蝶形花植物豬屎豆自花傳粉機(jī)制研究

郭艷峰， 劉 妍*， 蔣謙才， 孫紅梅

( 1. 中山火炬職業(yè)技術(shù)學(xué)院 生物醫(yī)藥系， 廣東 中山 528436； 2. 中山市國(guó)有森林資源保護(hù)中心， 廣東 中山 528400 )

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蝶形花植物豬屎豆自花傳粉機(jī)制研究

郭艷峰1， 劉 妍1*， 蔣謙才2， 孫紅梅2

( 1. 中山火炬職業(yè)技術(shù)學(xué)院 生物醫(yī)藥系， 廣東 中山 528436； 2. 中山市國(guó)有森林資源保護(hù)中心， 廣東 中山 528400 )

豬屎豆(Crotalariapallida)為典型的蝶形花植物,分布極廣，是路邊或遭破壞生境中最常見的先鋒種之一，野外觀察未發(fā)現(xiàn)其有營(yíng)養(yǎng)生殖的現(xiàn)象，主要為種子繁殖。該研究通過對(duì)自然生境中豬屎豆開花物候、訪花昆蟲及繁育系統(tǒng)的研究，旨在從繁殖的角度闡述其快速擴(kuò)張的能力。結(jié)果表明：盡管豬屎豆的主要訪花昆蟲是蜜蜂，但蜜蜂的訪花頻率極低 [(1.73±1.30)次/花序·h-1]，且在整個(gè)花期內(nèi)花藥和柱頭均被龍骨瓣包裹，蜜蜂訪花時(shí)未成功接觸柱頭和花粉，不能實(shí)現(xiàn)傳粉，因此蜜蜂不是豬屎豆有效的傳粉昆蟲，這與假說“蝶形花普遍是對(duì)膜翅目昆蟲，尤其是對(duì)蜜蜂傳粉的適應(yīng)”不一致。人工授粉結(jié)果顯示，豬屎豆為自交親和種，不存在無融合生殖現(xiàn)象，其繁殖主要通過主動(dòng)自交生產(chǎn)種子來實(shí)現(xiàn)，且在自交過程中長(zhǎng)短花藥都參與主動(dòng)自交。這種自交方式不同于其他蝶形花植物的主動(dòng)自交僅由短花藥實(shí)現(xiàn)。對(duì)豬屎豆而言，長(zhǎng)短花藥均參與自交能夠增加柱頭的授粉幾率，保證其在不利的生境中成功結(jié)籽，是其成功擴(kuò)張的關(guān)鍵因素之一。

豬屎豆, 蝶形花, 主動(dòng)自交, 先鋒植物, 快速擴(kuò)張

自交和異交是繁育系統(tǒng)研究的中心問題。自從Darwin(1876)起，人們認(rèn)為異交是一種進(jìn)化的傳粉機(jī)制，是形成繁育系統(tǒng)中傳粉多樣性的主要?jiǎng)恿?。自花授粉因?huì)引起自交衰退而被認(rèn)為是被子植物繁育系統(tǒng)進(jìn)化的絆腳石(Darwin，1876；Kalisz et al，2004)。然而，自然界的開花植物中有20%是高度自交，33%介于自交和異交之間(Kalisz et al，2004)，故自交在交配系統(tǒng)中占很大比重。但隨著對(duì)自然界多種傳粉機(jī)制及其生態(tài)意義的不斷揭示，人們對(duì)自交與異交的利弊有了新的認(rèn)識(shí)。在缺乏傳粉昆蟲或花粉受限制時(shí)，異交種的結(jié)籽會(huì)受到限制(Burd，1994；Ashman et al，2004)，而自交種能通過自交保障結(jié)籽(Larson & Barrett，2000；Kalisz et al，2004)。對(duì)處于開拓新生境或傳粉條件不利的植物而言，自交能保證植物繁殖而使其避免滅絕消失(Stebbins，1957)，即具主動(dòng)自交的種在建立新居群或快速擴(kuò)張方面比異交種更具優(yōu)勢(shì)(Baker，1974；Cruden & Lyon，1989；Kalisz et al，2004；Randle et al，2009；Shivanna，2014)。在擴(kuò)張迅速及廣布種中，自交比異交更普遍(Baker，1974；Shivanna，2014)。但目前大多關(guān)于植物快速擴(kuò)張的研究主要在植物的種子產(chǎn)量、種子萌發(fā)優(yōu)勢(shì)及無性繁殖能力方面(Kraichak，2012；Berkovic et al，2014)。盡管開花物候、傳粉機(jī)制和繁育系統(tǒng)是種子生產(chǎn)的基礎(chǔ)，是植物居群結(jié)構(gòu)及對(duì)變化環(huán)境適應(yīng)能力的決定因素，但相關(guān)的詳細(xì)研究卻很不足(Shivanna，2014)。

