 5 Characteristics of flowering phenology of the four Calligonumspecies at branchlet
twig level in 2009and 2010(n=40for each species,means±SE)
观测项目
泡果沙拐枣
2009年 2010年
红皮沙拐枣
2009年 2010年
密刺沙拐枣
2009年 2010年
艾比湖沙拐枣
2009年 2010年
开花数 7.75±0.51B  9.00±0.47b 11.83±0.68A 7.95±0.40b 11.95±0.58A 13.68±0.67a 7.85±0.26B 12.50±0.42a
开花数范围 1~13  3~16  3~20  2~14  7~22  7~22  4~11  8~17
开放持续时间/d 5.98±0.29B  4.80±0.16c  6.63±0.28B  4.00±0.13d  8.90±0.59A  9.00±0.31b  6.43±0.27B 11.40±0.39a
开放持续时间范围/d  1~8  3~7  3~10  2~6  4~15  6~13  4~12  7~17
同化枝长度/cm 7.10±0.17C 11.31±0.19c 12.79±0.36A 14.07±0.35b 8.25±0.22B  9.92±0.34d 13.21±0.29A 22.47±0.49a
  注:种间0.05水平差异显著性2009年以大写字母表示,2010年以小写字母表示。
年际间的差异达到极显著 (Fr=72.939,Fe =
108.041;P<0.05),泡果和密刺未达显著水平
(Fc=12.142,Fd=0.024;P>0.05);种间开花持续
时间进行Tukey HSD多重比较,种间差异显著。
4个种同花枝水平的同化枝长度、开花数和开
放持续时间均表现出显著差异,具有各自的特点。
泡果同化枝最短,开花数目最少,开放持续时间最
短;红皮同化枝较长,但开花数目不是最多,开花持
续时间短,开放集中;密刺同化枝短,但开花数目多,
持续时间长;艾比湖同化枝最长,开花数目次于红皮
和密刺,持续时间长,开放不集中。
  2)不同开花时间的坐果数目。两年的开花时间
不一样,但是总体表现为开花高峰期开放的花朵坐
果率高,而后期开的花坐果率较低,甚至为零(图
2)。2009年泡果和红皮分别在4月17日和4月16
日显示坐果率低,是由于4月16日大风,并伴随多
日的浮尘天气,大量花朵被吹落,不能坐果,因此坐
果率低。由此可见,开花期的恶劣天气对植物的坐
果有很大影响。
  在同化枝水平,始花时间、开花数目和坐果数的
相关分析中,4种沙拐枣每天开花数与其坐果数均
呈极显著正相关(r=0.947**;r=0.942**;r=
0.957**;r=0.911**;P<0.01),即开花高峰期开
放的花有较多的坐果机会。相关分析4个种差异表
现在泡果和红皮的始花时间与每日开花数、坐果数
均呈负相关(r=-0.562**,r=-0.517**;r=
-0.597**;r=-0.482*;P<0.01),说明开花越
早,开花数目越少,坐果率越低;而密刺和艾比湖的
始花时间与每日开花数、坐果数无明显相关关系
(r=0.097,r=-0.025;r=0.140,r=0.043;P>
0.05);2010年4个种的每日开花数和坐果数呈显
著正相关(r=0.9996**;r=0.951**;r=0.889**;
r=0.934**,P<0.01),始花时间与每日开花数呈
负相关仅泡果达极显著;仅精河的始花时间与坐果
数呈显著负相关(r=-0.617**,P<0.01),其余均
无显著相关关系(表6)。4个种在始花时间,开花数
和坐果数之间不同的相关关系,与其物种本身的特
性有关。
  3)始花位置频率分布。泡果、红皮、密刺这3个
种第1关节不着生花朵(离基部近的记为第1关
节),始花位置主要集中在同化枝的第2、3关节,在
第5、6关节始花的几率极小;艾比湖通常第1,2关
节不着生花朵,始花位置主要集中在第4关节,3、5、
6关节也有少量分布。可知,始花位置与开始着生
花朵的关节有关,一般情况下,离基部近的有花关节
先始花(图3)。
  4)不同开花位置的坐果数目。2009—2010年4
个种坐果数均不高,开花数目多的关节坐果数也高,
相比而言,密刺和艾比湖的开花率较高,艾比湖的坐
果率较高(图4)。每个种花着生的位置不同,泡果
的花主要集中在第2、3、4关节,红皮主要集中在第
3、4、5关节,密刺主要集中在第2、3、4、5关节,艾比
湖主要集中在第4、5、6关节(通常1~3关节均不着
生花朵),同样的,着生花多的关节坐果几率也就大。
2.4 单花水平
4个种的花朵集中在早晨07:30左右开放,中午
和下午开放较少。2009年,泡果、红皮、密刺、艾比
湖的单花开放持续时间分别为(9.14±0.26)h、
(12.95±1.07)h、(10.69±1.75)h、(22.40±1.92)h。
1231 第5期 康晓珊等:沙拐枣属4种植物同地栽培开花物候与生殖特性比较    
图2 2009年和2010年4种沙拐枣开花数和坐果数对比
Fig.2 Comparison between daily flowering number and fruit setting number
of the four Calligonumspecies in 2009and 2010
表6 2009年和2010年4种沙拐枣在同化枝水平的始花时间、开花数及坐果数的相关分析
