玉树独一味异型花柱对结实率影响的初步研究

金 兰，陈 志

（青海师范大学 生命科学学院，青藏高原药用动植物资源青海省重点实验室，青海 西宁810008）

异型花柱（heterostyly）是由遗传控制的花型多态性现象，指两性花植物中出现2种花型（二型花柱，distyly）或3种不同花型（三型花柱，tristyly）的个体，其花药与柱头的位置不同，但位置交互对应。根据花药和柱头的相对高度，二型花柱包括长花柱型（longstyled morph）和短花柱型（shortstyled morph）2种，而三型花柱包括长花柱型、中花柱型（midstyled morph）及短花柱型3种花［1］。

独一味Lamiophlamis rotata（Benth）Kudo为唇形科独一味属植物［2］，对其繁育系统的研究中发现，独一味具有L（花药低于花柱）和S（花药高于花柱）二型花柱，本研究从异型花柱在花序中分布、异型花柱的数量、异型花柱的花粉活力和柱头活性的差异、异型花柱上花粉管的萌发、异型花柱的生物学特性及花序不同部位结实率，对独一味的结实与异型花柱的相关性进行初步研究，为进一步研究独一味结实机理提供初步的理论依据。

1 试验地

本试验在2015年5—7月独一味开花期进行，试验地选择在国营牧场海拔3 900～4 100 m的3个不同生境的斑块样地上进行。

2 方 法

2.1 异型花柱在不同花期单花中分布研究

在已选择好的3个观测样地中，随机选择部分开花的独一味花序30株进行标记，统计每株花序中的花蕾期、半开期、盛花期、花谢期、枯萎期的L型和S型花柱的数量。

2.2 异型花柱在花序中的位置分布研究

在已选择好的3个观测样地中，随机选择大部分开花的独一味花序30株，去除花蕾期的单花，统计L型和S型花柱在花序不同位置中的分布状况。

2.3 异型花柱中花粉活力及柱头活性差异性的研究

2.3.1 MTT法测定花粉活力

在开花的独一味花序中，分别标记S型和L型的不同花期的单花，将花药置于载玻片上，加1滴蒸馏水，用镊子捣碎，再加1～2滴MTT，盖上盖玻片，置低倍显微镜下观察，活力强的花粉被染成深紫色，活力弱的染成淡紫色，没有活力的呈黄色。每个材料观察3～5个制片，每片任选5个视野，统计全部花粉中染成深紫色和淡紫色的花粉所占比例，即花粉的活力［3］。

2.3.2 联苯胺过氧化氢法对不同开花期柱头可授性的测定

在开花的独一味花序中，分别标记S型和L型的不同花期的单花，取柱头完全浸泡在联苯胺过氧化氢反应液中（1%联苯胺∶3%过氧化氢∶水＝4∶11∶22，体积比），置于解剖镜下观察，若柱头具有可授性就会有大量气泡出现，否则无气泡产生，气泡越多越大，表明活性越强［3］。

2.4 盛花期异型花柱花部特征参数测量

在已选择好的3个观测样地中随机选择大部分开花的独一味花序30株进行标记，分别选出具有L型花柱和S型花柱的盛花期单花各30朵，使用游标卡尺测量其花冠长度、花柱长度、柱头裂片长度、花药高度、花药长度、花丝基部至花冠基部距离、花丝基部至花冠顶端的距离及子房高度，各参数具体测量方法参考刘欣欣等［1］的方法。

2.5 荧光显微法测定不同花柱上花粉管萌发状况

分别取自然状态下不同开花期的S型和L型的柱头，在FAA固定液中固定4 h以上，用蒸馏水冲洗干净，在45℃水浴中用2 mol／L NaOH软化2 h，蒸馏水冲洗3次，然后用0.1%水溶性苯胺蓝染色4 h（25℃染色，染色液用2%的K3PO4溶液配制），将雌蕊（包括子房）置载玻片上，加1～2滴甘油，加盖玻片轻轻压平，用Olympus BX 51型显微镜在 WU（宽带紫外光激发）下观察。每张切片取3个视野，观察统计花粉管萌发［3］。