豬屎豆屬(Crotalaria)植物隸屬于豆科(Leguminosae)蝶形花亞科(Papilionoideae)，屬內(nèi)種普遍為熱帶雜草，極好地生長(zhǎng)于路邊、沙地及遭人類改變的地方(Moore，1978；Lewis，1987；Jacobi et al，2005)。我國(guó)約有40種，其中6種從印度、非洲、南美、美洲逃逸而來。不少種類可供藥用，是藥用植物開發(fā)的重點(diǎn)類群。豬屎豆(Crotalariapallida)植物全草有散結(jié)、清濕熱等作用，近年來試用于抗腫瘤效果較好，主要對(duì)鱗狀上皮癌，基底細(xì)胞癌有療效(崔鴻賓等，1998)；在藥用、防沙固土、園林綠化等方面也應(yīng)用較廣(趙瓊玲等，2008)。課題組近年來在對(duì)華南地區(qū)豬屎豆屬藥用植物進(jìn)行野外調(diào)查過程中發(fā)現(xiàn)，豬屎豆是該屬中分布最廣，且在路邊或遭破壞生境中最常見的先鋒種之一，即使在烈日當(dāng)空、多砂多礫的環(huán)境中仍然能生長(zhǎng)。在野外未發(fā)現(xiàn)營(yíng)養(yǎng)生殖現(xiàn)象，主要通過種子繁殖，其種子耐鹽能力強(qiáng)、萌發(fā)率高，對(duì)環(huán)境適應(yīng)力強(qiáng)(廖富林等，2011；嚴(yán)琳玲等，2012；羅天瓊等，2013)，是其快速建立新居群的關(guān)鍵因素。然而，有關(guān)該種是如何傳粉來生產(chǎn)種子的報(bào)道卻極為匱乏。本研究通過對(duì)豬屎豆進(jìn)行傳粉生物學(xué)研究，以明確以下研究目的：(1)開花物候及開花生物學(xué)特性；(2)訪花昆蟲的行為及傳粉機(jī)制；(3)繁育系統(tǒng)。進(jìn)而明確豬屎豆在新生境中成功生存的原因，同時(shí)為探討蝶形花亞科的花形態(tài)與傳粉關(guān)系的協(xié)同提供重要依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究植物與觀察地點(diǎn)

豬屎豆為豬屎豆屬多年生草本植物(圖版Ⅰ：A)。本種是世界廣布種，原產(chǎn)于熱帶美洲，分布于大西洋海岸線、巴西、美洲、非洲及中國(guó)大部分地區(qū)，常見于路邊、河邊、沙地還有貧瘠的山坡。本種為典型的蝶形花植物，果實(shí)為豆莢，一般長(zhǎng)為3.4 cm，成熟時(shí)褐色(圖版Ⅰ： C)，外界壓力易導(dǎo)致開裂。花果期為9-12月。

本研究的野外觀察和實(shí)驗(yàn)工作分別于2014年9月至2015年5月在廣東省中山市陵崗村 (22°53′ N，113°45′ E，海拔715 m)完成。

1.2 開花生物學(xué)特性觀察

在所研究植物的自然居群中，對(duì)所有植株在2014-2015年間不同月份的開花物候情況進(jìn)行觀察和記錄，明確居群的初花期、盛花期、末花期。隨機(jī)選取20朵花(2 朵/株)進(jìn)行標(biāo)記，從6:00-18:00每隔3 h觀察記錄每一朵花的開放時(shí)間、花藥開裂時(shí)間、花謝時(shí)間，花冠脫落標(biāo)志著單花花期結(jié)束。同時(shí)測(cè)量雌蕊、長(zhǎng)雄蕊、短雄蕊的長(zhǎng)度。

