灰木莲开花结实生物学观察

姜清彬，文珊娜，仲崇禄*，陈 羽，黄军雄，冯才丽

(1.中国林业科学研究院热带林业研究所，热带林业研究国家林业局重点实验室，广东 广州 510520；2.广东省西江林业局良洞迳林场，广东 云浮 527400)

灰木莲开花结实生物学观察

姜清彬1，文珊娜1，仲崇禄1*，陈 羽1，黄军雄2，冯才丽2

(1.中国林业科学研究院热带林业研究所，热带林业研究国家林业局重点实验室，广东 广州 510520；2.广东省西江林业局良洞迳林场，广东 云浮 527400)

为探讨我国引种栽培的灰木莲能开花但不能正常结实的原因，本文对6年生灰木莲种源家系试验林进行了开花结实生物学观察和人工授粉试验。结果表明：灰木莲能够正常开花，花期形态结构和发育正常，花期主要集中在4月。自然状态下少量能够结实，但果实为畸形，并且种子具有发芽力，种子偏小且发芽率较低。通过人工授粉试验，异花异株和异花同株授粉结实率(50.0 %和44.4 %)和果实平均种子数(14.2和11.4粒)远高于自交授粉(11.1 %、3.5粒)。灰木莲人工授粉后能够结实并获得较理想的成熟果实，果实饱满程度不一，种子颗粒比自然结实的大且发芽率高，出苗质量好，均优于自然结实种子。灰木莲不能正常结实的原因，不是我国华南地区相比越南等地存在热量及积温不够；而弄清虫媒传粉途径的障碍是解决灰木莲花朵能够获得自然结实的原因。本文分析并提出了继续开展灰木莲开花结实生物学研究的思考和建议，为今后开展灰木莲研究及促进灰木莲结实技术及应用奠定重要理论基础。

灰木莲；开花；结实；人工授粉

灰木莲(ManglietiaconiferaDandy)，是木兰科(Magnoliaceae)木莲属常绿阔叶高大乔木，原产于亚洲热带地区印度尼西亚爪哇、苏门答腊、东加里曼丹桑达群岛等地，向北可延伸到中南半岛如越南等地[1-3]。自20世纪60年代起，我国主要从越南中北部地区引入灰木莲[4]，其在我国适合生长在较温暖的热带与南亚热带地区，可短期耐-2 ℃低温，但也有个别较耐-5 ℃低温[5]，经霜冻后重新萌芽恢复生长。目前主要在广西、广东、海南、福建等地种植[6-7]，湖南、浙江和安徽等也有引种试验[8-10]。

灰木莲是华南地区优质速生用材树种，具有生长快，树干通直，自然整枝好等特点，其木材材质优良，可用于建筑、家具、胶合板及纸浆生产[11-12]。近年来，随着国家生态公益林建设，灰木莲作为速生用材树种在华南地区进行了广泛推广和种植，在植被恢复和水源涵养等方面发挥着重要作用[13-15]。然而，华南地区多数林业生产单位及植物园多年实践和调查发现我国绝大多数灰木莲只开花不结果，招礼军等[16]在广西南宁进行野外观察试验也发现自然状态下灰木莲无结实。因此，我国灰木莲苗的供给暂不能依靠自然结实提供种子，此外仍未见有灰木莲嫁接和扦插繁殖技术的成功报道，组培快繁技术还处在试验阶段，生根率不高是制约规模化生产的技术瓶颈[17]。因此，一直以来国内灰木莲的种苗材料都是依靠从越南购买种子，然而这种方式，在价格上受越方控制，且种子质量参差不齐，培育的苗木质量普遍不优，这些问题严重影响我国灰木莲用材林的经营水平和质量。因此，探明我国灰木莲不能正常结实的原因，提出促进开花结实的相关技术对今后可持续利用灰木莲显得尤为重要。目前，对灰木莲的开花特性及物候观察报道甚少，仅招礼军等[16]在广西南宁对遗传来源较单一的灰木莲林进行了野外观察，本文拟对多个种源家系来源的灰木莲试验林进行花期物候观察和开花结实生物学研究，结合招礼军等[16]报道的结果，分析探讨华南地区灰木莲不能正常结实的原因，为我国灰木莲苗木培育、良种选育和造林应用提供重要的技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验地信息

