肉饼兜兰传粉生物学及开花进程研究

初美静,2，宫子惠,2，孙纪霞，张英杰，张京伟，郭文姣，房义福3，刘学庆

(1.烟台市农业科学研究院，山东 烟台 265500； 2.烟台大学，山东 烟台 264005；3.山东省林业科学研究院 园林花卉所，山东 济南 250014)

兰科是被子植物中进化完全的类群，其花部的结构特征与昆虫传粉有着极高的适应性，传粉方式多样，因此，对兰科植物的传粉生物学研究有着广阔的前景[1]。目前关于兰科的传粉生物学研究见于大序隔距兰[2]、多叶斑叶兰[3]、泽泻虾脊兰[4]、春兰[5]等。兜兰属(Paphiopedilum)植物隶属兰科(Orchidaceae)中最为原始，最具特色的类群[6-7]，因其唇瓣呈高度特化的兜状，故名兜兰，又因形似拖鞋，故俗称拖鞋兰、仙履兰[8]。兜兰属的所有植物都可用于观赏，经过选育产生的栽培种和杂交种形态各异，具有极高的商业价值[9]。目前对兜兰的研究大多集中在种质资源保护[10]、无菌萌发[11-14]、综合评价[15-16]、生产栽培[17-18]、叶片结构[19-21]等方面，肉饼兜兰的传粉生物学研究未见报道，因此，本次试验主要针对肉饼兜兰开展研究，观察其开花进程，检测它的花粉胚珠比率与胚珠种子比率，探究其生长周期与传粉结实率，以期为肉饼兜兰的花期调控与传粉受精等提供参考。

图1 绿肉饼兜兰

1 材料与方法

1.1 研究植物与地点

本次试验开展于山东省烟台市福山区农业科学研究院花卉种植基地兜兰种植区，所用绿肉饼兜兰(Paphiopedilumpacific Cocoa Lovely)和红肉饼兜兰(P. pacific In-Charm Circle)取自兜兰种植区。

1.2 花形态特征与开花进程观察

1.2.1花形态观察

取正在开花的红肉饼兜兰与绿肉饼兜兰各20株，观察花葶长度、颜色，花朵数量、直径、颜色。

1.2.2开花进程观察

选取叶片健壮、无病虫害的红肉饼兜兰与绿肉饼兜兰各20株，从花葶抽出开始，每隔3 d观察1次，待花苞开始展开时，每天观察兜兰开花状态，直至整朵花序完全绽开，测量记录花葶高度，花葶粗度，花径。

1.3 开花生物学特性检测

1.3.1花粉量、种子数、胚珠数测定

选取即将开放(花药未开裂)的红肉饼兜兰和绿肉饼兜兰各10株，将花药均匀涂抹于载玻片上，在显微镜下观察，随机选取10个视野，统计视野中的花粉数，取其平均数，计算出每个花药中的花粉数(花粉涂抹的面积×平均数/视野面积)，将每朵花的子房在解剖镜下切开观察，统计出子房中的胚珠数；随机选出10个即将成熟的果实，在解剖镜下切开观察，统计数果实中的种子数，计算花粉胚珠比率(花药中的花粉数/子房中的胚珠数)和胚珠种子比率(胚珠平均数/种子平均数)。

1.3.2花粉组织学检测

随机挑选红肉饼兜兰和绿肉饼兜兰各10株，取其花粉，均匀涂抹于载玻片上，浸入苏丹Ⅲ染液中片刻，取出在显微镜下观察，若花粉呈橘黄色，则证明花粉中存在脂质[22]，每朵花重复3次。

2 结果与分析

2.1 花形态特征

肉饼兜兰是波瓣兜兰和紫毛兜兰杂交形成的后代，花大圆润、质地较厚[23]，色泽艳丽，一般为黄绿色和红色2类[24]。

黄绿色肉饼兜兰：花葶一般为绿色或带红色绒毛，每朵花序一般只开1朵花，极少数开2朵，中萼片、花瓣及唇瓣主色多为黄绿色、有的带有白色花边或紫红色条纹(见图1)，花葶高6～19 cm，直径0.3～0.6 cm，花径为7～13 cm。

红色肉饼兜兰：花葶紫红色带紫红色绒毛，每朵花序一般只开1朵花，极少数开2朵，中萼片色泽变化多样、通常为紫红色，边缘白色、带有暗红色斑点、少数呈现绿色；花瓣通常为深红色，边缘黄色，唇瓣一般为红色(见图2)。花葶高9～17 cm，直径0.3～0.6 cm，花径为7～10 cm。

2.2 开花进程观察

绿肉饼兜兰：花葶长至6～19 cm时，花开始开放，单花花期(60.4±19.1)d，花葶长度为(11.739±3.324)cm，花葶直径为(0.443±0.045)cm，花径为(9.641±1.278)cm。

水利工程建设可以在一定程度上解决我国的防洪环境等方面的问题，这将会直接影响我国的经济发展和经济水平。因此，水利工程建设如果出现了问题将会造成我国巨大的损失。在水利工程建设过程中，由于这个工程比较大，非常容易出现安全质量问题。所以，一定要重视其质量问题，加强对安全问题的监督，培养专业的技术、管理人才，构建有效的水利工程质量与安全监督管理体系，为水利工程建设的发展打下坚实的基础，促进我国经济的发展。

红肉饼兜兰：花葶长至9～17 cm时，花开始开放，单花花期(59.7±13.6)d，花葶长度为(13.177±2.574)cm，花葶直径为(0.464±0.056)cm，花径为(8.926±0.801)cm。

