阳春砂的开花动态及花粉活力和柱头可授性研究*

彭建明，李荣英，李 戈，王艳芳

(中国医学科学院、中国协和医科大学药用植物研究所云南分所，云南景洪 666100)

阳春砂 (Amomum villosum Lour.)是一种主要以根状茎 (匍匐茎)进行无性繁殖的多年生草本植物。在有性繁殖方面，虽然开花很多，但结实率却很低，有的地方甚至出现几乎不结实的现象，严重制约其在生产中的利用。就目前所掌握的资料，阳春砂仁花粉活力、柱头可授性方面的研究报道很少［1］。本试验以阳春砂为材料，研究其开花动态，并分析其结实率低的原因所在，为揭示阳春砂有性生育规律和栽培利用提供理论依据。

1 研究地点与方法

1.1 研究地区自然概况

西双版纳州 (21°10'～22°40'N，99°55'～101°50'E)，该地区气候高温多雨、干湿季分明，四季不明显，年温差较小，日温差较大，兼有大陆性气候和海洋性气候的优点，年平均温度18～22℃，年降水量1200～1900mm之间。降雨主要集中在5～10月 (11月至次年4月为干季)。本项研究设在西双版纳州景洪市基诺族乡巴飘村 (海拔870m)、景哈哈尼族乡曼么村 (海拔560m)和药植所云南分所园内 (海拔560m)人工种植的阳春砂。

1.2 研究方法

1.2.1 开花动态的观察

随机选取30个花序，从现蕾开始，每天观察1次，直到第1朵单花开放。每次观测时记录花序内花朵开放的顺序、花序开放持续时间，单花花朵开放、花瓣伸展、雌雄蕊的变化。2010年4月11日—5月10日在云南分所园内进行。

1.2.2 砂仁花粉活力测定

盛花期内随机选择3d，每天从田间试验地中取当天开花后不同时间的花，分别装入磨口瓶密封。花粉活力的检测是用硼酸 (HBO3)(0.3g)、硝酸钙 (Ca(NO3)2·4H2O)(0.3g)、硫酸镁(MgSO4·7H2O)(0.2g)、硝 酸钾 (KNO3)(0.1g)，配制成1000 mL无机盐基液，再用此基液配制成浓度为 1%，2.5% ，5.0%，7.5%，10%和15%的蔗糖溶液，进行花粉萌发对比试验，确定室温条件下花粉萌发最适宜蔗糖浓度为10%.用悬滴法做花粉活力测定［2］，即选取不同发育时期花中的花粉，在10%浓度培养液中室温条件下闭光培养1h，然后在显微镜下观察计数。从花药打开前1h开始进行，每小时测定1次，每次取3朵花，每朵花做2个片，每个片计数3个视野。花粉萌发率 (%)=(已萌发的花粉数目/花粉粒总数)×100，每次计算观察结果的平均数。实验于2010年4月28～30日及5月22～30日7∶00～18∶00在云南分所园内及基诺乡巴飘村田间试验样地中进行。

1.2.3 柱头可授性检测

用MTT法测定柱头的可授性［5］。具体方法是:在阳春砂初花期、盛花期、末花期，同一地块随机选取10～30个花序，挂牌标记。每天采标记花序开花后不同时间的花朵柱头，置于凹面载片的凹陷处，每个样品各加 10～20μLMTT蔗糖溶液(100mgMTT溶解在5mL50g/L蔗糖溶液中)，充分浸透每个柱头，约30min后观察柱头的颜色变化。若柱头颜色呈蓝紫色，则显示柱头有活力，具有可授性;若柱头颜色不变，则显示柱头无活力，已失去可授性。实验于2011年5月5～26日8∶00～17∶00在基诺族乡巴飘村、曼哈乡曼么村及云南分所园内及田间试验地中进行。

2 结果与分析

2.1 开花生物学特性

花期随各地气温高低而异，从4月中旬至6月上旬，花序从匍匐茎上抽出，每个花序有小花5～19朵。花序的开花次序为自下而上开放，每天开放1至5朵不等，通常为1～3朵。一般一个花序自第一朵开放到最后一朵开完需要3～9d。单花花期一般为1d。低海拔景哈哈尼族乡砂仁植株的花于下午13∶00以后花瓣开始萎焉，第二天花瓣已基本将雌雄蕊包住。而较高海拔基诺族乡砂仁植株的花于下午14∶00以后花瓣开始萎焉，萎焉程度较轻，第二天花瓣仍张开。表1是观察统计30个花序开花的天数与花序数及小花朵数的关系。

2.2 花粉活力检测结果

花粉离体萌发实验结果发现，阳春砂的花粉上午11∶00以前均保持较高的萌发率，到中午11∶00以后花粉活力下降，18∶00仍有萌发能力 (图1)。基诺族乡砂仁花粉离体萌发实验中观察到，从11∶00以后萌发率开始下降，但到第二天上午8∶00萌发率又上升为31.6%，原因是从花药完全爆裂后到上午11∶00，花粉散出被传粉昆虫带走，下午的花粉只能从花粉囊中刮取，花粉的成熟度降低，萌发率也降低。

