四川牡丹的花部特征和繁育系統(tǒng)研究

楊 勇, 駱勁濤, 張必芳, 宋會興, 劉光立,①, 曾秀麗

(1. 四川農(nóng)業(yè)大學(xué): a. 風(fēng)景園林學(xué)院, b. 玉米研究所 農(nóng)業(yè)部西南玉米生物學(xué)與遺傳育種重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 四川 成都 611130;2. 西藏自治區(qū)農(nóng)牧科學(xué)院蔬菜研究所, 西藏 拉薩 850032)

四川牡丹的花部特征和繁育系統(tǒng)研究

楊 勇1a,1b, 駱勁濤1a, 張必芳1a, 宋會興1a, 劉光立1a,①, 曾秀麗2,①

(1. 四川農(nóng)業(yè)大學(xué): a. 風(fēng)景園林學(xué)院, b. 玉米研究所 農(nóng)業(yè)部西南玉米生物學(xué)與遺傳育種重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 四川 成都 611130;2. 西藏自治區(qū)農(nóng)牧科學(xué)院蔬菜研究所, 西藏 拉薩 850032)

對分布于四川阿壩的四川牡丹(PaeoniadecompositaHand.-Mazz.)的花部特征和開花動態(tài)進(jìn)行了觀察，并通過分析花粉活力、估算雜交指數(shù)(OCI)、控制授粉方式和觀察訪花昆蟲對其繁育系統(tǒng)進(jìn)行了研究。四川牡丹花部主要特征為：花色粉紅色至紅紫色，隨開放時間延長漸變?yōu)榉郯咨?；輻射狀花冠，花?～12枚；多體雄蕊128～203枚，花絲白色，花藥黃色，有雄蕊瓣化現(xiàn)象；柱頭位于心皮頂部，黃色；邊緣胎座，心皮2～7枚，單個心皮含胚珠8～33枚；開花過程中均散發(fā)花香，但隨花期延長花香略有變化。該種的群體花期相對集中，為4月中旬至5月中旬，但不同年份間略有差異；單花花期多數(shù)為6～8 d，整個開花過程中花藥與柱頭基本處于同一平面，雄蕊先熟。從開花第1天至第6天，該種的花粉活力先升高后降低，其中開花第3天至第5天花粉活力較高(約80%)；從開花第2天起柱頭普遍具有可授性，長達(dá)9 d，開花第5天至第8天柱頭可授性最強(qiáng)；花粉具活力和柱頭具可授性的重疊時間為5 d；該種的OCI值為4，花粉/胚珠比(P/O)為207 220。四川牡丹花期不分泌花蜜，花粉是傳粉昆蟲的惟一報(bào)酬；主要訪花昆蟲為蜜蜂(Apidea)、食蚜蠅(Syrphidae)和花金龜(Cetoniinae)，其中前2類昆蟲可能為該種的有效傳粉者，而花金龜?shù)膫鞣坌瘦^低。授粉實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示：2012年和2014年自然授粉植株的平均結(jié)籽率最高，為23.76%；而異株異花人工授粉和同株異花人工授粉植株的平均結(jié)籽率均較低，分別為18.33%和11.04%。研究結(jié)果表明：四川牡丹的繁育系統(tǒng)屬于異交，部分自交親和，不存在無融合生殖，需要傳粉者授粉。

四川牡丹; 花部特征; 開花進(jìn)程; 訪花昆蟲; 授粉方式; 繁育系統(tǒng)

被子植物的繁育系統(tǒng)是指包括花部特征、花器官壽命、花朵開放式樣和授粉親和性等直接影響后代遺傳組成的所有特征；它是物種性別表達(dá)對下一代個體相對遺傳貢獻(xiàn)的首要影響因子,能有效調(diào)控種群遺傳結(jié)構(gòu)[1]。植物的花部特征與繁育系統(tǒng)對植物的生殖成功與否至關(guān)重要[2]，影響植物的遺傳多樣性及分布格局[3]，因此，深入了解植物的花部特征與繁育系統(tǒng)對瀕危植物的保護(hù)及開發(fā)利用具有指導(dǎo)作用[4-5]。