6年生灰木莲种源家系试验林位于广东云浮新兴县的西江林业局良洞迳林场山塘工区，在北回归线南侧(22°77′ N，112°18′ E)，属南亚热带季风气候，气候温和，热量丰富，光照充足，雨量充沛，年平均气温21.5 ℃，年均降雨量1663.7 mm，年均日照1695.4 h，试验地为低山，坡度25～45°，坡向为西北和西南，土壤为赤红壤。试验林为灰木莲纯林，株行距为2 m×3 m，材料均引自越南，造林时间2008年4月。

1.2 花期和果实物候观察

花期及果实物候观测时间为2014年4月13日至10月2日。于2014年4月13日在试验林中随机选择具有花蕾的灰木莲单株10棵，每株随机标记2个，重复3次，共60个并依次编号，以代表灰木莲的开花特性。每隔3 d进行拍照观测，统计花苞大小、开花时间，花瓣数量、花瓣脱离时间，花粉脱落时间，花柱脱落时间，果实形成特点及成熟时间。

1.3 人工授粉

于2014年4月19日在上述10个单株中随机选取3株(3、4和9号)，分别对6朵花进行人工自交授粉，重复3次，以及异花同株授粉2朵花，重复3次，异花异株授粉2朵，重复3次，所有试验的花朵开花时间较一致，共计自交授粉、异花同株授粉和异花异株授粉各18朵。授粉时用柔软毛笔将收集的花粉均匀涂抹到花柱上，定期观察花柱变化及果实形成。拍照并记录信息。

1.4 果实及种子测试

将自然结实和人工授粉结实的果实进行形态特征比较，利用游标卡尺测量果实的大小及种子的长、宽和厚度，计算千粒重，发芽率及芽苗品质等指标。

2 结果与分析

2.1 灰木莲花的形态结构

如图1-A所示，花蕾形成于枝条顶端，呈长卵形，花苞开放前花蕾直径可达2 cm，长约6～8 cm，花梗长1.5～3.0 cm。花被片9片，3轮，外轮3片，质薄，背面呈绿色，形状长椭圆形，长约7.5 cm，花蕾开放时先于内两轮脱落，内两轮共6片，白或微黄，肉质，倒卵形，基部渐狭窄成短柄状，长度长于外轮约0.5 cm，后于外轮张开(图1-B和C)。雄蕊长约6.00 mm，药隔伸出，具长约1.5 mm的钝尖头；雄蕊着生的花托呈圆锥形，长约2.0 cm，近基部稍宽，基部直径约1.0 cm；下部雌蕊(心皮)近狭倒卵形，长5.00～6.00 mm，心皮露出面圆，具1纵沟，顶端具外弯的花柱，每心皮具胚珠8～10颗(图1-D和E)。花瓣刚展开时，雌蕊柱头膨大到最大并分泌有粘液，当雄蕊开始展开并伴随散落花粉时，雌蕊柱头已经缩小并伴随粘液逐渐消失，说明灰木莲为两性花且尽可能避免自花授粉而便于异花授粉，但在阴雨天气时，柱头仍然膨大有粘液且许多雄蕊已散开和掉落。花柱数(柱头数)约86，雄蕊群中有雄蕊约126枚。灰木莲花的雄蕊有两种，一种呈乳白色，一种呈淡玫红色(图1-D、E和F)。花蕾从花苞开放到花瓣和雄蕊掉落整个过程约2～3 d，花停留期短。雄蕊呈长条形状，每条雄蕊内部有2条凹槽(图1-D)，凹槽内为花粉，花粉呈淡黄色，雄蕊直到散开掉落时花粉聚集呈细条状，质重，不利于风媒传播。