圖版 Ⅰ 豬屎豆的植株、花、訪花者及不同發(fā)育階段花的雌雄蕊位置關(guān)系 A. 植株； B. 花序； C. 果實(shí)； D. 不同角度的花、雄蕊及蜜腺 (a. 花側(cè)面， b.花正面， c. 10個(gè)雄蕊基部融合成鞘， d. 蜜腺)； E. 訪花者； F. 不同發(fā)育階段花的雌雄蕊位置關(guān)系 (a. 剛剛開放的花， LA. 長(zhǎng)雄蕊， SA. 短雄蕊， b. 長(zhǎng)雄蕊與柱頭接觸， c. 柱頭高于雄蕊，長(zhǎng)花藥開裂，短花藥未開裂， d. 短花藥開裂且與柱頭接觸， e-f. 柱頭高于雄蕊，花藥變干， g. 花冠脫落后的雌蕊)。 Plate Ⅰ Plant, flowers, visitor and the distance between stigma and stamens in different development stages’ flowers of Crotalaria pallida A. Plant growing in the roadsides; B. Flowers growning in the inflorescence; C. Fruits on the plants; D. Flowers (a. Flower side elevation， b. Flower vertical, c. Ten stamens’ fusing by the basal part into a sheath， d. A nectary); E. Visitors visiting flower; F. Flowers in different development stages (a. Flower just opening， LA. Long-anthers， SA. Short-anthers， b. Long-anthers contacting with the stigma， c. Stigma protrusion from ten stamens， d. Short-anthers contacting with the stigma， e-f. Stigma protrusion from ten stamens and ten anthers dried-up， g. Corolla and ten anthers dropped off).

1.3 柱頭可受性與花粉活性的測(cè)定

在單花花期內(nèi)每天于10:00-12:00之間，隨機(jī)采取不同發(fā)育時(shí)期的新鮮花10 朵，用MTT法測(cè)定花粉活性(Dafni，1992)和柱頭可受性(Rodriguez-Riao & Dafni，2000)，并在顯微鏡(40×)下觀察并統(tǒng)計(jì)著色和未著色花粉粒數(shù)目。

1.4 花粉組織化學(xué)的檢測(cè)

隨機(jī)采集所研究植物花藥已經(jīng)開裂的花，將新鮮的花粉刮到干凈的載玻片上，用I2-KI或蘇丹Ⅲ-Ⅳ染液進(jìn)行染色，在顯微鏡下進(jìn)行觀察，每個(gè)樣品重復(fù)3次并記錄反應(yīng)的顏色。若I2-KI顯示藍(lán)色或黑色則表明花粉有淀粉存在，若蘇丹Ⅲ-Ⅳ顯示紅色則說明花粉有脂質(zhì)存在(Dafni，1992)。

1.5 花蜜分泌量、含糖量的測(cè)定

在單花花期內(nèi)每天于10:00-12:00，用1 μL的毛細(xì)管(RS-Sigma，USA)吸取不同發(fā)育時(shí)期的新鮮花10朵進(jìn)行吸蜜，檢測(cè)其花蜜分泌量，并用手持折光儀(ATAGO，Brix 0%～32%，Japan)直接測(cè)定花蜜含糖量(%)。處理中的花均在花開放前進(jìn)行套袋。

1.6 訪花昆蟲種類及訪花行為的觀察

于2014年11月22-24日和2015年1月13-15日內(nèi)，在居群中隨機(jī)標(biāo)記 5～10 株已開放的花序進(jìn)行訪花昆蟲的觀察，具體是從7:00-18:00每隔2 h觀察、統(tǒng)計(jì)0.5 h內(nèi)訪花昆蟲的種類、數(shù)量，對(duì)其進(jìn)行拍照、描述，并捕捉昆蟲作憑證標(biāo)本。

1.7 繁育系統(tǒng)檢測(cè)

(1)自然對(duì)照:不做任何處理，掛牌直至結(jié)實(shí)。(2)人工自交：隨機(jī)選擇即將開放的花，套袋，花開后授同株花藥花粉。(3)人工異交：隨機(jī)選擇即將開放的花，去掉花藥，套袋，花開后授異株花藥花粉。(4)主動(dòng)自交： ①完全套袋，隨機(jī)選擇即將要開放的花，套袋，不做其他處理，掛牌直至結(jié)實(shí)； ②去長(zhǎng)花藥套袋，隨機(jī)選擇即將開放的花，去掉長(zhǎng)花藥，套袋，掛牌直至結(jié)實(shí)； ③去短花藥套袋，隨機(jī)選擇即將要開放的花，去掉短花藥，套袋，掛牌直至結(jié)實(shí)。(5)去全部花藥套袋： 隨機(jī)選擇即將要開放的花，去掉花藥，套袋。(6)去全部花藥不套袋： 隨機(jī)選擇即將要開放的花，去掉花藥，不套袋。1個(gè)月后收取所有處理的果實(shí)，統(tǒng)計(jì)各個(gè)處理的結(jié)實(shí)率。

