濒危植物伯乐树传粉生物学特性研究

王 娟，刘仁林

(1. 云南师范大学 文理学院，云南 昆明 650202；2. 赣南师范学院 化学与生命科学学院，江西 赣州 341000)



濒危植物伯乐树传粉生物学特性研究

王 娟1，刘仁林2

(1. 云南师范大学 文理学院，云南 昆明 650202；2. 赣南师范学院 化学与生命科学学院，江西 赣州 341000)

摘要通过野外观察和室内测定等方式，对伯乐树的花部结构、访花昆虫及访花行为进行了观察，并利用石蜡切片法对开花期的雌蕊花柱及柱头进行显微观察，有关其传粉生物学特性的研究结果表明：伯乐树自然开花正常，其有效胚珠的比率为23.3%。伯乐树为虫媒植物，传粉者主要依赖黄胸木蜂，伯乐树的授粉方式可能属于居群内的花粉交流，石蜡切片显示柱头与花柱道相通，花柱道长，空隙很大，在一定程度上影响本物种的传粉。

关键词伯乐树；濒危植物；传粉生物学

植物濒危的原因很多，其中有性生殖的传粉过程至关重要[1]。对植物传粉生物学特性的研究不仅有助于了解该种植物与传粉媒介的协同进化关系，其种群和群落的动态，也有助于探讨植物的濒危机制及对其保护对策的制定[2]。许多植物，如Nerium oleander[3]、Smilax rotundifolia[4]、鹅掌楸[5]等，由于传粉受到限制，导致结籽率不高，造成濒危。伯乐树系我国特有珍稀植物，然而目前国内外关于伯乐树的研究报道较少，仅限于系统发育、播种繁殖、幼苗形态、木材解剖、园林应用介绍等方面，尤其是其保护生物学的研究非常薄弱[6]。本文对伯乐树传粉生物学特性的研究，旨在对其濒危原因和系统学的进一步研究提供基础。

1材料和方法

1.1研究地点及环境

以井冈山国家级自然保护区(罗宵山脉中段，植被为亚热带常绿阔叶林)的伯乐树为观测研究对象，样地海拔1 090m，坡向为西坡，土壤为红壤。

1.2定位观察和试验

用玻片法收集花粉的试验,观察、记录传粉昆虫的种类和访花行为，传粉昆虫的干标本直接喷金后，在扫描电镜下观察。

1.3石蜡切片法观察开花期雌蕊花柱形态结构

石蜡切片制作流程图：采集开花期的花，先进行解剖，取出雌蕊花柱，切成长小段—FAA固定—70%酒精—50%酒精—整染(爱氏苏木精)—洗净—酒精系列脱水—浸蜡—石蜡包埋—修蜡块—切片(6～8μm)—镜检—粘片—脱蜡—透明—中性树胶封片—贴标签—显微镜下观察、照相。

1.4有效胚珠的比率

随机采集一定数量的伯乐树成熟的果实，剥开观察统计其结种的情况(表1)，计算有效胚珠的比率=种子总数/胚珠总数×100%

1.5花粉形态和大小的观察

花粉的扫描观察：直接将干燥花粉粘于贴有双面导电胶带的样品台上，喷金，HitachiS-3500N型扫描电子显微镜观察并摄影。花粉的大小在光镜下测量，取样61个，取其最大、最小(示变化幅度)和平均值。

2结果与分析

2.1开花期主要传粉者的观察

于开花后数日连续观察访花者的类别、数量、访花行为和活动规律直至花瓣脱落。采集访花者制成标本，鉴定到科、属或种。经过前期的观察，发现植物最常见、也可能是最有效的传粉昆虫，在观察访花者的访花频率时记录天气变化。

