濒危植物夏蜡梅的繁育系统和传粉特性研究*

陈真真，顾振燕，干永岳，边才苗

（台州学院 生命科学学院，浙江 台州 318000）

濒危植物夏蜡梅的繁育系统和传粉特性研究*

陈真真，顾振燕，干永岳，边才苗＊

（台州学院 生命科学学院，浙江 台州 318000）

夏蜡梅（Sinocaycanthus chinensis）为雌蕊先熟，其花部构造适合于异交；但花药开裂在花后第3天，提示该植物也可延迟自交。研究了天台大雷山夏蜡梅种群的繁育系统与传粉特性，结果如下：1）开花当天柱头就能接受花粉，但最高活性在花后第2天，在花药开裂时，柱头活性有所下降，但与最高值差异不显著。2）不去雄套袋的结实率显著高于去雄不套袋，自然条件下以自交为主，自交率为61.3%和73.6%。3）延迟自交的繁殖保障效应分别只有78.1%和84.8%，主要原因是结实的花粉限制和结实阶段轻度的近交衰退。

夏蜡梅；传粉方式；延迟自交；繁殖保障；近交衰退

大多数被子植物具有两性花，自花传粉（自交）是其重要的交配策略，依据相对于异交发生的时间，自交可分为优先、竞争和延迟［1］。延迟自交（Delayed selfing）是指柱头接受异株花粉的机会优先于同株的花粉［1～3］；且自交可延迟到异交机会丧失时发生［4］。这种自交的明显优势是促进繁殖保障（Reproductive assurance），它保证了在传粉者稀少情况下的种子生产；但当传粉者丰富时，又允许异交占优势［5～7］。因此，即便存在严重的近交衰退（Inbreeding depression），延迟自交也可能被选择［1，8］。

雌蕊先熟有利于异花传粉，但如果雌雄成熟期部分重叠，也可能发生延迟自交［2，6］；且两性器官成熟时间相隔越短，期望的自交率越高［6］。夏蜡梅（Sinocaycanthus chinensis）是蜡梅科的落叶灌木，国家2级保护珍稀濒危植物，花两性，花大色艳，雌蕊先熟；花无香味，也没有多汁液“食体”［9，10］，缺少吸引昆虫传粉的形态构造；且花药开裂时柱头仍能接受花粉，开花后的花形态也有利于自花传粉［10］，提示该植物也可进行延迟自交。本文拟通过夏蜡梅花部形态和传粉特性的检测，解决以下问题：1）在自然种群，夏蜡梅的主要传粉方式与自交率；2）自然自交的繁殖保障效应；3）在结实阶段，自交是否有明显的近交衰退？

1 材料和方法

1.1 样地及生境

样地设在浙江省天台县大雷山（28°59′N，120°49′E），属亚热带季风气候，四季分明，气候温和，雨量充沛。年平均气温16.8℃（7月为28.2℃，1月为4.9℃），无霜期234d；年平均降水量为1300～1600mm。夏蜡梅分布在海拔600～900m的灌丛、常绿阔叶林、杉木林和竹林。其中灌丛为次生植被，高大的乔木稀少，光照充足，适合于夏蜡梅的生长；2个样地均为灌丛，A样地海拔650m，初花期5月8日；B样地海拔800m，初花期5月15日。

1.2 柱头可授性检测

采用种子结实法评价，在花开放前，A、B两样地随机标记50朵花，10朵为1组，在开花当天去雄、套

袋，分别在开花后第1、2、3、4和5d用同一株（丛）花粉人工授粉1组。在10月初种子成熟但未开裂时收集果实，自然风干后检测每个果实的种子数目。柱头的可授性用人工授粉后获得的平均成熟种子数表示。

1.3 繁育系统的检测

花粉-胚珠比（Pollen-ovule ratio P/O）估算。随机取花药未开裂的开放花20朵，经FAA固定后，每花取2个花药挤碎于含0.5%亚甲蓝染液和去垢剂的乙醇溶液，定容至1mL，摇匀后用血球计数器记数，计算单花花粉量；随后剖开花，统计离生雌蕊的数量得单花胚珠数；将单花的花粉量除以胚珠数得P/O，再依据Cruden（1977）的标准［11］进行繁育系统的评判。