2.2 灰木莲自然开花结实情况

通过对试验林的长期观察，3年生灰木莲开始开花，但数量很少，到第4、5年树冠生长茂盛时，可看到大量花蕾和花朵。花期主要集中在4月，3月底和4月初形成花蕾，4月底花蕾基本开放完毕且花瓣凋落，但也有个别灰木莲在8至9月份仍有开花，且形态结构与正常花期一致。标记的60个花蕾中，100 %能正常开花，花苞开放到花瓣脱落时间均持续2～3 d，雄蕊全部脱离花柄时间较不一致，短的2 d(可能受强风或雨天影响)，长的维持6 d，维持3 d的占67.5 %，但3 d后雄蕊都已风干卷曲。除1号和31号的雌蕊最终发育(不完全发育)成果实外(图1-G和H)，其余38个雌蕊柱头最终都脱落(图1-I和J)，自然结实率仅为3.3 %。不能结实的雌蕊从花蕾开花到掉落短为20 d，长为35 d，其中85.0 %主要集中在23至27 d。掉落的雌蕊柱头及花梗分2种，一种花梗及初果浅黄色(图1-I)，一种呈黑色(图1-J和K)。最终能结成果实的1和31号，从开花起历时约5个月，果实成熟并开裂露出红色假种皮及种子。2个果实发育均不完全，1号仅1个子房发育完整并得到1粒种子，形成种子部分的顶端已经发黑趋于干死或腐烂，下面部分是活性组织，可为种子发育成熟输送养分。31号有2个子房发育完整得到2粒种子，除发育完整部分，其他都呈浅黄和黄色。此外，在整个4 hm2的灰木莲种源家系试验林中，还发现少量类似于1和31号的畸形果实(图1-L)。

2.3 人工授粉结实情况

对灰木莲花朵进行人工自交授粉、异花同株和异花异株授粉，授粉5个月后，可观察到发育成熟的果实(图1-M和N)。从果实的外观形状看，人工授粉后果实发育要优于自然结实(图1-L和N)，果实为聚合果，聚合果上多数小核果发育完好，能够获得成熟种子(图1-O)，但仍有一些小核果败育，不能完全发育获得成熟种子。发育完好的小核果内有红色假种皮包裹的种子，与大多数木兰科种子一样，假种皮红色，内附薄薄一层肉质，含有油脂。人工授粉杂交获得的种子普遍比自然结实的种子更饱满，种子颗粒较大(图1-P)。通过人工授粉可获得11.1 %～50.0 %的结实率(表1)，但不同授粉方式结实率存在差异，自交授粉最低，仅为11.1 %，而异花同株和异花异株分别为44.4 %和50.0 %。从成熟球果的大小看，异花同株和异花异株授粉获得的球果要大于自交授粉的球果，因此果实含有的种子数异花异株最高，为14.2粒，其次是异花同株11.4粒，最少为自交授粉，仅3.5粒。因此，灰木莲异花异株和异花同株人工授粉方式成果获得结实率高，且果实发育及种子数量都要优于自交授粉。

2.4 果实形状及种子发芽力

从人工授粉获得的发育较好的果实看，灰木莲果实为聚合果，形状各异，有的呈圆锥形，有的呈弯月形等，大小不一，最大的来自异株异花授粉，长12.3 cm，宽4.9 cm，最小的来自自交授粉，长5.2 cm，宽3.7 cm(图1-M和N)。自然结实的果实由于发育不完全，果实为畸形果，仅个别小核果发育为成熟种子。果实成熟后均会自然裂开得到红色假种皮的种子，人工授粉获得的种子平均大小长8.74 mm，宽6.12 mm，厚3.23 mm，自然结实的种子平均大小长7.63 mm，宽5.29 mm，厚3.06 mm。千粒重分别为83.6 g和64.2 g。通过播种试验，人工授粉获得种子平均发芽率为65.3 %，高于自然结实种子的38.5 %。同时播种45 d后观察发现，人工授粉的种子芽苗品质要优于自然结实种子(图1-Q)，芽苗高和地径均大于自然结实种子。

A：花蕾；B～C：刚开放的花；D～E：开放中期的花；F：花蕾横切面；G～H：自然结实；I～K：掉落的雌蕊柱头及花梗；L：自然传粉结实；M～O：人工授粉结实；P：果实及种子(左上是右上球果的假种皮包裹的种子，左下是右下果实的假种皮包裹种子)；Q：种子萌发的芽苗(1～3号为人工授粉结实种子，4～5为自然结实种子)图1 灰木莲开花结实Fig.1 Bloom and fruiting of M. glauca.