所有數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析均采用SPSS 15.0軟件，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)用平均值 ± 標(biāo)準(zhǔn)差，n表示樣本量。

2 結(jié)果與分析

2.1 開花物候及花的形態(tài)特征

在所觀察的居群中，豬屎豆的初花期為9月上旬，盛花期從10月中下旬開始，持續(xù)到第2年的5月，末花期為5月中下旬。盛花期期間，平均每個(gè)植株有(10.27 ± 4.34)個(gè)花序(n= 30)，每個(gè)花序開花(15.63 ± 5.86)朵(n=30)。豬屎豆的開花時(shí)間不一致，一天當(dāng)中都有花開，大多集中在下午4:00-6:00。單花序花期約40 d(n= 20)，單花花期10 d(n= 20)。

豬屎豆為蝶形花，總狀花序頂生，花由下向上開(圖版Ⅰ：B)?；ü谟善彀?、翼瓣和龍骨瓣組成，旗瓣狹細(xì)，翼瓣著生在旗瓣的內(nèi)側(cè)并緊貼龍骨瓣，下部包裹龍骨瓣，兩片龍骨瓣合生(圖版Ⅰ：D-a, b)，10枚雄蕊呈兩輪，5枚長(zhǎng)雄蕊，5枚短雄蕊，長(zhǎng)短雄蕊交替排列，10枚雄蕊基部融合成鞘(圖版Ⅰ：D-c)，子房成線狀。龍骨瓣包裹10枚雄蕊和雌蕊(圖版Ⅰ：D-a)，雌蕊位于正中央，蜜腺位于融合花絲的基部(圖版Ⅰ：D-d)。即將開放的花，旗瓣緊抱著翼瓣，二者與龍骨瓣緊靠。第1天時(shí)，旗瓣翼瓣與龍骨瓣開始分離，第2天龍骨瓣與旗瓣翼瓣約成90°角，旗瓣翼瓣依然未分離。第3天開始，旗瓣翼瓣分離，旗瓣與翼瓣約成60°夾角，但未完全展開。第5天旗瓣翼瓣完全展開。長(zhǎng)花藥在花開的第3天開裂，短花藥在第4天開裂，第7天長(zhǎng)短花藥均干裂。

2.2 雌雄蕊位置關(guān)系

在整個(gè)開花進(jìn)程中，雌雄蕊的位置關(guān)系如圖版Ⅰ：F和圖1所示，花剛開時(shí)，雌蕊最長(zhǎng)，長(zhǎng)短雄蕊均低于柱頭，短雄蕊低于長(zhǎng)雄蕊(圖版Ⅰ：F-a)，隨著開花進(jìn)程，長(zhǎng)短雄蕊都逐漸升高，到第3天，長(zhǎng)花藥與柱頭接觸，短花藥仍低于柱頭(圖版Ⅰ：F-b)。到第5天，短花藥長(zhǎng)至柱頭高度，與柱頭接觸，長(zhǎng)雄蕊低于短雄蕊與柱頭(圖版Ⅰ：F-d)。從第6天開始，柱頭超過長(zhǎng)短花藥(圖版Ⅰ：F-e,f)。

圖 1 花期內(nèi)豬屎豆雌雄蕊長(zhǎng)度變化Fig. 1 Distance between stigma and stamens during flowering