根据定点观察，在伯乐树的开花盛期，吸引了一群蜂类来传粉，通过对传粉蜂类的扑捉和鉴定，它们属于木蜂科(Xylocopidae)木蜂属黄胸木蜂(Xylocopa appendiculata)Smith。黄胸木蜂是重要的传粉昆虫(图版：1，2)。体长17～19mm；后足扁平而短，形成花粉筐；体大舌长，身上长满了金黄色毛，上面很容易沾满花粉，能携带大量花粉，授粉效果较好。据观察它们主要的传粉时间是上午9:00到下午4:00左右，即便是雨雾的天气也照样进行，访花频率改变不大，但可能会降低传粉的效率，一般持续3～5d，蜂群就基本离去。开花之后，在天气晴朗的时候，也有少数粉蝶在树间逗留，它们也可能成为次要传粉昆虫。

2.2花部的综合特征与传粉者的关系

总状花序顶生，小花18～36朵。花梗长2～3cm；花径约4cm；花萼钟形长1.2～1.7cm，具不明显5齿，外面密被微柔毛；花瓣5，粉红色，长约2cm，着生于花萼筒上部；雄蕊5～9(图版：3，4)；伯乐树的花没有香味，不具蜜腺，主要以大量的花粉作为报酬物，吸引黄胸木蜂传粉。

2.3伯乐树传粉时期花柱解剖显微观察

伯乐树的柱头通常有三裂凹陷，中空，与伯乐树宽阔的花柱道相通(图版：5，6)，通道的周围是具有分泌性质的通道细胞(图版：7)。花粉粒萌发形成花粉管后，花粉管可以穿过柱头上的引导组织到达花柱道，也可以直接到达花柱道，沿花柱道表面的通道细胞的表面向下生长直达胚珠。伯乐树的干性柱头虽无分泌物溢出，但由于柱头表面存在亲水性的蛋白质薄膜，能通过其下层的角质层的中断处吸水，辅助粘着花粉和使花粉获得萌发必须的水分。当花粉接触柱头后，很快发生水合作用，花粉的体积增大，由于花粉粒中贮存的代谢物质，为花粉管的最初生长提供了物质基础，花粉管便从萌发孔中突出来(图版：8，9)。

2.4有效胚珠的比率

随机采集一定数量的伯乐树成熟的果实，剥开观察统计其结种的情况(表1)，计算有效胚珠的比率=种子总数/胚珠总数×100%,其有效胚珠的比率为23.3%。

表1　伯乐树的结种率记录

2.5花粉形态和大小的观察

伯乐树的花粉为单粒花粉，扫描电镜下观察显示花粉粒近球形，测得花粉直径平均为115.5(99.7～126.9)μm(表2)，具三沟，沟膜光滑，外壁雕纹网状，极面观三裂圆形(图版：10)。

表2　伯乐树花粉直径测量记录表

3讨论

3.1伯乐树授粉方式分析

伯乐树的花粉比较大，花粉直径约115.5(99.7～126.9)μm，不适应于风媒传粉，并且，根据物候观察，开花盛期，主要由黄胸木蜂为伯乐树进行传粉，而伯乐树主要以花粉作为报酬。在显微镜下，可看到黄胸木蜂的头部、腹部和附肢上粘有大量花粉，呈白色粉末状。所以伯乐树主要依赖昆虫进行传粉。昆虫传粉系最原始的传粉类型这一观点，已为当今学者所普遍接受[7]。

从形态解剖方面来观察伯乐树的有性器官结构特征推断：伯乐树的授粉方式可能属于居群内的花粉交流。首先伯乐树花的形态适应这一方式，雌蕊的柱头略高于雄蕊(图版：2)，花药伸出开裂，花粉粒多，访花昆虫很容易把花粉带到伯乐树的柱头上；其次是伯乐树的花粉较大，显然不利于风媒传粉，实际观察中也证实其为虫媒花，访花昆虫的体型较大，加之森林中树木屏障以及地形地貌的限制，不利于访花昆虫的作长距离飞行，这样就使其严格限制在居群内进行传粉。另外花粉与引导细胞接触的机会就较少，减少对花粉严格选择的机会。由此推断，伯乐树自花授粉的真正意义是居群内的“自花受粉”。要探讨伯乐树严格意义上是自花传粉还是异花传粉，还需要通过基因流的方法对伯乐树种群进行遗传检测才能进一步了解。