授粉方式Pollinationmethod授粉花朵数No．offlowers结实数No．offruits结实率(%)Fruitsettingrate种子总粒数TotalNo．ofseeds果实平均种子数Meanseedsperfruit自交Selfpollination18211．173．5异花同株Geitonogamy18844．49111．4异花异株Xenogamy18950．012814．2

3 结论与讨论

灰木莲属外来树种，《中国植物志》没有收录灰木莲，仅《中国树木志》和《广东植物志》分别于1983和2009年收录灰木莲并对该种进行了生物特性概述，但对其开花结实的生物学情况没有相关描述[1, 18]。截至目前，仅招礼军等[16]在广西南宁对灰木莲进行了开花物候等进行了野外观察，灰木莲群体在3月下旬至5月下旬开花，个体开花持续时间约28 d，属于集中开花模式。但是，作者通过在广东新兴种源家系试验林进行花期物候观察，开花始于1月，集中在3至6月之间，与其他木莲属植物的花期相近，但有些差异，如有极少数在8-9月开花。我们经过对比广东新兴与广西南宁的地理位置和气候条件，除经度相差约4°(广西南宁东经108°21′度，广东新兴东经112°18′)，其他均接近，因此我们推测造成广东新兴开花不集中是灰木莲植株遗传差异造成的，广西南宁的灰木莲植株遗传来源较为一致，而本研究观察的灰木莲来自不同种源家系材料。

通过连续拍照观测灰木莲开花过程，花朵绽放过程中花苞片从张开到凋落时间较短，与招礼军等[16]报道的2～4 d较一致，此外与《广东植物志》记载的其他7种木莲属植物也较为相似。灰木莲属雌雄同株，两性花为雌雄蕊异熟类型，同花雌蕊普遍先于雄蕊成熟，雌蕊失去授粉能力后雄蕊花药才裂开散粉，这与白玉兰(Micheliaalba)、小花木兰(Magnoliasieboldii)等许多木兰科植物相似，这种雌雄异熟避免自花授粉的发生[19-21]，因此灰木莲能够成功自交授粉的可能性低。诸多林业工作者反映灰木莲自然状态下不能结实[16]，但在本研究中发现，灰木莲在自然状态下极少数能够结实，但是果实为畸形，同时畸形果的种子大小、发芽率及芽苗品质都劣于人工授粉获得的种子。从人工自交授粉、异花同株和异花异株授粉的结实情况看，人工授粉能够促进雌雄蕊杂交进而提高结实率，但人工自交授粉获得果实及种子结实率最低，可能雌蕊柱头汁液消失前采集的花粉活力不高，以及对雌雄蕊成熟掌握授粉时机不佳造成，因此今后仍需对灰木莲自交授粉涉及的雌蕊柱头及花粉活力进行研究。通过人工收集灰木莲花粉用于异花授粉结实率均高于自交授粉，异花异株结实率高于异花同株，王若涵[20]在研究白玉兰人工授粉也反映类似结果，但有别于招礼军等[16]报道的灰木莲异花同株授粉结实率(30 %)高于异花异株(20 %)。

本研究发现来自不同种源家系试验林的少数灰木莲植株能够在自然状态下结实，但结实率极低且果实呈畸形，在相同生境下反映植物个体间的差异可导致开花结实存在不同特征[22]。此外，自然传粉方式及途径等因素也是影响灰木莲能否自然结实的重要原因，众所周知，灰木莲在原产地越南能够很好的自然结实获得良好的种子[23-25]，但我国华南地区引种灰木莲多年至今，能够正常开花但不能正常结实，果实败育严重。本研究通过连续观察灰木莲自然开花结实过程所涉及的气候环境等方面，结合当前研究学者的观点，讨论和分析几点如下，以便于今后进一步深入研究国内灰木莲花而不实的原因。一是个别林业生产者猜测我国华南省区相比印度尼西亚及越南的纬度高，灰木莲生长区域相比原产地的热量及积温不够，有可能使得灰木莲无法正常发育结实。通过本研究的观察和试验，在广东省新兴县6年生灰木莲林中可以自然结实获得畸形果，以及通过人工授粉获得果实，说明试验地所在的气候条件可以满足灰木莲开花结实。因此可以推翻上述猜想。此外，有报道已经表明木兰科植物主要依靠虫媒传粉[26-27]，那么是不是我国华南地区与越南等地存在区别，缺乏有利于灰木莲花粉虫媒传播的昆虫，导致国内灰木莲花而不实。招礼军等[16]在灰木莲开花过程中发现有小型昆虫(花蓟马)活动，但本研究观察发现少许能够自然结实获得畸形果的灰木莲树木与不能结实的树木存在不同的特点。一是能够自然结实得到畸形果的树木的冠幅低、枝条离地面距离在5 m以下；二是附近发现有蚂蚁窝或有蚂蚁活动。因此，对于学者提出的可能缺乏有利于灰木莲花粉虫媒传播的昆虫的假设，我们今后需要进一步对国内及越南等原产地的灰木莲林进行昆虫调查分析后才能得出结论，但本研究获得的自然果实是否就是蚂蚁进行的花粉传播，有待进一步深入观察和分析。