四川牡丹(PaeoniadecompositaHand.-Mazz.)隸屬于芍藥科(Paeoniaceae)芍藥屬(PaeoniaLinn.)牡丹組(Sect.MoutanDC.)，為珍稀瀕危植物[6-7]。該種僅分布于四川西北部的大渡河及岷江上游的河谷地帶[8]，分布地域較偏僻且狹窄，對其相關(guān)研究較少，且主要集中在分類學(xué)[8-9]、生態(tài)學(xué)[10]、種子休眠機(jī)制[11-15]和分子生物學(xué)[16-18]等方面。2011年，國家衛(wèi)生部批準(zhǔn)牡丹籽油為新型木本食用油，因此，培育優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)油用牡丹新品種成為新的研究熱點(diǎn)之一。四川牡丹專性種子繁殖[19]，結(jié)實(shí)量大，是培育油用牡丹新品種的潛在資源。為深入了解四川牡丹的繁育系統(tǒng)特征，作者對四川牡丹的花部特征、開花進(jìn)程以及傳粉生物學(xué)特征進(jìn)行了觀察和研究，以期為該種類的有效保護(hù)、人工擴(kuò)繁和雜交育種提供基礎(chǔ)研究數(shù)據(jù)。

1 研究地概況和研究方法

1.1 研究地概況

研究地點(diǎn)位于四川省阿壩藏族羌族自治州馬爾康縣腳木足鄉(xiāng)，位于東經(jīng)102°02′20″、北緯31°59′20″。在四川牡丹集中分布的區(qū)域內(nèi)設(shè)置1塊面積30 m×30 m的永久樣地。樣地海拔2 500～2 550 m；年平均氣溫8.3 ℃、 極端最高氣溫31.0 ℃、 極端最低氣溫-16.6 ℃；年降水量786 mm，90%降水集中在5月至9月；土壤為山地黃壤(約pH 7.5)，母巖為花崗巖，土壤有機(jī)質(zhì)含量5.65 g·kg-1。

該群落是以四川牡丹、野花椒(ZanthoxylumsimulansHance)、小葉薔薇(RosawillmottiaeHemsl.)和豪豬刺(BerberisjulianaeC. K. Schneid.)為優(yōu)勢種的林緣灌叢，主要伴生植物有金花小檗(BerberiswilsonaeHemsl.)、四川丁香(SyringasweginzowiiKoehne et Lingelsh.)、鳶尾(IristectorumMaxim.)、野棉花(AnemonevitifoliaBuch.-Ham. ex DC.)、川滇鐵線蓮(Clematisclarkeanavar.stenophyllaHand.-Mazz.)和瞿麥(DianthussuperbusLinn.)等。該樣地中四川牡丹居群包含96株成年開花植株，是目前發(fā)現(xiàn)的成年個體最多的四川牡丹居群。

1.2 研究方法

1.2.1 花部特征和開花動態(tài)觀察 分別于2012年和2014年的4月份至6月份，對樣地內(nèi)四川牡丹群體花期、單花花期、花部特征及變化進(jìn)行觀測。統(tǒng)計(jì)樣地內(nèi)正常發(fā)育的花蕾數(shù)，并以開花花朵數(shù)約占全部花蕾數(shù)的5%為初花期，開花花朵數(shù)大于全部花蕾數(shù)的50%為盛花期，凋謝花朵數(shù)大于全部花蕾數(shù)的95%為末花期。選取花蕾數(shù)量相近的個體15株，每株標(biāo)記正常發(fā)育的花蕾1朵，觀察、測量和統(tǒng)計(jì)花瓣長、花瓣寬、花瓣數(shù)量、苞片形態(tài)、花托形態(tài)、雄蕊數(shù)量和雌蕊數(shù)量等花部特征并記錄其變化，并統(tǒng)計(jì)單花花期；用直尺(精度1 mm)分別測量花瓣最長處和最寬處的長度，即為花瓣長和花瓣寬；單花花期為從花瓣完全展開露出雄蕊至第1片花瓣凋落期間的天數(shù)。

1.2.2 花粉活力和柱頭可授性檢測 采用TTC法[20]檢測花粉活力。于2012年4月下旬選取來自不同植株且發(fā)育正常的花蕾6朵，在開花后于每天11:00分別取花粉進(jìn)行花粉活力檢測，直花瓣脫落止。

采用聯(lián)苯胺-過氧化氫法[21]檢測柱頭可授性。于2012年4月下旬，在盛花期選擇株齡和花蕾數(shù)目相近的個體，每天上午選取并標(biāo)記來自不同個體且當(dāng)日開放的花5朵，連續(xù)標(biāo)記，直至第1天標(biāo)記的5朵花的柱頭完全變黑；收集所有標(biāo)記的花，取各花的柱頭，置于盛有聯(lián)苯胺-H2O2溶液〔V(質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%聯(lián)苯胺)∶V(體積分?jǐn)?shù)3%H2O2)∶V(蒸餾水)=4∶11∶22〕的凹形載玻片內(nèi)，觀察其變化；若柱頭具有可授性，則柱頭周圍溶液變藍(lán)且產(chǎn)生大量氣泡。