圖 2 豬屎豆花粉、柱頭活性變化Fig. 2 Pollen viability and stigma receptivity of flowers

2.3 花粉活性和柱頭可受性、花蜜量和含糖量、花粉組織化學(xué)特性

如圖2所示，在整個(gè)花期內(nèi)，柱頭都具有活性。長(zhǎng)短花藥花粉活性在花藥剛開裂是較高，均在90%以上，隨著開花進(jìn)程，花粉活性略微降低，但在花謝時(shí)，長(zhǎng)短花藥的花粉活性仍高于75%。花蜜檢測(cè)結(jié)果顯示(圖3)，剛開的花，花蜜量?jī)H(0.09 ± 0.05) μL，隨著開花時(shí)間的延長(zhǎng)，從第3天開始，花蜜量顯著升高(t= 9.732，df= 18，P= 0.001)，花謝時(shí)花蜜量為(2.55 ± 0.72)μL?；▌傞_時(shí)，含糖量為(3.92 ± 2.07)%，從第3天開始，含糖量顯著升高(t= 14.805，df= 18，P= 0.000)，花謝時(shí)含糖量為(16.75 ± 2.14)%。豬屎豆的花粉經(jīng)I2-KI染色后顯示藍(lán)色，表明花粉有淀粉存在，蘇丹Ⅲ-Ⅳ染色后顯示紅色，說明花粉有脂質(zhì)存在。

圖 3 豬屎豆花期內(nèi)花蜜量、含糖量變化Fig. 3 Nectar production and sugar concentration of

2.4 訪花昆蟲種類及訪花行為

訪花昆蟲主要是蜜蜂(Apidaesp.)，偶爾見到蝴蝶。蜜蜂平均訪花頻率為4.3(0.06～1.40)次/花序·30 min-1，訪花高峰期為9:00-9:30、14:30-15:00。蜜蜂沿著花序從下往上或從上往下訪花，訪花時(shí)蜜蜂先在花附近盤旋，然后降落在花上，用足抱住翼瓣，頭探入花冠基部的蜜腺吸蜜。吸蜜過程中，蜜蜂不是正面訪花，其腹部未壓在龍骨瓣上，而是避開龍骨瓣，腹部位于花梗的上方(圖版Ⅰ：E)。由于蜜蜂未壓在龍骨瓣上，被龍骨瓣包裹的柱頭不能探出，花粉也不能通過擠壓龍骨瓣釋放，因此蜜蜂不能實(shí)現(xiàn)傳粉，不是有效的傳粉昆蟲。

2.5 繁育系統(tǒng)

繁育系統(tǒng)檢測(cè)結(jié)果顯示(表1)，人工自花授粉和人工異花授粉的結(jié)實(shí)率分別為12.38%、13.68%)，差異不顯著(t= 0.078，P= 0.802)，說明豬屎豆不存在自交不親和。去全部花藥套袋結(jié)實(shí)率為0，表明豬屎豆不存在無融合生殖。完全套袋結(jié)實(shí)率較高(49.26%)，說明豬屎豆能夠發(fā)生主動(dòng)自交。去長(zhǎng)花藥套袋和去短花藥套袋有結(jié)實(shí)率，表明長(zhǎng)花藥和短花藥都能實(shí)現(xiàn)主動(dòng)自交。

3 討論

豆科植物中， 蝶形花亞科的大多植物具兩側(cè)對(duì)稱的蝶形花(Tucker，2003)，花由旗瓣、翼瓣和龍骨瓣組成，雄蕊和雌蕊被龍骨瓣緊包，這種花型被認(rèn)為是對(duì)膜翅目昆蟲，尤其是蜜蜂傳粉的適應(yīng) (Faegri &Van der Pijl，1979)。旗瓣一般較大，色彩艷麗，起吸引傳粉昆蟲的作用；翼瓣為訪花者提供降落平臺(tái)，傳粉昆蟲停在翼瓣的邊緣，將吻通過缺口伸到小花的基部取食花蜜；訪花者吸取花蜜時(shí)擠壓龍骨瓣，龍骨瓣受外力后使包裹的成熟花粉借助張力釋放(黃利春等，2014)。蝶形花植物花粉的釋放必須在昆蟲的參與下才能完成，且這種花結(jié)構(gòu)與其傳粉功能群協(xié)同進(jìn)化形成的花粉呈現(xiàn)機(jī)制有以下4種：彈花機(jī)制、活塞機(jī)制、瓣膜機(jī)制和毛刷機(jī)制(Westerkamp，1997；Westerkamp & Weber，1999；Etcheverry et al，2003；Galloni et al，2007；黃利春等，2014)。在4種機(jī)制中，訪花者擠壓旗瓣和翼瓣進(jìn)行吸蜜時(shí)，柱頭會(huì)伸出龍骨瓣，花粉會(huì)通過龍骨瓣尖端的小孔釋放在訪花者的腹部，這樣反復(fù)訪花過程完成柱頭的授粉。

表 1 不同授粉處理的結(jié)實(shí)率 (%)

