蒙古黃芪傳粉特性研究△

馮學(xué)金

(山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院高寒區(qū)作物研究所，山西 大同 037008)

蒙古黃芪傳粉特性研究△

馮學(xué)金

(山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院高寒區(qū)作物研究所，山西 大同 037008)

目的：研究蒙古黃芪的傳粉特性,為蒙古黃芪的新品種選育和良種繁育提供依據(jù)。方法：以蒙古黃芪為試材，采用自由授粉和套袋自花授粉2種授粉方式，研究黃芪的傳粉特性；并通過剝蕾自交和花期噴施NaCl溶液，研究克服蒙古黃芪自交不親和性的方法。結(jié)果：2種授粉方式的蒙古黃芪的親和指數(shù)差異明顯，自由授粉、套袋自花授粉的親和指數(shù)分別為1.26和0，可見蒙古黃芪為異花授粉植物。剝蕾自交后，蒙古黃芪親和指數(shù)為0.37，表明剝蕾自交是克服蒙古黃芪自交不親和性的有效方法。而花期噴施NaCl溶液處理后，蒙古黃芪親和指數(shù)仍為0。結(jié)論：黃芪是自交不親和的異花授粉植物，剝蕾自交是克服蒙古黃芪自交不親和性的有效方法。

蒙古黃芪；傳粉特性；自交不親和性；異花授粉；剝蕾自交

黃芪藥材是豆科植物蒙古黃芪Astragalusmembranaceus(Fisch.) Bge.var.mongholicus(Bge.) Hsiao或膜莢黃芪Astragalusmembranceus(Fisch.)Bge.的干燥根[1]。黃芪性微溫,味甘,有補(bǔ)氣升陽，固表止汗，利水消腫，生津養(yǎng)血，行滯通痹，托毒排膿，斂瘡生肌的功能[1]。由于黃芪藥性溫和，有“補(bǔ)氣固表之圣藥”的美譽(yù)，應(yīng)用非常廣泛，據(jù)統(tǒng)計，以黃芪為原料的中成藥多達(dá)200余種[2]。隨著黃芪的需求量持續(xù)增加，傳統(tǒng)道地黃芪主產(chǎn)區(qū)的野生資源幾乎被挖光，野生黃芪瀕臨滅絕，已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足市場需求[3]。目前我國商品中藥材主要來源于栽培，由于蒙古黃芪主根粗長、側(cè)根少，質(zhì)地柔軟，粉性足，藥性強(qiáng)，質(zhì)量較好，近年來栽培黃芪多為蒙古黃芪[4]。但是由于蒙古黃芪是異花授粉作物，育種難度大，優(yōu)良品種應(yīng)用率較低，田間群體混雜嚴(yán)重，嚴(yán)重影響了黃芪藥材的品質(zhì)與產(chǎn)量。因此，培育高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)黃芪新品種是十分必要的。而黃芪生殖習(xí)性等方面的研究則是蒙古黃芪良種繁育的基礎(chǔ)和前提保證。本實(shí)驗(yàn)觀察研究了黃芪的生殖生物學(xué)習(xí)性，鑒定了蒙古黃芪的自交不親和性，并初步研究了克服蒙古黃芪自交不親和性的方法。

1 材料

試驗(yàn)用黃芪種子采自山西省渾源縣大同麗珠芪源藥材有限公司黃芪GAP基地。經(jīng)物種鑒定為豆科黃芪屬植物蒙古黃芪Astragalusmembranaceus(Fisch.) Bge.var.mongholicus(Bge.) Hsiao。于2005年5月下旬寬行條播于山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院高寒區(qū)作物研究所試驗(yàn)田，行距 50cm，常規(guī)管理，第2年現(xiàn)蕾開花期進(jìn)行傳粉特性的研究。

2 方法

2.1 花部形態(tài)特征及開花習(xí)性觀測

于蕾期隨機(jī)選取大小、長勢相對一致、無病蟲害植株20株，每株選取生長發(fā)育狀況基本一致的花序5個，觀察單株上花的開放順序等習(xí)性。于盛花期隨機(jī)選取健壯植株正在開放的花20朵，在解剖鏡下測量其花萼、花瓣、花柱、花絲、花藥的大小，觀察并描述其形態(tài)特征。