Table 6 Pearson correlation coefficients between flowering date,flower number and fruit setting number
of the four Calligonumspecies at branchlet level in 2009and 2010
物种
2009年
始花时间 坐果数
2010年
始花时间 坐果数
泡果沙拐枣 每天开花数 -0.562** 0.947** -0.567  0.989**
坐果数 -0.517** -0.384
红皮沙拐枣 每天开花数 -0.597** 0.942** -0.331  0.958**
坐果数 -0.482* 0.196
密刺沙拐枣 每天开花数 0.097  0.957** -0.172  0.949**
坐果数 -0.025 -0.264
艾比湖沙拐枣 每天开花数 0.140  0.911** -0.404  0.926**
坐果数 0.043 -0.489*
  注:n=40,*表示0.05水平上相关显著;**表示0.01水平上相关显著。
2231                 中 国 沙 漠              第32卷 
图3 2009年和2010年4种沙拐枣同化枝水平的始花位置比较
Fig.3 The first flower positions at different branchlet joints of the four Calligonumspecies in 2009and 2010
图4 2009年和2010年同化枝开花数、坐果数目与开花位置的关系
Fig.4 The relationship between flowering number,fruit setting number and branchlet joints
location of the four Calligonumspecies in 2009and 2010
3231 第5期 康晓珊等:沙拐枣属4种植物同地栽培开花物候与生殖特性比较    
艾比湖的单花持续时间最长,泡果的单花持续时间
最短;2010年由于蜜蜂访花时踢落花药,破坏雄蕊,
故未能完成重复试验。
3 讨论
3.1 开花物候特点以及影响因素
开花物候通常强烈地受到系统发生历史的限
制[48-50],同时与环境条件(如纬度、海拔、光照、温度
和湿度等)也有着密切的联系[21,24-25,51]。
从沙拐枣属4种植物开花参数看,不论是群体、
个体、枝条水平,均表现为泡果和红皮的相似(开花
早,时间短,振幅高,集中开花模式),密刺和艾比湖
的相近(开花迟,时间长,振幅低,持续开花模式),4
个种均在始花3~7d后到达盛花,开花高峰期均为
2~3d。它们在开花顺序,开花振幅等方面表现出
的相同点,可能主要受其系统发生(属内)的限制,为
该属植物共有的开花物候特征。虽然4种植物在植
物园中受到的环境选择压力完全一致,但是它们在
始花时间、枝条和同化枝开花数及开花持续时间、单
花寿命等参数上所表现出的差异,可能与其进化历
史和长期所处的环境异质性有关,是它们在与环境
的长期适应过程中分别形成的一些可遗传的变异,
反映了它们之间的遗传分异。
在同一生境下,属内种间在开花物候上异同可
能是由遗传因子所致,而年际间的差异则是由气候
因子引起的。
在影响植物物候期的气象因子中,温度具有重
要的地位,植物的物候节律是温度节律的反映。植
物物候与气温息息相关[52],特别是在植物生长发育
阶段的前期。据调查,每个物候期的开始日期与其
前2—3个月的气温有显著的相关关系[53]。在中纬
度地区,植物的春季物候如发芽、展叶、开花主要取
决于气温的高低[54]。张福春[55]认为影响中国木本
植物物候的主要气象因子是气温,降水和日照相对
说 不 那 么 重 要。 在 一 些 荒 漠 植 物 的 研 究
中[25,41,51,56-57],都很好的说明了温度对物候的重要
影响作用。
在植物园极端干旱的环境中,虽然不同年份间
降水量变化很小(几乎为0),但气温变化较大(表
1),因此,年际间的差异可能主要是由温度的变化引
起的。
总体上,2007—2009年每个种各项参数差别不
大(表2),4个种始花期均在4月中旬或下旬(泡果
和红皮始花期均在4月13—16日,密刺和艾比湖在
4月19—22日之间),而2010年4个种均明显推迟
7~13d,到4月末才始花。从气象数据(表1)可知,
而2010年4月中旬的平均温度仅为16.2℃,是致
使开花延迟的主要原因,虽然2009年2—5月平均
温度较其他年份几乎均处于最低水平,但是4月中
旬平均温度为18.6℃,开花正常启动,始花期并未
推迟。因此看出,4月中旬的温度是影响4种植物
的开花时间的主要因素。
由此可见,温度和遗传因子可能是导致4种沙
拐枣属植物开花参数上发生变化的重要选择压力。
3.2 开花物候与生殖成功
3.2.1 始花时间、开花数与坐果数之间的关系
开花物候对植物的生殖成功有着显著的影
响[22],主要表现在开花时间、开花数目、开花位置等
方面。例如,在一些研究中发现开花高峰期开放的
花坐果率也高[58],开花数目与坐果率成正相关[17],
始花时间与开花数及坐果率均呈显著负相关,始花
早的比始花迟的坐果率高[25,51,59]等结论,我们也得
出与之相似的结论。在始花时间、开花数和坐果数
的相关分析中,4个种均表现为开花高峰期开放的
花有较多的坐果机会;其中泡果和红皮表现为开花
越早,开花数目越少,坐果率越低;而密刺和艾比湖
的始花时间与每日开花数、坐果数无明显相关关系。
4个种在始花时间,开花数和坐果数之间不同的相
关关系,可能与其物种本身的特性有关。
单位时间内(开花高峰期)开花数目多,有利于