综上所述，灰木莲在我国广东中西部新兴县能够结实，虽然自然结实率非常低且果实为畸形，但通过人工授粉亦可获得成熟果实，说明不存在热量及积温不够的问题。因此，灰木莲在我国华南能开花但不能正常结实的原因主要症结在于虫媒传粉途径上。笔者认为对于今后促进我国灰木莲开花结实可以从以下几点进行深入探索。一是对传粉昆虫加强研究，相比印度尼西亚和越南，华南地区纬度高，同时在灰木莲花期时，华南地区温度偏低，可能有利于灰木莲花粉传播的昆虫仍然处于冬眠期，未能按时参与花粉传播活动，也可能我国华南地区缺乏越南等地区有利于灰木莲传粉的昆虫；二是探索性开展灰木莲花朵、花粉的物质成分，如糖份和香气等方面的研究，科学引进和发掘有利于灰木莲花粉传播的昆虫。弄清灰木莲自然授粉传播途径的主要障碍，并探索提高灰木莲自然结实的关键技术和手段，为灰木莲良种培育及推广应用奠定重要理论基础。

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(责任编辑 陈 虹)

Observation of Flowering Biology and Fruit Set inManglietiaconiferaDandy

JIANG Qing-bin1, WEN Shan-na1, ZHONG Chong-lu1*, CHEN Yu1, HUANG Jun-xiong2, FENG Cai-li2

(1. Key Laboratory of State Forestry Administration on Tropical Forestry Research, Research Institute of Tropical Forestry, Chinese Academy of Forestry, Guangdong Guangzhou 510520, China; 2. Liangdongjing Forest Farm, Xijiang Forestry Bureau of Guangdong Province, Guangdong Yunfu 527400, China)

In order to understand the reasons whyManglietiaglaucacould not perform normal fruits，the flowering biology, fruiting set of 6 years oldM.coniferaplantation were observed, and its artificial pollination experiments were conducted. The results showed thatM.coniferaflower could be opened with normal flower morphology, structure and development, the time of its flowering was mainly concentrated in April. It appeared to be natural fruits, although the fruits were malformed, and the seed was small, there was a low level of seed germination. The results of artificial pollination experiments performed that the fruit setting rate and number of seeds per fruit of xenogamy (50.0 %, 14.2) and geitonogamy (44.4 %, 11.4) were higher than that of self pollination (11.1 %, 3.5). Under artificial pollination, its good and mature fruits were obtained, although the volumes of fruits were different but better than that of natural fruits，the same as seedlings quality. This study revealed that the accumulated temperature and heat of the site of M. conifera plantation were not the reasons of unable fruiting in normal, the problem of pollination transmission to be found out through the insect was the issue of natural fruits development forM.coniferain South China. This paper also discussed and took out some proposal and comments for further research on biology of flowering and fruit development, which would provide an important basis for promoting fruits developing technology and seeds untilization inM.conifera.

ManglietiaconiferaDandy; Flowering phenology; Fruit biology; Control pollination

1001-4829(2016)09-2229-05

10.16213/j.cnki.scjas.2016.09.038

2015-11-12

林业公益性行业科研专项项目(201304113-01)

姜清彬(1982-)，男，博士，江西宜春人，研究方向林木育种及栽培，E-mail: jiangqingbinhl@163.com,* 为通讯作者，E-mail: zclritf@126.com。

S718.3

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