2.2 傳粉媒介觀察

在盛花期隨機(jī)選取黃芪植株20株，連續(xù)10 d對其傳粉媒介進(jìn)行觀察，結(jié)合花的形態(tài)學(xué)觀察以及田間昆蟲活動情況考證其傳粉媒介。同時，在大田隨機(jī)選取兩兩相鄰的植株共8株，在相鄰的兩株黃芪間插一竹棍，從兩株黃芪中分別選2個花序，共選生長一致的花蕾50個，用紗袋套在一起，要確保紗袋內(nèi)進(jìn)不去昆蟲。大約30 d后去袋，采收成熟果莢，進(jìn)行統(tǒng)計，并計算結(jié)果率、平均每莢種子數(shù)。結(jié)果率=莢果數(shù)/處理花朵數(shù)×100 %，平均每莢種子數(shù)=種子數(shù)/莢果數(shù)。

2.3 蒙古黃芪自交不親和性鑒定

試驗(yàn)設(shè)2個處理，分別是自由授粉和套袋自花授粉。

套袋自花授粉：隨機(jī)選取20株花蕾期的蒙古黃芪植株，從中選擇20個花序，每個花序上留10個花蕾，其余的人工去除，然后套硫酸紙袋,使其自然自交授粉，15 d后去袋。

自由授粉：隨機(jī)選取20株花蕾期的蒙古黃芪植株，從中選擇20個花序，每個花序上留10個花蕾，任其自然授粉，其余的人工去除。

待坐果后摘下紙袋，果實(shí)成熟后，采收成熟的果實(shí)，觀察果莢形態(tài)，對結(jié)果數(shù)和結(jié)籽數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計，并計算親和指數(shù)。親和指數(shù)=結(jié)籽數(shù)/自交授粉花數(shù)。

2.4 蒙古黃芪自交不親和性克服方法的研究

試驗(yàn)設(shè)2個處理，分別是剝蕾自交和5 % 氯化鈉+0.3 %硼酸溶液處理。

剝蕾自交：隨機(jī)選取20株花蕾期的蒙古黃芪植株，從中選擇20個花序，每個花序上留10個花蕾，人工去雄后用作母本，剩下的花序用來收集父本花粉，待人工蕾期自花授粉結(jié)束后，將父本花序全部摘除，并進(jìn)行套袋。15 d后去袋。

5 % 氯化鈉+0.3 %硼酸溶液處理：隨機(jī)選取20株花蕾期的蒙古黃芪植株，于開花前一周左右對全體供試植株頂端若干花序套袋。待有半數(shù)以上小花開放時摘袋，選擇20個處于同一生長期的花序，每個花序上留10朵處于同一生長期的小花，其余的人工去除，用作母本，剩下的花序用來收集父本花粉。于上午8∶00～10∶00，用5 % 氯化鈉+0.3 %硼酸溶液進(jìn)行噴施，30 min后用備用父本的花粉人工授粉，待授粉結(jié)束后將父本花序全部摘除，并立即套袋，以防止昆蟲傳粉。15 d后去袋。

待坐果后摘下紙袋，果實(shí)成熟后，采收成熟的果實(shí)，觀察果莢形態(tài)，對結(jié)果數(shù)和結(jié)籽數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計，并計算親和指數(shù)。

3 結(jié)果與分析

3.1 蒙古黃芪花的形態(tài)特征及開花習(xí)性

2年生蒙古黃芪始花期為6月初。總狀花序腋生，著生花數(shù)5～20朵不等，排列較疏松；花序上的小花由基部向上依次開放；小花梗短，生黑色硬毛；花萼鐘狀，具5萼齒；花冠淡黃綠色或紫色，蝶形，長18～20 mm，旗瓣長圓狀倒卵形，翼瓣及龍骨瓣均有長爪；花兩性，雄蕊10，兩體(9+1)，花藥朱黃色，開花前花藥就已開裂，散粉；子房上位,具長柄,光滑無毛，被包圍在合蕊鞘中。

