瀕危植物伯樂樹傳粉生物學(xué)特性研究

王 娟，劉仁林

(1. 云南師范大學(xué) 文理學(xué)院，云南 昆明 650202；2. 贛南師范學(xué)院 化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院，江西 贛州 341000)

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瀕危植物伯樂樹傳粉生物學(xué)特性研究

王 娟1，劉仁林2

(1. 云南師范大學(xué) 文理學(xué)院，云南 昆明 650202；2. 贛南師范學(xué)院 化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院，江西 贛州 341000)

摘要通過野外觀察和室內(nèi)測定等方式，對伯樂樹的花部結(jié)構(gòu)、訪花昆蟲及訪花行為進(jìn)行了觀察，并利用石蠟切片法對開花期的雌蕊花柱及柱頭進(jìn)行顯微觀察，有關(guān)其傳粉生物學(xué)特性的研究結(jié)果表明：伯樂樹自然開花正常，其有效胚珠的比率為23.3%。伯樂樹為蟲媒植物，傳粉者主要依賴黃胸木蜂，伯樂樹的授粉方式可能屬于居群內(nèi)的花粉交流，石蠟切片顯示柱頭與花柱道相通，花柱道長，空隙很大，在一定程度上影響本物種的傳粉。

關(guān)鍵詞伯樂樹；瀕危植物；傳粉生物學(xué)

植物瀕危的原因很多，其中有性生殖的傳粉過程至關(guān)重要[1]。對植物傳粉生物學(xué)特性的研究不僅有助于了解該種植物與傳粉媒介的協(xié)同進(jìn)化關(guān)系，其種群和群落的動態(tài)，也有助于探討植物的瀕危機(jī)制及對其保護(hù)對策的制定[2]。許多植物，如Nerium oleander[3]、Smilax rotundifolia[4]、鵝掌楸[5]等，由于傳粉受到限制，導(dǎo)致結(jié)籽率不高，造成瀕危。伯樂樹系我國特有珍稀植物，然而目前國內(nèi)外關(guān)于伯樂樹的研究報(bào)道較少，僅限于系統(tǒng)發(fā)育、播種繁殖、幼苗形態(tài)、木材解剖、園林應(yīng)用介紹等方面，尤其是其保護(hù)生物學(xué)的研究非常薄弱[6]。本文對伯樂樹傳粉生物學(xué)特性的研究，旨在對其瀕危原因和系統(tǒng)學(xué)的進(jìn)一步研究提供基礎(chǔ)。

1材料和方法

1.1研究地點(diǎn)及環(huán)境

以井岡山國家級自然保護(hù)區(qū)(羅宵山脈中段，植被為亞熱帶常綠闊葉林)的伯樂樹為觀測研究對象，樣地海拔1 090m，坡向?yàn)槲髌?，土壤為紅壤。

1.2定位觀察和試驗(yàn)

用玻片法收集花粉的試驗(yàn),觀察、記錄傳粉昆蟲的種類和訪花行為，傳粉昆蟲的干標(biāo)本直接噴金后，在掃描電鏡下觀察。

1.3石蠟切片法觀察開花期雌蕊花柱形態(tài)結(jié)構(gòu)

石蠟切片制作流程圖：采集開花期的花，先進(jìn)行解剖，取出雌蕊花柱，切成長小段—FAA固定—70%酒精—50%酒精—整染(愛氏蘇木精)—洗凈—酒精系列脫水—浸蠟—石蠟包埋—修蠟塊—切片(6～8μm)—鏡檢—粘片—脫蠟—透明—中性樹膠封片—貼標(biāo)簽—顯微鏡下觀察、照相。

1.4有效胚珠的比率

隨機(jī)采集一定數(shù)量的伯樂樹成熟的果實(shí)，剝開觀察統(tǒng)計(jì)其結(jié)種的情況(表1)，計(jì)算有效胚珠的比率=種子總數(shù)/胚珠總數(shù)×100%

1.5花粉形態(tài)和大小的觀察

花粉的掃描觀察：直接將干燥花粉粘于貼有雙面導(dǎo)電膠帶的樣品臺上，噴金，HitachiS-3500N型掃描電子顯微鏡觀察并攝影?；ǚ鄣拇笮≡诠忡R下測量，取樣61個，取其最大、最小(示變化幅度)和平均值。

2結(jié)果與分析

2.1開花期主要傳粉者的觀察

于開花后數(shù)日連續(xù)觀察訪花者的類別、數(shù)量、訪花行為和活動規(guī)律直至花瓣脫落。采集訪花者制成標(biāo)本，鑒定到科、屬或種。經(jīng)過前期的觀察，發(fā)現(xiàn)植物最常見、也可能是最有效的傳粉昆蟲，在觀察訪花者的訪花頻率時記錄天氣變化。