杂交指数（Outcrossing index，OCI）估算。按照Dafni（1992）的标准［12］进行花朵大小和开花行为的测量，以及繁育系统的评判。

1.4 传粉方式检测

传粉试验共设置6组处理：1）自然传粉为对照；2）去雄不套袋；3）去雄套袋；4）不去雄套袋；5）人工自花传粉，去雄后用同一株丛的花粉授粉；6）人工异花传粉，去雄后用10m外个体的花粉授粉。每个样地各选择8树，每树每处理均为3朵花，每组处理共24朵，分别于5月10日和17日前后完成。去雄和授粉在开花当日9：00～11：30进行，套袋在花后第5d去掉。果实成熟时，分别收集果实，室温干燥1周后，测定每果的种子数和质量，计算结实率。

2 结果

2.1 花部特征与繁育系统

夏蜡梅花两性，开花后第2d的花部特征见表1。花口径4.5～6.2cm，种群A的花相对较大，差异显著（t=2.444，P＜0.05）。可育雄蕊13～16，花丝长约1mm，花药长5.5～6.7mm，药室向外；退化雄蕊11～12。雌蕊是1个心皮构成的单雌蕊，每花10～12，生于杯状花托内；花柱白色，丝状伸长，长度为4.06～6.64 mm，略低于花药，每花胚珠数为12.5和12.3个。

夏蜡梅花开放时，柱头就能接受花粉，而花药开裂在花后第3d，属于雌蕊先熟。花柱开花后伸长，花后第2d呈直立状态，长度不超过6.7mm，低于花药；花药向内合拢，使花粉可散落到中间的柱头上，没有自花传粉的空间间隔。按照Dafni的标准［12］，夏蜡梅的杂交指数为2～3，繁育系统为兼性异交，自交亲和，有时需要传粉者。根据花粉-胚珠比（P/O），2个种群的P/O均为3×104左右，按照Cruden的标准［11］，繁育系统为专性异交。

表1 夏蜡梅的花部综合特征（n=10）Table.1 Floral syndrome of Sinocaycanthus chinensis

2.2 柱头可授性与延迟自交

柱头可授性检测结果见图1。开花当天，柱头就可接受花粉，此时的活性为最高值 （花后第2d）的72.4%和71.2%，差异显著（t=2.656，P＜0.05；t=3.499，P＜0.01）；在第3d花药开裂时，柱头活性有所下降，分

别为最高值的85.0%和89.6%，但差异不显著（t=1.365和0.510，P＞0.05）。第4d的柱头，活性快速下降，只有最高值的50%，个别花没有种子产生；第5d的柱头，活性仅为最高的20%，1/3花没有种子产生。

在花药开裂散粉时，柱头的活性仍很高，提示夏蜡梅也可自花传粉。试验结果（表2）表明，不去雄套袋的结实率为42.01%和44.44%，去雄不套袋的结实率只有21.53%和13.89%，差异均为极显著（t=14.038 和18.407，P＜0.01）。表明夏蜡梅昆虫传粉的比例不高，自花授粉（延迟自交）是自然结实的重要组分。

图1 开花后不同时间授粉的种子数Fig.1 Number of seeds per fruit pollinated after flower opening

2.3 繁殖保障和自交衰退

当外来花粉不足时，自交可提高植物的结实率，产生繁殖保障效应。在2个种群，不去雄套袋处理的结实率只有对照的78.1%和84.8%，差异为显著水平（t=3.893，P＜0.01；t=2.423，P＜0.05）；说明没有胚珠折损（Ovule discounting），延迟自交也没有完全的繁殖保障效应。

人工授粉试验结果（表2），同株授粉（自交）的结实率与对照接近，差异不显著（t=-0.658和t=0.503，P＞0.05）；异株授粉（杂交）的结实率比自交高，在种群A差异为显著水平（t=2.411，P＜0.05），说明结实率存在一定的自交衰退，衰退程度δ分别为0.115和0.110。

表2 花期不同处理的结实率Table.2 The seed set of Sinocaycanthus chinensis under different treatment

同一列不同小写字母标记，表示差异为0.05的显著水平；不同大写字母标记为0.01的显著水平。

另外，自交产生的种子最小，杂交产生的最大，尤其是种群B，自然传粉产生的也相对小一些，接近于自交产生的，但差异均没有达到显著水平（表3），说明在种子大小方面也有不明显的自交衰退，δ分别为0.068和0.039。

表3 自交和杂交的种子大小Table.3 The seed mass of Sinocaycanthus chinensis under different treatment