3.2 傳粉媒介觀察

觀察發(fā)現(xiàn)有許多昆蟲出沒于田間，以蜜蜂為主。昆蟲在一株植物上停留或盤旋數(shù)分鐘左右，而后，飛往另一植株繼續(xù)采食花粉。顯微鏡下觀察蜜蜂的胸、腹、足等部位都粘有花粉。此外，黃芪開花時，花瓣展開程度較小，不利于散粉，因此初步判斷黃芪的主要傳粉媒介是昆蟲。

套袋試驗(yàn)也進(jìn)一步證明這一判斷。表1表明，在有昆蟲傳粉條件下，蒙古黃芪結(jié)果率高達(dá)41 %，平均每莢種子數(shù)為3.1；而沒有昆蟲傳粉的條件下，結(jié)果率只有12 %，且絕大多數(shù)莢果內(nèi)沒有孕育種子，200朵花最后只結(jié)種子2粒。本試驗(yàn)進(jìn)一步證明，蒙古黃芪的傳粉媒介主要是昆蟲。

表1 黃芪傳粉媒介套袋試驗(yàn)

3.3 蒙古黃芪自交不親和性鑒定

3.3.1 蒙古黃芪開放授粉和套袋自交親和指數(shù)的測定 結(jié)果見表2。

表2 黃芪開放授粉和套袋自交結(jié)果率對比

由表2可知，不同授粉方式下，蒙古黃芪親和指數(shù)差異明顯。蒙古黃芪自由授粉時，結(jié)果率為41 %，親和指數(shù)為1.26；而套袋自花授粉方式下，結(jié)果率僅為2 %，且果莢中空，其中沒有孕育種子，親和指數(shù)為0。由此可見，蒙古黃芪為異花授粉植物，自花授粉顯示出高度的自交不親和性。

3.3.2 開放授粉和套袋自交授粉的果莢形態(tài)

3.3.2.1 開放授粉果莢形態(tài) 莢果下垂，膜質(zhì)，卵狀長圓形，膨脹，無毛，有顯著網(wǎng)紋，果熟期為灰白色，長19～26 mm，直徑9～15 mm，先端有短喙，基部有長柄。內(nèi)有種子2～8粒，腎形，黑色。

3.3.2.2 花期授粉自交不親和果莢形態(tài) 大部分果莢瘦小、其長寬不足成熟果莢大小的1/3。解剖果莢觀察，果莢中空，其中沒有孕育種子，表現(xiàn)出明顯的不親和形態(tài)。

3.4 蒙古黃芪自交不親和性克服方法的研究

3.4.1 不同處理對蒙古黃芪自交親和指數(shù)的影響 結(jié)果見表3。

表3 不同處理對黃芪自交不親和性的克服效果

從表3可以看出，蒙古黃芪蕾期人工自交的親和指數(shù)達(dá)0.37，蕾期授粉自交表現(xiàn)較好的親和性，可見，剝蕾自交是克服蒙古黃芪自交不親和性的有效方法。而5 % 氯化鈉+0.3 %硼酸處理結(jié)果率雖然為5.5 %，但果莢中空，沒有孕育種子，親和指數(shù)仍然為0。此外，由于蒙古黃芪在開花前部分花藥已經(jīng)開裂、散粉，進(jìn)行剝蕾自交時，無需為準(zhǔn)備花粉而進(jìn)行套袋。因此，剝蕾自交是克服蒙古黃芪自交不親和性便捷而又有效的方法。

3.4.2 蕾期授粉自交和花期5 % 氯化鈉+0.3 %硼酸溶液處理蒙古黃芪的果莢形態(tài)

3.4.2.1 蕾期授粉自交的果莢形態(tài) 雖然蕾期授粉自交結(jié)莢數(shù)較天然雜交結(jié)莢數(shù)要少，但果莢與天然雜交果莢的形態(tài)一致，形態(tài)飽滿，種子能夠正常孕育至成熟。

3.4.2.2 花期5 %氯化鈉+0.3 %硼酸溶液處理的果莢形態(tài) 花期5 %氯化鈉+0.3 %硼酸溶液噴施處理后，結(jié)莢數(shù)較天然雜交結(jié)莢數(shù)要少，較蕾期授粉自交結(jié)莢數(shù)也少。雖然大部分果莢與天然雜交果莢的形態(tài)相似，但果莢中空，其中沒有孕育種子，表現(xiàn)出明顯的不親和形態(tài)。