Table 1 Fruit set in the pollination experiments

處理Treatment花數(shù)(株)Numberofflowers(Stems)結(jié)實(shí)率Fruitset(%)標(biāo)準(zhǔn)差s變異系數(shù)CV自然對(duì)照Openpollination220(10)34．0921．740．64完全套袋Autonomousautogamy136(10)49．263．980．08人工自交Experimentaltestforautogamy105(10)12．3810．120．82人工異交Experimentaltestforexnogamy117(10)13．689．870．72去全部花藥套袋Testforagamospermy148(10)0．000．000．00長(zhǎng)花藥自交(花藥開裂前移除短花藥)，套袋Testforlong?anthersselfing(short?anthersremovedbeforeantherdehiscence)，bagged51(10)17．656．060．34短花藥自交(花藥開裂前移除長(zhǎng)花藥)，套袋Testforshort?anthersselfing(long?anthersremovedbeforeantherdehiscence)，bagged67(10)34．3321．330．62去雄，不套袋Allstamensremovedbeforean?therdehiscence，unbagged118(10)1．693．311．96

豬屎豆也具有蝶形花的特征，是蝶形花植物中為數(shù)不多的二體雄蕊。豬屎豆的花具有與其他蝶形花類似的吸引傳粉者的特征：鮮艷的花冠、花序、分泌花蜜，且花蜜在花藥開裂后顯著增加；野外觀察顯示其訪花者也是蜜蜂為主。然而豬屎豆的花部特征及訪花者的訪花行為與其他蝶形花植物有很大區(qū)別：大多數(shù)蝶形花植物如小花冠屬(Coronillaemerus)、紫穗槐屬(Amorphacanescens)的旗瓣成心形或卵形，旗瓣大，顏色鮮艷，部分還有紅色的紋理起蜜導(dǎo)作用；豬屎豆花的旗瓣狹細(xì)，缺乏蜜導(dǎo)。同時(shí)，豬屎豆的訪花昆蟲蜜蜂的訪花行為與當(dāng)前蝶形花亞科中常見的4種機(jī)制不一樣。蜜蜂降落時(shí)，用足抱住翼瓣，頭伸進(jìn)花冠底部吸花蜜，然而蜜蜂并沒有正面降落著陸在翼瓣上，未對(duì)龍骨瓣產(chǎn)生壓力。因此當(dāng)蜜蜂吸蜜時(shí)，柱頭未伸出龍骨瓣，花粉也未得到釋放。故豬屎豆雖具蝶形花特征且有報(bào)酬物花蜜，訪花者也是膜翅目昆蟲，然而訪花者數(shù)量少且訪花行為的不同，導(dǎo)致豬屎豆不能像其他蝶形花科植物一樣完成傳粉過程。繁育系統(tǒng)處理中，去全部雄蕊不套袋處理的結(jié)實(shí)率低(1.69%)也表明豬屎豆在自然狀態(tài)下缺乏有效傳粉者。

自交能保障植物在不良環(huán)境中成功繁殖。豬屎豆屬中已有主動(dòng)自交現(xiàn)象報(bào)道，且被認(rèn)為是該屬植物在不良生境中生存及快速擴(kuò)張的主要決定因素(Etcheverry，2001；Etcheverry et al，2003；Jacobi et al，2005；Shivanna，2014)。豬屎豆屬植物的主動(dòng)自交主要通過短花藥與柱頭接觸實(shí)現(xiàn)(Etcheverry et al，2003；Jacobi，2005；Shivanna，2014)。本研究對(duì)豬屎豆整個(gè)開花過程花部特征、雌雄蕊位置關(guān)系的觀察及繁育系統(tǒng)研究結(jié)果顯示，豬屎豆主要通過自交實(shí)現(xiàn)結(jié)實(shí)，但豬屎豆的長(zhǎng)短花藥開裂時(shí)間和功能與同屬報(bào)道的其他種不同。其他種長(zhǎng)花藥通常在花開前24 h開裂，花開后第2天長(zhǎng)花藥和花絲干枯，長(zhǎng)花藥未與柱頭接觸；短花藥在開花后24 h開裂，此后花絲不斷伸長(zhǎng)將花粉送至柱頭上實(shí)現(xiàn)自交(Etcheverry et al，2003；Shivanna，2014)。本研究中，豬屎豆的長(zhǎng)花藥在花開后第3天開裂，且開裂時(shí)花藥即接觸到柱頭實(shí)現(xiàn)自交；短花藥在花開后第4天開裂，并在第5天與柱頭接觸實(shí)現(xiàn)自交。與其他種相比，長(zhǎng)短花藥共同參與自交能提高授粉率，且在整個(gè)花期中，長(zhǎng)短花藥的花粉活性及柱頭可受性均保持在較高水平，也是提高成功自交的保障之一。