3 讨论

夏蜡梅花大色艳，花药外向，且P/O很大，繁育系统属于专性异交，这与蜡梅科植物皆为虫媒传粉［9］相符；且雌蕊先熟，雄蕊在花后第3d开裂，可避免花开放初期的自花传粉。然而，对于雌雄异熟，昆虫访花时采粉和散粉难以兼顾，传粉效率很低；且夏蜡梅的花期早，生境中传粉昆虫不多。为了保证种子的正常产生，也可能演化为自花传粉的繁育系统［13］。试验结果显示，A、B两样地去雄不套袋的结实率分别为对照的40.0%和26.5%，这是夏蜡梅的最大异交率。因为昆虫访花也可在花药开裂后，即延迟自交与异交之间也有竞争，提示不能用最大异交率直接估算自交率。基于不去雄套袋时没有胚珠折损，可得最大自交结实率，它与自然结实率的比值就是自交的繁殖保障效应；再者，异交相对于延迟自交具有时间优势，自然自交的柱头量应扣除异交的消耗量。因此，自然自交率=（1-最大异交率）×繁殖保障效应，计算得自交率分别为61.26%和73.61%，说明夏蜡梅的主要传粉方式是延迟自交。

植物的自交主要有两方面的选择优势：繁殖保障效应和自动选择优势［14］，但这些优势也可能被其它因素所削弱，如同株异花授精中的花粉折损［15］。延迟自交将柱头展现于环境中先接受其他植株的花粉，为异花传粉提供机会，又能在柱头可授性降低前自花传粉，保证种子的产生，并避免了花粉折损和种子折损［16］。在没有胚珠折损时，两样地夏蜡梅的自交结实率只有对照的78.1%和84.8%。这与延迟自交时柱头活力的减退有关，但花后第3d柱头活性没有显著减退，此时人工自花授粉，结实率为69.2%和70.8%，显著高于套袋处理的42.0%和44.4%，以及对照的53.8%和52.4%。说明套袋处理和自然授粉均有明显的花粉限制，这与大明山夏蜡梅种群的情况不完全相同［17］。

植物的自交往往会导致后代适应性下降，表现自交（或近交）衰退。近交衰退可发生在植物生活史的不同阶段：种子生产、萌发、幼苗存活和生长与生殖；近交衰退一般只出现在某些发育阶段，行近交的植物主要在上述第4阶段，而行远交的植物在第1和第4阶段［18］。在夏蜡梅，第1阶段只有轻度的近交衰退，结实率的衰退程度δ=0.115和δ=0.110，种子大小的衰退程度更小。提示夏蜡梅属于行近交的植物，已经历了长期的自交进化。

综上所述，夏蜡梅仍保留着异交的花部特征，但主要传粉方式是自交，且花部形态也有明显的改变，如花没有香味和特化的食体；这可能是小型片段化种群中，植物与授粉者互利共生关系中断的结果［19］。因此，依据繁育系统的演化，夏蜡梅应属于蜡梅科的次生类群。

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On Breeding System and Pollinating Characteristics of Sinocaycanthus chinensis,an Endangered Plant in Dalei Mountain

CHEN Zhen-zhen，GU Zhen-yan，GAN Yong-yue，BIAN Cai-miao＊

（School of Life Sciences，Taizhou University，Taizhou 318000,China）

Sinocalycanthus chinensis displays showy flowers.Its pistil development and anther growth,belonging to protogyny,differed slightly.These floral syndromes were showed to favor outcrossing.However,the anthers dehisced at the third day after flower opening,suggesting that the species may occur in delayed selfing.In order to test this hypothesis,the pollination biology of two S.chinensis populations with different altitude in Dalei Mountain was studied.The main results were as follows：The stigma receptivity of S.chinensis was the highest at the second day after flower opening.And it began to decline at the anther dehisced,but it was not significantly diminished.The seed set rate of S.chinensis under bagged without emasculation was 42.01%and 44.44%,and was significantly lower than that of the control,which was 53.82%and 52.43%.The seed set rate under emasculation without bagged was 21.53%and 13.89%respectively.It was significantly lower than that of the control,and was also significantly lower than that of under bagged without emasculation.The selfing rates were 61.3%and 73.6%, suggesting that the reproduction of this species mainly depended on self-pollination. The reproductive assurances were only 78.1%and 84.8%.This result was mainly caused by the pollen limitation,and the mild inbreeding depression at early fruiting phase.

Sinocaycanthus chinensis Cheng et S.Y.Chang;Pollination method;Delayed selfing;Reproductive assurance;Inbreeding depression

10.13853/j.cnki.issn.1672-3708.2014.03.004

2014-03-26；

2014-04-02

台州学院学生科研项目（13XS20）。

简介：边才苗（1963- ），男，浙江诸暨人，副教授，从事植物生殖生态学研究。