1.2.3 雜交指數(shù)估算 參照文獻(xiàn)[20]的方法估算雜交指數(shù)(outcrossing index，OCI)。于2012年4月下旬隨機(jī)選取四川牡丹不同個體上發(fā)育正常、開放程度一致的花20朵，按照以下賦值標(biāo)準(zhǔn)并根據(jù)花朵直徑及開花行為估算OCI值。1)花朵直徑(d)：d≤1 mm記為0；16 mm記為3。2)花藥開裂時間與柱頭可授期：重疊或雌蕊先熟記為0；雄蕊先熟記為1。3)柱頭和花藥的空間位置：在同一高度記為0；柱頭和花藥空間分離記為1。上述3個指標(biāo)之和即為OCI值。

依據(jù)OCI值對繁育系統(tǒng)進(jìn)行判斷，評判標(biāo)準(zhǔn)為：OCI值為0，繁育系統(tǒng)為閉花受精(cleistogamy)；OCI值為1，繁育系統(tǒng)為專性自交(obligate autogamy)；OCI值為2，繁育系統(tǒng)為兼性自交(facultative autogamy)，有一定的異交可能；OCI值為3，繁育系統(tǒng)為兼性異交(facultative xenogamy)，自交親和，有時需要傳粉者；OCI值為4，繁育系統(tǒng)為異交(xenogamy)，部分自交親和，需要傳粉者。

1.2.4 花粉/胚珠比分析 于2012年4月下旬，在四川牡丹不同個體上隨機(jī)選取發(fā)育正常且即將開放的花蕾20朵，用FAA固定液〔V(體積分?jǐn)?shù)70%乙醇)∶V(冰乙酸)∶V(體積分?jǐn)?shù)38%甲醛)=18∶1∶1〕固定。參考張文標(biāo)等[22]的方法進(jìn)行處理，用OLYMPUS CX31體視顯微鏡(日本奧林巴斯株式會社)觀察并統(tǒng)計(jì)每朵花的胚珠數(shù)，計(jì)算花粉/胚珠比(pollen-ovule ratio，P/O)，并按Cruden[23]的標(biāo)準(zhǔn)初步判定四川牡丹的繁育系統(tǒng)類型。

1.2.5 授粉實(shí)驗(yàn) 分別于2012年和2014年的4月進(jìn)行人工授粉實(shí)驗(yàn)。具體授粉方法為：1)直接套袋(不去雄套袋)，選取即將開放的發(fā)育正常的花朵，套硫酸紙袋并掛牌標(biāo)記。2)去雄套袋，選取即將開放的發(fā)育正常的花朵，去掉所有雄蕊，套硫酸紙袋并掛牌標(biāo)記。3)同株異花授粉(人工自交)，選取即將開放的發(fā)育正常的花朵，去掉所有雄蕊，套硫酸紙袋并掛牌標(biāo)記；通過觀察未套袋花朵確定花期，從開花第3天開始，連續(xù)3 d進(jìn)行人工授粉，所用新鮮花粉采自同株其他的散粉花朵，授粉完成后重新套袋。4)異株異花授粉(人工異交)，選取即將開放的發(fā)育正常的花朵，去掉所有雄蕊，套硫酸紙袋并掛牌標(biāo)記；通過觀察未套袋花朵確定花期，從開花第3天開始，連續(xù)3 d進(jìn)行人工授粉，所有新鮮花粉采自距其5 m外的其他植株，授粉完成后重新套袋。5)自然授粉(對照)，選擇即將開放的正常發(fā)育花朵，掛牌標(biāo)記但不套袋，進(jìn)行自然授粉。

觀察自然授粉花朵的變化，待其花瓣和雄蕊全部脫落、柱頭黏液變干、柱頭變黑時去掉其他4個處理的紙袋，讓果莢在相同條件下生長發(fā)育。2012年每組處理50朵花；2014年因開花數(shù)量較少，每組處理20朵花。分別于2012年和2014年的8月中旬果實(shí)成熟但果莢未開裂時收集果實(shí)，每個蓇葖果分別采收分裝，并統(tǒng)計(jì)結(jié)籽率。