4 討論

關(guān)于蒙古黃芪的傳粉方式，王爾彤等[5]認(rèn)為花蕾未展開時，花藥并不開裂，從而排除了閉花授粉的可能性。而作者經(jīng)過仔細(xì)觀察發(fā)現(xiàn)，花蕾未展開時，有的花藥已開裂，散粉。并且，花藥與柱頭位于同一位點(diǎn),不存在雌、雄蕊異長現(xiàn)象。所以,蒙古黃芪應(yīng)是自交不親和的異花授粉植物。

蒙古黃芪花期人工自交幾乎不結(jié)籽，蕾期自交結(jié)籽，說明開花后，導(dǎo)致自交不親和的因素已出現(xiàn)，而蕾期授粉是克服蒙古黃芪自交不親和的有效方法。在研究中發(fā)現(xiàn)，雖然蕾期授粉自交果莢形態(tài)飽滿、種子能夠正常孕育至成熟，但結(jié)莢數(shù)較天然雜交結(jié)莢數(shù)要少，這可能是由于在蕾期某一發(fā)育階段，導(dǎo)致自交不親和的因素已出現(xiàn)。徐昭璽等[6]研究蒙古黃芪的開花習(xí)性及花粉柱頭成熟期時,就發(fā)現(xiàn)當(dāng)花冠大于花萼或等于花萼時,花蕾柱頭和花粉都已成熟。

[1] 國家藥典委員會.中國藥典[S].一部.北京：中國醫(yī)藥科技出版社,2010：283-284.

[2] 李敏,衛(wèi)瑩芳,余懋群,等.中藥材規(guī)范化生產(chǎn)與管理(GAP)方法及技術(shù)[M].北京：中國醫(yī)藥科技出版社,2005：465-467.

[3] 段琦梅,梁宗鎖,慕小倩,等.黃芪種子萌發(fā)特性的研究[J].西北植物學(xué)報，2005,25(6)：1246-1249.

[4] 姜波.種子包衣后黃芪生長性狀與藥材品質(zhì)的研究[D].哈爾濱：黑龍江中醫(yī)藥大學(xué),2009.

[5] 王爾彤，劉鳴遠(yuǎn).兩種藥用黃芪比較生物學(xué)研究[J].植物研究,1996,16(1)：85-91.

[6] 徐昭璽,王麗華.黃芪開花習(xí)性及花粉柱頭成熟期的研究[J].生物與特產(chǎn),1986，(5)：25-27.

[7] 周慶紅.化學(xué)方法克服甘藍(lán)自交不親和及其機(jī)理研究[D].重慶：西南農(nóng)業(yè)大學(xué),2004.

StudyonPollinationCharacteristicofMongoliaMilkvetch

FENG Xue-jin

(ColdRegionCropsResearchInstitute,ShanxiAcademyofAgriculturalScience,Datong037008，China)

Objective: The aim was to identify the pollination characteristic and provide a basis for the variety breeding and stock breeding of Mongolia milkvetch.Methods: With Mongolia milkvetch as test materials, open pollination and bagging self-pollination were adopted to study the pollination characteristic of Mongolia milkvetch. And the method of overcoming self-incompatibility of Mongolia milkvetch was further researched.Results: The self-compatible index of Mongolia milkvetch varied obviously with different pollination method. Self-compatible index of open pollination and bagging self-pollination were 1.26 and 0. It indicated that Mongolia milkvetch was cross-pollinated plant. And the self-compatible index of Mongolia milkvetch was 0.37 when self-pollinated in bud stage, while the self-compatible index was 0 when stigma is treated with 5 % NaCl+0.3 % boric acid solution.Conclusion: Mongolia milkvetch was cross-pollinated plant with self-incompatibility. And self-pollination in bud stage was an effective method for overcoming self-incompatibility of Mongolia milkvetch.

Mongolia milkvetch; Pollination characteristic; Self-incompatibility; Cross-pollinated plant; Self-pollination in bud stage

山西省回國留學(xué)人員科研項(xiàng)目——黃芪種質(zhì)資源收集、鑒定與利用(2007-114)

馮學(xué)金， E-mail：fengxuejin@126.com

2010-11-30)