2.6 独一味花序不同部位自然结实率研究

取自然成熟的独一味花序100株，分别对花序上位、中位及下位的结实率进行统计。

上位花：花序最顶部1～3层的单花，大花序（7层及以上）取顶部2～3层，小花序（4层及以下）取顶部1层单花。

中位花：花序中部的单花，大花序（7层及以上）取中部3～4层，小花序（4层及以下）取中部2～3层单花。

下位花：花序底部的单花，大花序（7层及以上）取底部2～3层，小花序（4层及以下）取底部1～2层单花。

3 结果与分析

3.1 异型花柱在不同花期花中分布研究

对标记的30株花序中所有的单花依据不同的花期进行分类，再对每个花期中的单花花柱类型进行统计分析，结果见表1。

表1 不同花期中异型花柱数量的测定

从表1可看出，在统计花序中，花谢期、盛花期和枯萎期的花中L型花柱为最多，花蕾期中无L型的花柱，半开期的花中L型花柱很少，可能的原因是花蕾期和半开期的花正处于生长发育期，花部结构正处于生长发育期，盛花期以后，花结构发育完全，所以，研究异型花柱应该选择盛花期的单花进行。

3.2 异型花柱在花序中的分布研究

从表2可看出，自然状态下的独一味L型的花柱主要分布于花序的中下位置，上部分布较少，L型花柱和S型花柱在全部的单花中的分配比例接近1∶10。

表2 异型花柱在花序不同位置中的分布

3.3 盛花期异型花柱花部特征参数测量

从表3可看出，L型花柱的柱头高度明显高于花丝的长度，S型花丝长度高于花柱的长度，因而，L型花柱易接受异花花粉而S型花柱易接受自花花粉，其他花部特征没有明显差异。

3.4 异型花柱中花粉活力及柱头活性差异性研究

由表4可看出，S型花柱和L型花柱的花粉活力没有明显的差异，都是开花2～3 d时花粉活力最强，随着开花天数的增加，花粉活力逐步降低；柱头活性也没有呈现明显的差异，都是在开花5～6 d柱头可授性为最强，柱头可授性强弱的顺序5、6 d＞4、7 d＞3、8 d＞2、1 d，S型和L型柱头可授性和花粉活力不同步，呈现雌雄蕊异熟的特性。

表3 盛花期独一味长／短花柱型花部特征参数

表4 MTT法测定独一味花粉活力

3.5 异型花柱中花粉管在柱头上的萌发差异研究

通过荧光显微法，对自然生长的独一味花粉在柱头上的萌发研究发现，独一味花粉在柱头上的萌发率很低，其中，S型花柱的花粉管萌发率很低，只有1%左右，L型柱头的花粉管萌发率相对于S型高，约有15%。

3.6 独一味花序不同部位自然结实率研究

从表5可看出，独一味种子的形成和独一味花序的位置存在一定的相关性，独一味花序的上位花结实率最低，下位花结实率最高，这可能和L型柱头主要分布在下位花存在一定相关性，说明独一味结实率可能和L型柱头有关，其机理需要进一步研究。

表5 独一味花序不同部位的自然结实率

4 讨 论

有研究表明［4］，异型花柱是被子植物中一种特殊的花多态现象和雌雄异位形式，该类型植物的花部特征在避免自交、促进准确的异交传粉以及通过降低雌雄功能干扰以提高亲本适合度等方面具有重要的进化意义。

在独一味中，L型和S型花柱在成熟花中的比例接近1∶10，S型花柱的柱头低于雄蕊，其柱头易落上自花花粉，荧光显微镜下S型花柱上花粉萌发率很低，L型花柱由于柱头高于雄蕊，有些较高的柱头露出花冠外，相对于S型的花柱，易接受异花的花粉，在荧光显微镜下，L型花柱的花粉管萌发也高于S型花柱，说明异型花柱在影响独一味的传粉受精方面可能存在特殊的作用；L型花柱主要分布于中位和下位的花序中，自然结实的花序中，所结种子也主要集中在中位和下位的花序中，说明独一味L型花柱的花可能与种子结实率存在一定的相关性，其机理需进一步研究。

［1］刘欣欣，吴小琴，张奠湘.艳丽耳草的二型花柱及异型自交不亲和系统［J］.生物多样性，2012，20（3）：337347.

［2］青海科学院西北高原生物研究所编著.青海植物志［M］.西宁：青海人民出版社，1995（12）：171.

［3］王兵，焦恩宁，秦垦，等.宁夏枸杞传粉生态学初步研究［J］.西北植物学报，2010，30（1）：6877.

［4］周伟，王红.被子植物异型花柱及其进化意义［J］.植物学报，2009，44（6）：742751.