根據(jù)定點(diǎn)觀察，在伯樂樹的開花盛期，吸引了一群蜂類來傳粉，通過對傳粉蜂類的撲捉和鑒定，它們屬于木蜂科(Xylocopidae)木蜂屬黃胸木蜂(Xylocopa appendiculata)Smith。黃胸木蜂是重要的傳粉昆蟲(圖版：1，2)。體長17～19mm；后足扁平而短，形成花粉筐；體大舌長，身上長滿了金黃色毛，上面很容易沾滿花粉，能攜帶大量花粉，授粉效果較好。據(jù)觀察它們主要的傳粉時間是上午9:00到下午4:00左右，即便是雨霧的天氣也照樣進(jìn)行，訪花頻率改變不大，但可能會降低傳粉的效率，一般持續(xù)3～5d，蜂群就基本離去。開花之后，在天氣晴朗的時候，也有少數(shù)粉蝶在樹間逗留，它們也可能成為次要傳粉昆蟲。

2.2花部的綜合特征與傳粉者的關(guān)系

總狀花序頂生，小花18～36朵?；üｉL2～3cm；花徑約4cm；花萼鐘形長1.2～1.7cm，具不明顯5齒，外面密被微柔毛；花瓣5，粉紅色，長約2cm，著生于花萼筒上部；雄蕊5～9(圖版：3，4)；伯樂樹的花沒有香味，不具蜜腺，主要以大量的花粉作為報(bào)酬物，吸引黃胸木蜂傳粉。

2.3伯樂樹傳粉時期花柱解剖顯微觀察

伯樂樹的柱頭通常有三裂凹陷，中空，與伯樂樹寬闊的花柱道相通(圖版：5，6)，通道的周圍是具有分泌性質(zhì)的通道細(xì)胞(圖版：7)?；ǚ哿Ｃ劝l(fā)形成花粉管后，花粉管可以穿過柱頭上的引導(dǎo)組織到達(dá)花柱道，也可以直接到達(dá)花柱道，沿花柱道表面的通道細(xì)胞的表面向下生長直達(dá)胚珠。伯樂樹的干性柱頭雖無分泌物溢出，但由于柱頭表面存在親水性的蛋白質(zhì)薄膜，能通過其下層的角質(zhì)層的中斷處吸水，輔助粘著花粉和使花粉獲得萌發(fā)必須的水分。當(dāng)花粉接觸柱頭后，很快發(fā)生水合作用，花粉的體積增大，由于花粉粒中貯存的代謝物質(zhì)，為花粉管的最初生長提供了物質(zhì)基礎(chǔ)，花粉管便從萌發(fā)孔中突出來(圖版：8，9)。

2.4有效胚珠的比率

隨機(jī)采集一定數(shù)量的伯樂樹成熟的果實(shí)，剝開觀察統(tǒng)計(jì)其結(jié)種的情況(表1)，計(jì)算有效胚珠的比率=種子總數(shù)/胚珠總數(shù)×100%,其有效胚珠的比率為23.3%。

表1　伯樂樹的結(jié)種率記錄

2.5花粉形態(tài)和大小的觀察

伯樂樹的花粉為單?；ǚ郏瑨呙桦婄R下觀察顯示花粉粒近球形，測得花粉直徑平均為115.5(99.7～126.9)μm(表2)，具三溝，溝膜光滑，外壁雕紋網(wǎng)狀，極面觀三裂圓形(圖版：10)。

表2　伯樂樹花粉直徑測量記錄表

3討論

3.1伯樂樹授粉方式分析

伯樂樹的花粉比較大，花粉直徑約115.5(99.7～126.9)μm，不適應(yīng)于風(fēng)媒傳粉，并且，根據(jù)物候觀察，開花盛期，主要由黃胸木蜂為伯樂樹進(jìn)行傳粉，而伯樂樹主要以花粉作為報(bào)酬。在顯微鏡下，可看到黃胸木蜂的頭部、腹部和附肢上粘有大量花粉，呈白色粉末狀。所以伯樂樹主要依賴?yán)ハx進(jìn)行傳粉。昆蟲傳粉系最原始的傳粉類型這一觀點(diǎn)，已為當(dāng)今學(xué)者所普遍接受[7]。