3.2伯乐树传粉媒介对结实率的影响

伯乐树的坐果率大约为28.9%[8]。伯乐树主要依赖昆虫进行传粉，因为伯乐树的花粉粒较大，花粉直径约平均为115.5μm，显然不利于风媒传粉。由于传粉的媒介主要昆虫，即黄胸木蜂，根据观察，如果盛花期天气晴朗，则黄胸木蜂成群访花，授粉效果较好。但雨雾天气对黄胸木蜂访花不利，影响到伯乐树的传粉，从而影响到伯乐树的结实量。

3.3伯乐树有性器官结构特征对传粉的影响

根据石蜡切片的研究，伯乐树在传粉的过程中存在一些局限性，主要表现在：柱头与花柱道相通，空隙很大，很容易使其他物种的花粉以及一些异物直接掉落其中，堵塞花柱，影响本物种的传粉；伯乐树的花柱较长，在传粉的过程中，花粉管要生长延伸到达胚珠的成功率就相对较低；花柱中靠近表皮的边缘，存在一些不明“寄生物”(由于实验条件的限制，没有得到准确鉴定)，它们可能对伯乐树的传粉造成有害的影响(图版11，12)。

参考文献：

[1]奇文清,尤瑞麟，陈晓麟. 濒危植物南川升麻传粉生物学的研究[J]. 植物学报,1998, 40 (8):688-694.

[2]王跃华,申仕康,申国柱,等. 濒危植物猪血木的传粉生物学特性研究[J].西北林业科学，2007，36(4):11-15.

[3]HERRERAJ.Thereproductivebiologyofariparianmediterraneanshrub,NeriumoleanderL. (Apocynaceae)[J].BotJLinnSoc,1991,106:147-172.

[4]KEVANPG,AMBROSEJD,KEMPJR.Pollinationinanunderstoreyvine,Smilaxrotundifolia,athreatenedplantoftheCarolinianforestsinCanada[J].CanJBot,1991,69:2555-2559.

[5]樊汝汶, 叶建国, 尹增芳, 等. 鹅掌楸种子和胚胎发育的研究[J]. 植物学报, 1992, 34( 6): 437- 442.

[6]乔琦, 陈红锋, 邢福武,等. 中国特有珍稀植物伯乐树的研究进展和科研方向[J]. 中国野生植物资源, 2011,30(3):4-8.

[7]陈家宽,杨继.植物进化生物学[M].武汉:武汉大学出版社, 1994, 238-270.

[8]王娟,刘仁林,廖为明. 伯乐树生长发育节律与物候特征研究[J].江西科学, 2008, 26(4):552-555.

图版

图版说明

1. 黄胸木蜂腹面观；2. 黄胸木蜂背面观；3. 伯乐树花序的形态；4. 伯乐树小花的形态；石蜡切片：5. 花柱横切，示开放型花柱，×100；6. 花柱纵切，示柱头引导组织，×100； 7. 花柱纵切，示花柱道表皮细胞，×400； 8. 柱头纵切，示花粉在柱头上萌发，×400；9. 花柱纵切，示花粉的萌发及花粉管的生长，×100；10. 花粉扫描，示花粉的形态及雕纹，×1510；11. 花柱横切，示花柱表皮细胞边缘的“寄生物”，×100；12. 花柱横切，示花柱表皮细胞边缘的“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

作者简介：王娟(1982—)，女，讲师，硕士，主要从事植物学相关研究。E-mail：373417614@qq.com

中图分类号S792.99

文献标识码：A

文章编号：1006-9690(2016)03-0048-04