图4 绿肉饼兜兰的开花进程

图2 红肉饼兜兰

2.3 开花生物学特性

2.3.1花粉量、种子数、胚珠数测定

绿肉饼兜兰单花花粉量和胚珠数的平均值为265 443.8±32 126和12 217.6±1 286.9；花粉/胚珠比率(P/O值)为20.9±4.4；每个蒴果种子量为11 281±197；胚珠/种子比率(O/S值)为1.083。红肉饼兜兰单花花粉量和胚珠数的平均值分别为255 693.8±54 265.5和11 768.9±2 173.8；花粉/胚珠比率(P/O值)为22.6±2.7；每个蒴果种子量为10 828.4±332.9；胚珠/种子比率(O/S值)为1.087。

图3 2种肉饼兜兰的开花进程

图6 肉饼兜兰花粉显微图

图5 红肉饼兜兰开花进程

2.3.2花粉组织化学

将所测的绿肉饼兜兰和红肉饼兜兰的花粉样品浸入苏丹Ⅲ染液后，显微镜下观察花粉呈橘黄色，说明花粉中存在脂质(见图7)。

3 结论与讨论

3.1 结 论

3.1.1花形态与开花进程观察

兜兰的花部形态较为特殊，由1枚中萼片、2枚花瓣、1枚合萼片、1枚唇瓣、雄蕊、退化雄蕊、花药及柱头构成。其唇瓣结构极为特殊，唇瓣呈兜状，外侧光滑，内侧布满睫状毛。

兜兰的花期较长，2种肉饼兜兰的开花进程差别不大，从花葶抽出到花朵完全绽开所需的时间稍长，达60 d左右，从花朵完全绽开至花瓣枯萎凋谢达60 d左右。

1) 花粉/胚珠比与胚珠/种子比率测定。绿肉饼兜兰与红肉饼兜兰的花粉量、种子数与胚珠数差别较小。绿肉饼兜兰单花花粉量和胚珠数的平均值分别为26 5443.8±32 126和12 217.6±1 286.9；每个蒴果种子量为11 281±197；花粉/胚珠比率(P/O值)和胚珠/种子比率(O/S值)分别为20.9±4.4和1.083。红肉兜兰单花花粉量和胚珠数的平均值为255 693.8±54 265.5和11 768.9±2 173.8；每个蒴果种子量为10 828.4±332.9；花粉/胚珠比率(P/O值)和胚珠/种子比率(O/S值)分别为22.6±2.7和1.087。

图7 肉饼兜兰花粉染色图

图8 兜兰花部结构

2) 花粉组织学。绿肉饼兜兰与红肉饼兜兰的花粉经苏丹Ⅲ染液染色后，呈橘黄色，表明其花粉中含有脂质。

3.2 讨 论

3.2.1花形态与开花进程观察

兜兰特殊的兜状唇瓣结构，外侧光滑，令落入兜中的传粉者难以攀爬，内侧布满睫状毛，利于传粉者攀爬，这种形态有利于昆虫的传粉，当传粉昆虫被兜兰鲜艳的颜色与凸起的退化雄蕊吸引后，会落在退化雄蕊上，因表皮光滑而滑入兜状的唇瓣中，顺着唇瓣中易攀爬处逃出时会擦碰兜兰柱头，然后碰触雄蕊，将花粉带出，再落到另一朵花中完成授粉过程(如图8)。

兜兰从抽葶至开花所需时间较长，兜兰开花先从花葶抽出开始，当花葶停止生长后，花苞开始绽放，而兜兰的观赏价值主要在其艳丽特殊的花部，因此，可以通过缩短抽葶至开花所需的时间促使花苞提早绽放。

3.2.2开花生物学特性

1) 花粉/胚珠比与胚珠/种子比率测定。Cruden在1977年提出，花粉/胚珠比(P/O值)反映了花粉到达柱头产生的最大结实率，比值越低，柱头面积越大，花粉传递越有效，产生最大结实率的可能性越高[25]。本试验中，绿肉饼兜兰与红肉饼兜兰的P/O值较低，且具有较大的柱头面积，结实率较高。

Cruden认为，花的P/O值在2.7～6.7之间属于闭花受精型；在18.1～39之间属于专性自花传粉型；在31.9～396.9之间属于兼性自花传粉型，在244.7～2 558.6之间属于兼性异花传粉型；在2 180～19 523之间属于专性异花传粉型[25]。绿肉饼兜兰与红肉饼兜兰是通过吸引昆虫进行异花传粉进行受精，这与Cruden所提出的专性自花传粉的结果不同，这可能是因为其具有较大的柱头且花粉具有粘性，传粉机制复杂、特别引起的。

绿肉饼兜兰与红肉饼的胚珠/种子比(O/S)差别不大，且均接近于1，表明其花粉活力与胚珠的受精能力较高，具有高效的传粉机制。

2) 花粉组织学。Baker等在1979年提出，花粉属淀粉质地的花具有风媒传粉的特性，花粉属脂质的花一般具有虫媒传粉的特性[26]。由此可知，绿肉饼兜兰与红肉饼兜兰为虫媒花且由蝇类与蜂类作为传粉者，但并没有将花粉作为对传粉者的报酬，而是一种欺骗传粉者的进化特性。

传粉生物学的研究对植物的保育具有很重要的意义。兜兰具有极高的观赏特性，野生状态下繁殖困难，目前对于兜兰的传粉生物学研究报道甚少，而兜兰在长期的演化过程中又形成了几近完美的传粉模式，通过对不同品种兜兰的传粉系统进行深入探索，了解其开花进程、传粉机制的演化、交配系统以及繁殖系统等，将对兜兰的花期调控，提高繁殖率等方面提供重要的理论依据与技术支持，对兜兰的传粉模式的进化与保育具有重要的意义。