對(duì)于傳粉者不穩(wěn)定或效率不高的植物而言，通過主動(dòng)自交實(shí)現(xiàn)生殖保障能避免植物種的消失(Stebbins，1957；Rodriguez-Riano et al，2007；Freitas & Sazima，2009)，同時(shí)能促進(jìn)植物擴(kuò)張及建立新的居群(Randle et al，2009；Shivanna，2014)。在快速擴(kuò)張的類群中，繁育系統(tǒng)由異交向自交進(jìn)化已經(jīng)出現(xiàn)了很多次(Shivanna，2014)。豬屎豆雖具有蝶形花的特征、有花蜜，但生長(zhǎng)環(huán)境缺乏傳粉者或傳粉者不穩(wěn)定或者效率不高，使其逐漸向自交進(jìn)化。主動(dòng)自交能夠保證其成功授粉結(jié)籽，是一種進(jìn)化的行為，同時(shí)旗瓣變小，花蜜分泌量減少等，可認(rèn)為是異交向自交進(jìn)化過程中節(jié)約資源的表現(xiàn)。

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Autogamy mechanism ofCrotalariapallida(Fabaceae: Papilionoideae)

GUO Yan-Feng1， LIU Yan1*， JIANG Qian-Cai2， SUN Hong-Mei2

( 1.DepartmentofBiomedicine,ZhongshanTorchPolytechnic, Zhongshan 528436, Guangdong, China;2.ForestryScienceInstituteofZhongshanCity, Zhongshan 528400, Guangdong, China )

Crotalariapallidais a typical plant of Papilionoideae. Althought it has evolved various adaptations to establish and spread rapidly through prolific seed production and/or asexual propagules, self-fertilization is always an important aspect to decide its colonization ability. It is widely distributed and is the most common pioneer plant on the road sides or destroyed envioronment. In our observation, it lacks pollinators in nature and also lacks vegetative reproduction. How does this species survive in such unpredictable habitats? We focus on its floral morphology, reproductive biology and pollinator behavior to explain its reproductive success. We observed flower development, detected pollen viability and stigma receptivity, performed manual pollination and monitored the behavior of main pollinators inC.pallida. Papilionaceous flowers are reported to show adaptation for bees which are their pollinators. Few insects visited the flowers. Several bees were observed visiting flowers but visiting frequency was low (1.73 ± 1.30 visits·inflorescence-1·h-1). Because the stigma and stamens were enclosed in the petal of the keel in the flower development, the visitors were not contacting any reproductive organs, and they could be considered as visitors not effecting pollination. The results of pollination experiments showed thatC.pallidawas self-compatible and was capable of autonomous selfing. In our study, both long-and short-anthers’ descended time and function in fruit set were different from those autogamous species in the genus. ForC.pallida, both long-anthers and short-anthers participated into selfing and there was no difference in fruit sets between long-and short-anther selfing (t=1.786,P=0.060). While for other species in the genus, autogamy was realized by short anthers. ForC.pallida, therefore, automatic self-pollination increases the chances of seed production and protect it against extinction. Compared with other species, only short-anthers participate into autogamous pollination, both long- and short-anthers providing pollen grains to the stigma increases the success of pollination and fruit set, which is an evolutionary mechanism for the spread ofC.pallida. This results are consistent with the hypothesis that species proficient at autogamy are better adapted to establish new populations and thus can more readily expand their range.

Crotalariapallida, Papilionoideae, autogamouy, pioneer plant, rapidly spread

10.11931/guihaia.gxzw201508006

2015-11-21

2016-01-09

中山市科技計(jì)劃項(xiàng)目(2013A3FC0352) [Supported by the Scientific and Technological Plan of Zhongshan City (2013A3FC0352)]。

郭艷峰(1984-)，女，山西臨汾人，博士，從事植物功能食品開發(fā)研究，(E-mail)guoyanfeng1984@sina.com。

*通訊作者： 劉妍，碩士，講師，從事植物化學(xué)成分研究，(E-mail)583429336@qq.com。

Q948.1

A

1000-3142(2016)11-1318-07

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