图1 阳春砂花粉活力日变化

2.3 柱头可授性检测结果

阳春砂开花后不同天数的花朵柱头浸入含有MTT反应液的凹面载玻片中，结果发现，可授性强的柱头全部染成蓝紫色，可授性较弱的柱头部分染色，而无活力的柱头不变色 (图2)。观测方法简单方便，能够观测出不同时期柱头可授性的动态变化。

图2 MTT染色阳春砂柱头

表2 砂仁不同部位花朵柱头可授性检测

从表2可以看出，砂仁基部的花朵柱头可授性强的比例为29.2%，随着开花时间的延长，顶部花柱头可授性强的比例达50%，而无活力的柱头下降为46.2%.

在阳春砂初花期 (5月上旬)，可授性强的柱头为36.4%，可授性较弱的柱头为27.2%，无活力的柱头为36.3%.随着开花时间的延长，可授性强的柱头没有大的变化，为35.7%，可授性较弱的柱头减少，而无活力的柱头增加为60.7%.从不同花序上柱头可授性检测结果，可以解释不同果序座果多、少或不结果的原因 (见表3)。

表3 不同花序上柱头可授性检测 (基诺乡2008年种植分株苗)

种植在云南分所园内橡胶树下的阳春砂，可授性强的柱头比例为10%左右，而无活力的柱头比例达82.8% ～92.5%(见表4)。

表4 柱头可授性检测 (云南分所园内2008年种植分株苗)

3 讨论

砂仁花的形态结构较特殊，不易自然授粉，是典型的虫媒植物。雌雄蕊半包于唇瓣内，花柱夹在花药之间，柱头高于花药，花粉很难落到柱头上，花粉表面有刺状突起，彼此容易粘连。因此，在传粉昆虫不多的情况下，自然结实率仅5%～8%，产量很低。试验证明长泰砂仁花粉粒发育不受年龄大小及阴蔽度强弱影响，花粉粒一般萌发率高达86.59%～99.08%，当前生产上存在结果率低与花粉萌发率似无关系［4］。本研究表明，阳春砂花粉从上午7∶00～18∶00期间均保持较高活力，到第二天上午8∶00还可保持较高的萌发率 (31.6%)。

过去，很多研究采用联苯胺－过氧化氢法测定柱头的可授性［5－6］，2010年采用此方法并不能快速准确地测定出阳春砂仁柱头可授性的变化，对观测结果的准确性具有一定影响，认为该方法不利于观测阳春砂仁柱头的可授性。2011年使用MTT法不仅能够观测出不同开花天数花朵柱头可授性的变化，而且不易将柱头本身颜色与反应后的蓝色相混淆，可授性强的柱头全部染成蓝紫色，可授性较弱的柱头部分染色，而无活力的柱头不变色，用于阳春砂柱头可授性观测更加直观。

阳春砂为姜科多年生草本浅根系植物，对干旱敏感。每年10月至次年2月为花芽分化期，2～5月为花芽萌发花序形成期。在西双版纳地区每年11月到次年2月为雾凉季，空气湿度大，对阳春砂生长的影响不大;3～4月为干热季，空气和土壤湿度降低，气温较高而降雨量少。我们测定了阳春砂高产 (景哈乡)和低产 (基诺乡)地区土壤在旱季土壤水分的变化情况。景哈乡土壤质地为壤土，保水性好，在花芽分化期 (1月20日～2月10日)土壤含水量与基诺乡 (砂壤土)差异不大，而在花芽生长的关键期 (2月10日～5月20日)土壤含水量高于基诺乡 (砂壤土)8～10个百分点。不同居群的阳春砂，因土壤含水量的高低，影响了柱头活力，从而影响座果率。本研究表明，种植在云南分所园内橡胶树下的阳春砂，因土壤干燥，一些小花打不开，无活力的柱头比例高于基诺乡，基诺乡又高于景哈乡，因此我们认为在传粉昆虫较多的情况下，生殖生长期土壤水分缺乏可能是导致砂仁低产的主要原因之一。提高阳春砂柱头生活力的技术措施，有待进一步研究。

［1］郭本森，陈耀武，汪婉芳.绿壳砂仁和阳春砂仁开花结实生物学特性的初步研究 ［J］.云南植物研究，1980，2(4):459－467.

［2］胡适宜.植物胚胎学实验方法 (一)花粉活力的测定［J］.植物学通报，1993，10(2):60－62.

［3］Rodriguez－Riano T，Dafni A.A new procedure to assess pollen viability ［J］.Sexual Plant Reproduction，2000，12(4):241－244.

［4］福建省经济植物研究所南药组.长泰砂仁花粉活力的初步观察 ［J］.亚热带植物科学，1977， (2):5－11.

［5］刘林德，张洪军，祝宁.刺五加花粉活力和柱头可授性的研究 ［J］.植物研究，2001，21(3):375－379.

［6］红雨，刘强，韩岚.芍药花粉活力和柱头可授性的研究 ［J］.广西植物，2003，23(1):90－92.