從形態(tài)解剖方面來觀察伯樂樹的有性器官結(jié)構(gòu)特征推斷：伯樂樹的授粉方式可能屬于居群內(nèi)的花粉交流。首先伯樂樹花的形態(tài)適應(yīng)這一方式，雌蕊的柱頭略高于雄蕊(圖版：2)，花藥伸出開裂，花粉粒多，訪花昆蟲很容易把花粉帶到伯樂樹的柱頭上；其次是伯樂樹的花粉較大，顯然不利于風(fēng)媒傳粉，實(shí)際觀察中也證實(shí)其為蟲媒花，訪花昆蟲的體型較大，加之森林中樹木屏障以及地形地貌的限制，不利于訪花昆蟲的作長距離飛行，這樣就使其嚴(yán)格限制在居群內(nèi)進(jìn)行傳粉。另外花粉與引導(dǎo)細(xì)胞接觸的機(jī)會就較少，減少對花粉嚴(yán)格選擇的機(jī)會。由此推斷，伯樂樹自花授粉的真正意義是居群內(nèi)的“自花受粉”。要探討伯樂樹嚴(yán)格意義上是自花傳粉還是異花傳粉，還需要通過基因流的方法對伯樂樹種群進(jìn)行遺傳檢測才能進(jìn)一步了解。

3.2伯樂樹傳粉媒介對結(jié)實(shí)率的影響

伯樂樹的坐果率大約為28.9%[8]。伯樂樹主要依賴?yán)ハx進(jìn)行傳粉，因?yàn)椴畼窐涞幕ǚ哿］^大，花粉直徑約平均為115.5μm，顯然不利于風(fēng)媒傳粉。由于傳粉的媒介主要昆蟲，即黃胸木蜂，根據(jù)觀察，如果盛花期天氣晴朗，則黃胸木蜂成群訪花，授粉效果較好。但雨霧天氣對黃胸木蜂訪花不利，影響到伯樂樹的傳粉，從而影響到伯樂樹的結(jié)實(shí)量。

3.3伯樂樹有性器官結(jié)構(gòu)特征對傳粉的影響

根據(jù)石蠟切片的研究，伯樂樹在傳粉的過程中存在一些局限性，主要表現(xiàn)在：柱頭與花柱道相通，空隙很大，很容易使其他物種的花粉以及一些異物直接掉落其中，堵塞花柱，影響本物種的傳粉；伯樂樹的花柱較長，在傳粉的過程中，花粉管要生長延伸到達(dá)胚珠的成功率就相對較低；花柱中靠近表皮的邊緣，存在一些不明“寄生物”(由于實(shí)驗(yàn)條件的限制，沒有得到準(zhǔn)確鑒定)，它們可能對伯樂樹的傳粉造成有害的影響(圖版11，12)。

參考文獻(xiàn)：

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圖版

圖版說明

1. 黃胸木蜂腹面觀；2. 黃胸木蜂背面觀；3. 伯樂樹花序的形態(tài)；4. 伯樂樹小花的形態(tài)；石蠟切片：5. 花柱橫切，示開放型花柱，×100；6. 花柱縱切，示柱頭引導(dǎo)組織，×100； 7. 花柱縱切，示花柱道表皮細(xì)胞，×400； 8. 柱頭縱切，示花粉在柱頭上萌發(fā)，×400；9. 花柱縱切，示花粉的萌發(fā)及花粉管的生長，×100；10. 花粉掃描，示花粉的形態(tài)及雕紋，×1510；11. 花柱橫切，示花柱表皮細(xì)胞邊緣的“寄生物”，×100；12. 花柱橫切，示花柱表皮細(xì)胞邊緣的“寄生物”，×400。

PollinationBiologyofEndangeredBretschneidera sinensisHemsl.

WangJuan1,LiuRenlin2

(1.CollegeofArtsandSciences,YunnanNormalUniversity,Kunming650202,China; 2.CollegeofChemistryandEnvironmentalScience,GannanNormalUniversity,Ganzhou341000,China)

AbstractThefloralform,insectvisitorsandtheirbehaviorwereobservedbythefieldobservationandindoormeasurement,andbyusingparaffinsectionmethodtoobservethepistil,stigmaandstyleofBretschneidera sinensisinfloweringperiod.TheresultsindicatedthatBretschneidera sinensisflowerednormallyandpollen-ovuleratio(P/O)was23.3%.Itisinsect-pollinatedplantandhascomparativelyfixedinsectpollinator,mainlyXylocopa appendiculataSmith. Bretschneidera sinensisHemsl.mainlyexchangedpollensinpopulations(namelyself-pollinationinthepopulation).Theparaffinsectionshoweditslongerstyle,biggap,thestigmacommunicatingdirectlywiththestyle.Thosemightgoagainstthesuccessfulpollination.

KeywordsBretschneidera sinensisHemsl.；endangeredplant；pollinationbiology

doi：10.3969/j.issn.1006-9690.2016.03.012 10.3969/j.issn.1006-9690.2016.03.013

收稿日期：2015-09-15

作者簡介：王娟(1982—)，女，講師，碩士，主要從事植物學(xué)相關(guān)研究。E-mail：373417614@qq.com

中圖分類號S792.99

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1006-9690(2016)03-0048-04