1.2.6 訪花昆蟲觀察 于2014年4月下旬，在四川牡丹盛花期時選擇5個晴朗日，選擇6朵花，從9:00至16:00對訪花昆蟲進(jìn)行觀察，統(tǒng)計(jì)訪花昆蟲的種類和訪問頻次。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

采用EXCEL 2010數(shù)據(jù)處理軟件對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和計(jì)算，采用SPSS 19.0統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行差異顯著性分析。

2 結(jié)果和分析

2.1 四川牡丹花部特征觀察和開花動態(tài)分析

四川牡丹的花部特征見圖1。在四川牡丹每支成熟枝條的枝頂正常著生1朵花，花色粉紅色至紅紫色(圖1-1)，隨開放時間延長逐漸變?yōu)榉郯咨?；輻射狀花冠，花被覆瓦狀折疊；花瓣數(shù)8～12枚，以10枚居多，花瓣長41.0～87.5 mm，平均60.1 mm；苞片3～5枚，披針形、葉形或漸變成枝條，多為綠色，少數(shù)出現(xiàn)與花瓣顏色接近的雜色；花托碗型，離生花萼卵圓形或匙形；多體雄蕊128～203枚不等，平均164枚，花絲白色，花藥黃色，有雄蕊瓣化現(xiàn)象；邊緣胎座，心皮2～7枚，多數(shù)5枚，光滑無毛；柱頭位于心皮頂部，扇形，黃色，脊部分泌透明黏液；單個心皮含胚珠8～33枚，平均17枚。

四川牡丹群體花期為每年4月中旬至5月中旬，不同年份間略有差異，2012年為4月13日至5月15日，2014年為4月14日至5月12日。始花期和盛花期開放的花朵較大；末花期多出現(xiàn)瘦小花蕾，花朵較小，且存在腋生花。統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示：四川牡丹單花花期為6～13 d，多數(shù)為6～8 d。

開花過程中，花瓣長度隨花朵開放時間延長逐漸增加，平均值從44.8 mm增至63.9 mm；雄蕊先于雌蕊成熟，且雄蕊內(nèi)輪花藥先開裂(圖1-2)；開始散粉的雄蕊花藥與柱頭幾乎平齊(圖1-3)，開放過程中柱頭高度變化不明顯，而花藥則逐漸干癟扭曲、花絲伸長，一般在散粉的第3天花藥高過雌蕊。在開花之后花朵氣味隨花期延長逐漸變化，初期為稍刺鼻的類似中藥丹皮的異香，后期變?yōu)轭愃畦凌斯麑?shí)的果香。從花朵張開至花瓣脫落都未見花蜜分泌。

1. 全花Whole flower; 2. 示花藥開裂狀態(tài)，橢圓形內(nèi)部的花藥開裂，外部花藥未開裂Showing anther dehiscencing status, anthers dehiscencing at inside of ellispse, and not dehiscencing at outside; 3. 示雄蕊與柱頭基本等高，箭頭指示柱頭Showing stamens and stigma almost with the same height, arrows indicating stigma.

圖1 四川牡丹的花部特征

Fig. 1 Floral characteristics ofPaeoniadecompositaHand.-Mazz.

2.2 四川牡丹花粉活力和柱頭可授性分析

四川牡丹花粉活力和柱頭可授性隨開花時間的變化見表1。由表1可以看出：在開花的第1天至第6天，四川牡丹的花粉活力呈先升高后降低的變化趨勢，其中，開花后第3天至第5天花粉活力較高，可達(dá)約80%；開花第7天，花藥脫離母體。在開花第2天(即花藥開裂后第2天)，其柱頭普遍具有可授性；開花第5天，花粉活力開始降低，柱頭可授性達(dá)到最強(qiáng)。四川牡丹柱頭可授性持續(xù)時間長達(dá)9 d，其中開花第5天至第8天柱頭可授性最強(qiáng)?；ǚ劬呋盍椭^具可授性的重疊時間為5 d， 其中花粉活力較強(qiáng)與柱頭可授性較強(qiáng)的重疊時間為4 d。

開花時間Floweringtime花粉活力/%1)Pollenviability1)柱頭可授性2)Stigmareceptivity2)第1天Thefirstday0.33±0.80- 第2天Thesecondday67.06±7.12+/-第3天Thethirdday85.50±5.58+第4天Thefourthday86.91±6.88+第5天Thefifthday79.03±10.91++ 第6天Thesixthday64.90±14.23++ 第7天Theseventhday*++ 第8天Theeighthday*++ 第9天Theninthday*+ 第10天Thetenthday*+/- 第11天Theeleventhday*-

1)*: 花藥脫落Anther falling off.