吸引传粉者,增加传粉成功,因此,坐果率高;始花早
的花可能因为早期缺乏传粉者而导致无法坐果,而
后期由于传粉者以及资源的缺乏,导致末花期开的
花很难坐果或发育为正常成熟的果实;泡果和红皮
沙拐枣属于“集中开花模式”,有利于吸引更多的传
粉昆 虫,获 得 更 多 的 传 粉 机 会,减 少 花 粉 贴
现[8,59-60],是在荒漠生境适应恶劣环境的一种表现,
但是增加了其花粉在个体内及邻近个体间的传递,
不利于花粉在群体间的扩散,而导致了一定程度的
自交和近交衰退。密刺和艾比湖属于“持续开花模
式“,因此,其始花时间与每日开花数和坐果率关系
不显著,而这种开花模式一定程度上减少了传粉者
4231                 中 国 沙 漠              第32卷 
竞争,增加了异交的几率。低水平的开花可以获得
一个适度的基因型组分,而大量开花可以获得更多
的传粉成功[61],因此,植物需要在这两种开花模式
之间权衡,不断的适应环境。
3.2.2 花着生位置与坐果数的关系
4个种在始花位置和花主要着生位置上既有相
同点,又有不同点,并且表现稳定,这不仅跟物种本
身的同化枝特征有关(长度等)有关,也与开花方式
有关,因此,主要受到物种本身特点的限制。泡果、
红皮、密刺通常从第2关节开始着生花朵,同时也是
从第2关节始花,依次向顶端开放,艾比湖是从第4
关节始花依次向顶端开放(图2,图4)。因此,从图
4可知,始花关节并不是着生花朵最多的,而是中间
关节着生花朵多,因此,坐果率高;并且也不是越早开
花坐果率越高,坐果率的高峰集中在中间关节,表明
开花高峰期时坐果率高,这与前面的结论是一致的。
了解和掌握植物的开花物候,不仅为探知繁殖
生物学特性提供了参考和借鉴,同时也为该属植物
的繁殖保育方面提供指导。针对沙拐枣属植物的保
护,在以后工作中应注意收集多区域、多个体的植株
进行混合栽植,保持植株之间的距离,促进种内基因
交流,以保证其遗传多样性,使得迁地保护达到更好
的效果。
致  谢:感谢新疆农业大学谭敦炎教授对本文的
指导。
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6231                 中 国 沙 漠              第32卷 
Comparison of Flowering Phenology and Reproductive Traits of Four Species
of CalligonumL.(Polygonaceae)under Ex-situ Conservation at
the Turpan Eremophytes Botanical Garden in Xinjiang,China
KANG Xiao-shan1,2,PAN Bo-rong1,3,DUAN Shi-min1,3,SUO Fei-ya4,
ZHANG Yong-zhi 3,SHI Wei 1,3,Gulnur Sabirhazi 1,2
(1.Key Laboratory of Biogeography and Bioresource in Arid Land,Xinjiang Institute of Ecology and Geography,Chi-
nese Academy of Sciences,Urumqi 830011,China;2.Graduate University of Chinese Academy of Sciences,Beijing
100049,China;3.Turpan Eremophytes Botanical Garden,Xinjiang Institute of Ecology and Geography,Chinese Acade-
my of Sciences,Turpan 838008,Xinjiang,China;4.College of Life Science and Technology,Xinjiang University,
Urumqi 830046,China)
Abstract:Flowering phenology is considered as an important fitness factor because it plays a crucial role in
reproductive success.Our aim is to investigate the flowering phenology of four species of Calligonum L.,
an important windbreak and sand-fixing shrub in Northwestern China,to know which factor is predominant
in causing the differences among species and years,and to understand its reproductive features.We marked
four species from four sections of Calligonum (C.calliphysafrom C.calliphysa,C.rubicundumfrom
Sect.Pterococcus,C.densumfrom Sect.Calligonumand C.ebinuricumfrom Sect.Medusae)in Tur-
pan Eremophyte Botanical Garden.We observed the flowering phenology at five levels(population,individ-