2)-: 柱頭不具可授性Stigma without receptivity; +/-: 部分柱頭具有可授性，部分柱頭不具有可授性Some stigmas with receptivity, and some without; +: 柱頭具可授性Stigma with receptivity; ++: 柱頭可授性較強(qiáng)Stigma with strong receptivity.

2.3 四川牡丹雜交指數(shù)(OCI)與花粉胚珠比(P/O)分析

參照文獻(xiàn)[20]的方法計(jì)算四川牡丹的雜交指數(shù)(OCI)。四川牡丹的花冠最小直徑67.0 mm，平均直徑119.4 mm，賦值為3；花藥于開花當(dāng)天開裂，且花粉具有活性，而從開花第2天開始部分柱頭具可授性，故為雄蕊先熟，賦值為1；花藥和柱頭幾乎在同一高度上，賦值為0。據(jù)此計(jì)算出四川牡丹的OCI值為4，顯示四川牡丹繁育系統(tǒng)屬于異交，部分自交親和，需要傳粉者。

四川牡丹平均單花花粉量12 225 952粒，平均單花胚珠數(shù)59個，P/O值為207 220，按照Cruden[23]的標(biāo)準(zhǔn)，四川牡丹的有性繁殖類型為專性異交。

2.4 采用不同授粉方式后四川牡丹結(jié)實(shí)狀況分析

采用不同的授粉方式后四川牡丹的結(jié)實(shí)狀況見表2。由表2可以看出：采用不去雄套袋方式進(jìn)行授粉，2012年和2014年四川牡丹的結(jié)籽率均較接近，平均值為4.06%，說明該種有一定程度的自交親和性。采用去雄套袋方式進(jìn)行授粉，2012年和2014年共收獲63個蓇葖果，但果實(shí)中未見發(fā)育完全的種子，說明四川牡丹不存在無融合生殖。采用同株異花人工授粉方式，2012年和2014年的結(jié)籽率分別為7.13%和14.94%，平均結(jié)籽率為11.04%，表明四川牡丹部分自交親和；2年的結(jié)籽率差異較大，推測可能與不同年份的天氣狀況差異相關(guān)。采用異株異花人工授粉方式，2012年和2014年的結(jié)籽率分別為21.49%和15.17%，平均結(jié)籽率為18.33%。采用自然授粉方式，2012年和2014年的結(jié)籽率分別為26.43%和21.08%;平均結(jié)籽率最高，為23.76%。根據(jù)以上結(jié)果推斷：四川牡丹繁育系統(tǒng)為部分自交親和，主要為昆蟲傳粉的異交繁殖類型。

方式1)Measure1)年份Year花朵數(shù)Numberofflowers心皮數(shù)Numberofcarpels種子數(shù)Numberofseeds結(jié)籽花朵數(shù)Numberofflowerswithseedsetting結(jié)籽心皮數(shù)Numberofcarpelswithseedsetting胚珠數(shù)Numberofovules結(jié)籽率/%Seedsettingrate平均結(jié)籽率/%2)Averageofseedsettingrate2)1201245225110345932953.344.06±1.02cd2014168060111812564.78220124623000035230.000.00±0.00d2014178500013900.0032012472352484218634787.1311.04±5.52bc201417851741455116514.94420124522971442200332321.4918.33±4.47ab201414701571340103515.17520124823994045215355626.4323.76±3.78a201414702141245101521.08

1)1: 不去雄套袋Baging without emasculation; 2: 去雄套袋Baging after emasculation; 3: 同株異花人工授粉Artificial geitonogamy; 4: 異株異花人工授粉Artificial xenogamy; 5: 自然授粉Natural pollination.

2)同列中不同的小寫字母表示差異顯著(P<0.05) Different small letters in the same column indicate the significant difference (P<0.05).