ual,branch,branchlet and single flower)for four years(2007-2010).The main results were:(1)The
phenology parameters in the four years were similar for the four species of Calligonum L.The phenology
parameters of the four species delayed in 2010,and the temperature in mid-April was the main factor that
had a significant effect on the time of flowering.(2)At population and individual levels,the flowering phe-
nology characteristics of C.calliphysa and C.rubicundum were similar,exhibiting amass-flowering
pattern,and their overlapping percentage of flowering stage was 79.99%-100%;the flowering phenology
characteristics of C.densum and C.ebinuricum were also similar,exhibiting anextended-flowering
pattern,and their overlapping percentage was 51.79%-79.82%;the overlapping percentage of flowering
stage of the four species were less than 25%.(3)At branch level,the flowering phenology characteristics
of C.calliphysaand C.rubicundum were similar,exhibiting amass-floweringpattern and a large flow-
ering amplitude;the flowering phenology characteristics of C.densumand C.ebinuricum were also simi-
lar,exhibiting a relatively long flowering time and a relatively little flowering amplitude.(4)At branchlet
level,the flowering numbers,flowering duration and assimilation twig lengths of the four species showed
differences among species and years;the first flowers of the four species were located at different joint of
the branchlet:the first flowers of C.calliphysa,C.rubicundumand C.densum were located at No.2
and No.3joints of the branchlet,and the first flower of C.ebinuricum was mainly located at No.4joints of
the branchlet.(5)At single flower level,the flowering duration of a single flower of C.calliphysa ,C.
rubicundum,C.densumand C.ebinuricum were(9.14±0.26)h,(12.95±1.07)h,(10.69±1.75)h
and(22.40±1.92)h,respectively.(6)A significantly positive correlation exists between daily flowering
number and fruit setting number,and the joints with more flowers have larger fruit setting number;The
flowers and fruits of C.calliphysa were mainly located at on Nos.2,3,4joints,that of C.rubicundum
were mainly located at Nos.3,4,5 joints,that of C.densum were mainly located at Nos.2,3,4,5
joints,that of C.ebinuricum were mainly located at Nos.4,5,6 joints.
Keywords:Calligonum L.;ex-situ conservation;flowering phenology;reproductive traits
7231 第5期 康晓珊等:沙拐枣属4种植物同地栽培开花物候与生殖特性比较