2.5 四川牡丹花期訪花昆蟲及傳粉行為觀察

四川牡丹花期的主要訪花昆蟲見圖2。2014年4月下旬樣地早晚氣溫較低，在早晨和傍晚很少能看到昆蟲在花朵之間活動。9:00至10:00活動昆蟲也較少，僅發(fā)現(xiàn)鞘翅目(Coleoptera)昆蟲停留于雄蕊群中，且以花金龜(Cetoniinae)最多，該類昆蟲在花內(nèi)幾乎不爬動，但停留時間較長(超過5 min)，并可觀察到這類昆蟲在花內(nèi)有交配行為(圖2-1)，同時該類昆蟲也會取食花粉。10:00之后氣溫逐漸升高，昆蟲開始大量出現(xiàn)，其中以膜翅目(Hymenoptera)的蜜蜂(Apidea)(圖2-2)和雙翅目(Diptera)的食蚜蠅(Syrphidae)(圖2-3)居多。蜜蜂常在花朵間活動，多數(shù)情況下停落在花色鮮艷的花朵上，并在雄蕊和雌蕊之間爬動，用前足不停掃動并帶走大量花粉，有時可看到蜜蜂的攜粉足上黏附著大塊的花粉粒；食蚜蠅的活動方式與蜜蜂相似，但在每朵花上停留的時間極短(多數(shù)為3～5 s)，之后立即飛至其他花上。15:00之后氣溫逐步降低，活動的昆蟲數(shù)量逐漸減少，在16:00之后很難看到昆蟲在觀察區(qū)域活動。

在5 d的觀察過程中，共記錄146次昆蟲活動。蜜蜂共記錄61次，占昆蟲活動總次數(shù)的41.8%，其中，當(dāng)?shù)剞r(nóng)民飼養(yǎng)的阿壩蜜蜂〔ApisceranaAbacerana(Aba race) Fabricius〕(圖2-2)在四川牡丹的花上活動頻繁，獲取花粉；也可觀察到隧蜂(Halictidaesp.)和切葉蜂(Megachilidaesp.)在花間活動。食蚜蠅(圖2-3)共記錄46次，占昆蟲活動總次數(shù)的31.5%。鞘翅目昆蟲共記錄29次，占昆蟲活動總次數(shù)的19.9%，主要為花金龜(圖2-1)，也有少量跳甲(Alticinaesp.)和擬步甲(Tenebrionidaesp.)。觀察結(jié)果還表明：蜜蜂和食蚜蠅在花朵間活動頻繁，且在雄蕊群和雌蕊群之間來回爬動，推測這2類昆蟲可能為四川牡丹的有效傳粉者；花金龜多數(shù)情況下僅停留在雄蕊群中吞食花粉，極少爬動，推測其傳粉效率較低。四川牡丹不分泌花蜜，昆蟲在花間活動主要是為了取食花粉。

1. 小青花金龜Oxycetonia jucunda Faldermann； 2. 阿壩蜜蜂Apis cerana Aba cerana (Aba race) Fabricius; 3. 食蚜蠅Syrphidae.

3 討 論

在被子植物中極少有絕對的自交或異交類群，大多數(shù)植物都是同時利用2種交配模式來完成授粉[24]。本研究的觀察結(jié)果顯示：四川牡丹的有性繁育系統(tǒng)為異交，部分自交親和，需要傳粉者，且四川牡丹有性繁殖為專性異交。在四川牡丹的單花開花初期，雄蕊群和雌蕊群幾乎處于同一高度，之后花絲伸長，高過柱頭，花粉活力與柱頭可授期在時間上有6 d重疊，因此在單花水平上四川牡丹的花部特征使自花授粉成為可能。授粉實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示：四川牡丹不存在無融合生殖，通過自花授粉可以結(jié)籽，但結(jié)籽率較低；同株異花人工授粉的結(jié)籽率低于異株異花人工授粉，而異株異花人工授粉的結(jié)籽率又低于自然授粉，但差異不顯著，說明在自然條件下，因開花植株花期集中，在四川牡丹居群內(nèi)可通過昆蟲實(shí)現(xiàn)異交，因而，四川牡丹花期是以異花授粉為主，部分自交親和，需要傳粉者。四川牡丹的自然授粉和人工授粉的結(jié)籽率均低于25%，且芍藥屬其他種類的自然授粉結(jié)籽率也普遍偏低[25-30]，這可能和芍藥屬植物的遺傳特性有關(guān)，而較低的自然結(jié)籽率也可能是導(dǎo)致芍藥屬植物瀕危的重要原因之一。

四川牡丹花朵較大、花朵堅(jiān)實(shí)、花瓣較為平展，這些特點(diǎn)都有利于甲蟲類和蜂類昆蟲在花上停留或傳粉；四川牡丹在開花過程中都會散發(fā)出濃郁的花香，雖然花香能夠吸引甲蟲類和蜂類昆蟲為植物傳粉[31]，但蜂類昆蟲對紅色不敏感，對白色和黃色較為敏感[32]，而四川牡丹花瓣為紅色、雄蕊和柱頭均為黃色、花絲為白色，四川牡丹的花色更有利于吸引蜂類昆蟲停留在雄蕊或柱頭上進(jìn)行傳粉；氣味和花色僅作為信號引誘傳粉昆蟲，而最終吸引昆蟲且能補(bǔ)償訪花所消耗能量的是花粉或花蜜[33]，四川牡丹沒有蜜腺，大量的花粉是其提供給傳粉昆蟲的惟一報(bào)酬，與金紅等[34]對白花野牡丹(Melastomacandidumf.albiflorumJ. C. Ou)訪花昆蟲的觀察結(jié)果一致。以上這些特征都有利于甲蟲類和蜂類昆蟲協(xié)助四川牡丹完成授粉。通過連續(xù)多天的觀察發(fā)現(xiàn)，在四川牡丹花上活動的昆蟲主要是蜜蜂、食蚜蠅和花金龜；其中，花金龜取食花粉，通過在花上的活動起到傳粉作用，但其體壁光滑、不易攜帶花粉且活動遲緩，傳粉效率較低；蜜蜂在訪花過程中雖然在每朵花上停留的時間較短，但其頻繁更換花朵，有利于完成授粉；食蚜蠅的訪花行為和蜜蜂類似，且訪花頻率僅次于蜜蜂，因此推測蜜蜂和食蚜蠅是四川牡丹花期的主要有效傳粉昆蟲。羅毅波等[28]和李奎等[29]認(rèn)為蜂類昆蟲是矮牡丹(PaeoniajishanensisT. Hong et W. Z. Zhao)和滇牡丹(P.delavayiFranch.)花期的主要傳粉昆蟲，四川牡丹的傳粉昆蟲與同屬的這2種植物相似，但存在一定差異。

四川牡丹花期的訪花昆蟲中最重要的一類是阿壩蜜蜂，該類蜜蜂是東方蜜蜂(ApisceranaFabricius)阿壩地理種群Abacerana(Aba race)[35]。該地理種群是阿壩地區(qū)特有的野生蜜蜂種群，適應(yīng)高海拔、低氣溫的環(huán)境條件，自然生活于河谷地帶[36]，當(dāng)?shù)剞r(nóng)民多在山谷隱蔽處建立簡易蜂箱吸引阿壩蜜蜂筑巢以獲取蜂蜜和花粉。因?yàn)槿祟惛深A(yù)使得阿壩蜜蜂在該地區(qū)繁殖較快，數(shù)量較多。在每年的4月份和5月份，四川牡丹原生地氣溫較低，多數(shù)植物才開始萌發(fā)，除四川牡丹外極少有植物開花，此時四川牡丹的花粉成為阿壩蜜蜂的重要食物，而阿壩蜜蜂在花朵上頻繁采集花粉的活動有利于四川牡丹完成授粉。

面臨強(qiáng)大的選擇壓力，多數(shù)瀕危植物選擇了大量、集中開花的方式以吸引更多的傳粉昆蟲[37-38]，四川牡丹也具有這一特點(diǎn)。四川牡丹群體花期較短(不足1個月)，盛花期在2周內(nèi)，花期高度一致更加有利于吸引傳粉昆蟲完成授粉。四川牡丹的花粉可在較長時間內(nèi)保持活力，其中有5 d花粉活力保持在60%以上；而律春燕[39]的研究結(jié)果也表明，在室溫條件下，黃牡丹(PaeonialuteaDelavay ex Franch.)花粉生活力能保持10 d左右，低溫條件下儲存1 a后花粉萌發(fā)率仍大于48%，因此，可以推測花粉活力保持時間較長是牡丹組植物的共同特性。高海拔地區(qū)傳粉昆蟲較平原地區(qū)少[40]，延長花期有利于完成授粉；四川牡丹單花花期多為6～8 d，與滇牡丹單花花期[29]接近，較栽培牡丹單花花期(3～6 d)[41]長，這可能也是四川牡丹對高海拔氣候條件的一種適應(yīng)表現(xiàn)。5月份為四川牡丹的盛花期，川西高原開始進(jìn)入雨季，導(dǎo)致多數(shù)昆蟲停止活動，不利于四川牡丹完成傳粉；而四川牡丹的自交親和性高于同屬植物矮牡丹和滇牡丹[28-29]，這也可能是四川牡丹為適應(yīng)花期因多雨導(dǎo)致傳粉昆蟲較少而演化出的一種特性；為維持種群數(shù)量，四川牡丹可能選擇以較高的自交親和能力來保證繁殖成功。四川牡丹是牡丹組革質(zhì)花盤亞組(Subsect.Vaginatae)中尚未得到開發(fā)利用的珍貴野生資源[18]，其花朵碩大、花色艷麗、葉片纖細(xì)且小葉眾多[16]、結(jié)實(shí)能力強(qiáng)，分布于干旱河谷地帶，對惡劣環(huán)境耐受力強(qiáng)，因此是培育新葉形、高抗性及油用牡丹新品種的優(yōu)異種質(zhì)資源。對四川牡丹花粉活力和柱頭可授期的掌握，以及通過適合的人工授粉方式提高其結(jié)籽率，對牡丹新品種的雜交育種均有重要意義。

致謝： 四川農(nóng)業(yè)大學(xué)風(fēng)景園林學(xué)院陳其兵教授、劉佳坤和吳云在實(shí)驗(yàn)和論文修改過程中提供了無私的幫助，在此表示衷心感謝！

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(責(zé)任編輯： 張明霞)

Studies on floral characteristics and breeding system ofPaeoniadecomposita

YANG Yong1a,1b, LUO Jintao1a, ZHANG Bifang1a, SONG Huixing1a, LIU Guangli1a,①, ZENG Xiuli2,①

(1. Sichuan Agricultural University: a. College of Landscape Architecture, b. Maize Research Institute, Key Laboratory of Biology and Genetic Improvement of Maize in Southwest Region, Ministry of Agriculture, Chengdu 611130, China; 2. Institute of Vegetables, Tibet Academy of Agricultural and Animal Husbandry Sciences, Lhasa 850032, China),

J.PlantResour. &Environ., 2015, 24(4): 97-104

Floral characteristics and flowering dynamic ofPaeoniadecompositaHand.-Mazz. distributed in Aba of Sichuan were observed, and its breeding system was researched through pollen viability analysis, outcrossing index (OCI) estimation, pollination measure control and flower visiting insect observation. The main floral characteristics ofP.decompositaare as follows: flower color from pink to reddish purple, and turning to pinkish white with prolonging of opening time; radialized corolla with 8-12 petals; 128-203 polyadelphous stamens with white filament and yellow anther, having petal phenomenon in stamens; yellow stigma on the top of carpel; border placenta, 2-7 carpels, 8-33 ovules per carpel; aroma spreading during flowering process and changing with prolonging of flowering period. The flowering period of populations of this species is concentrated from the middle of April to the middle of May, but varies with years. The flowering period of solitary flower mostly is 6-8 d. Anther and stigma are basically at the same plane during whole flowering process, and stamens are protandrous. From the first day to the sixth day of flowering period, pollen viability ofP.decompositaincreases firstly and then decreases, in which pollen viability (about 80%) is higher from the third day to the fifth day. Stigma has receptivity generally from the second day of flowering period with duration time of 9 d, and stigma receptivity is the strongest from the fifth day to the eighth day of flowering period. And overlap time of pollen with viability and stigma with receptivity is 5 d. OCI value ofP.decompositais 4, and pollen-ovule ratio (P/O) is 207 220.P.decompositahas no nectary, pollen is the only reward for visiting insects. And the main visiting insects include Apidea, Syrphidae and Cetoniinae, in which the former two insects may be the effective pollinators, while Cetoniinae has low pollination efficiency. The result of pollination experiment shows that average of seed setting rate of natural pollination plant in 2012 and 2014 is the highest, with 23.76%, and that of artificial xenogamy and artificial geitonogamy plants is lower, with 18.33% and 11.04%, respectively. It is suggested that breeding system ofP.decompositais xenogamy, part self-compatibility and no apomixes, and needs pollination by pollinators.

PaeoniadecompositaHand.-Mazz.; floral characteristics; flowering process; visiting insect; pollination measure; breeding system

2015-03-16

國家農(nóng)業(yè)科技成果轉(zhuǎn)化資金項(xiàng)目(2011GB2F000016); 四川省教育廳重點(diǎn)課題(201ZA0009); 西藏自治區(qū)科學(xué)技術(shù)廳重點(diǎn)項(xiàng)目〔藏財(cái)企指(專)字[2011]48號〕

楊 勇(1990—)，男，河南駐馬店人，碩士研究生，主要從事芍藥屬野生資源開發(fā)與利用方面的研究。

①通信作者 E-mail： liugl_1@163.com; zeng_xiuli2004@aliyun.com

Q944.43; Q948.12+2.6; S685.11

A

1674-7895(2015)04-0097-08

10.3969/j.issn.1674-7895.2015.04.13