5种石斛花器官特性及人工授粉研究

李桂琳，姜 艳，刘 林，李泽生,3，高 燕，郭彩留，周侯光*

（1.云南省德宏州热带农业科学研究所，云南瑞丽678600；2.云南农业大学烟草学院昆明650000；3.泉州市秉尚石斛科技有限公司，福建泉州362011；4.保山市隆阳区茶叶技术推广站，云南保山678000）

石斛为兰科Orchidaceac 石斛属DendrobiumSwartz 附生植物，是兰科最大的属之一，约1 000种，广泛分布于亚洲热带和亚热带地区至大洋洲。我国有74 种和2 变种，产秦岭以南诸省区，尤其云南南部为多［1-2］。我国自上个世纪80 年代就开始研究和利用石斛，生物碱和多糖是石斛主要的活性成分，有明显的免疫增强活性和抗癌活性，具有提高免疫力、抗氧化和抗肿瘤等多种作用。同时，其花期长，花色艳丽，具有较高的观赏和药用价值。近年来由于环境的恶化和原生境遭到破坏，一些石斛原生种已濒临灭绝，具有育种价值的石斛原生种种质资源的收集难度越来越大；加之过度开采，石斛种质资源破坏严重，野生石斛已濒临灭绝。在石斛种质资源保护过程中，获得种苗的途径主要有野生苗、扦插苗和组培苗，其中组培苗的无菌播种是最快的方法，能够在最短的时间内获得较多的种质。获得优质的种子是石斛组织培养育苗成功的关键，也是人工恢复资源的重要基础。

目前关于石斛育种的相关研究报道较多，郑宝强等［3］对中国原生种石斛兰的育种价值进行了分析，李振坚等［4］报道了濒危石斛兰开花与授粉生物学特性，李永清等［5］研究了石斛兰人工授粉结实性，龚建英等［6］报道了4 种石斛种间杂交、自交亲和性及蒴果生长动态，罗焕明等［7］报道了6 种石斛属植物的人工授粉，朱波等［8］报道了铁皮石斛（D. Kimuraet Migo）花粉活力与种质创制，高杨等［9］报道了铁皮石斛自交和杂交亲和性的细胞学研究，李景蕻等［10］研究了不同授粉方式对铁皮石斛蒴果发育及种子萌发的影响，练强等［11］、李守领等［12］、李桂琳等［13］、耿秀英等［14］、高燕等［15］分别研究了齿瓣石斛（D.Paxt.）、金钗石斛（D.Lindl）、球 花 石 斛（D.Rchb. f.）、鼓 槌 石 斛（D.Lindl）的开花习性与人工授粉技术。为获得更多品质优良的种源，有效保护濒危种质, 并实现资源的可持续利用，笔者选择翅萼石斛、棒节石斛、玫瑰石斛、晶帽石斛、黄花石斛，对其花器官形态和人工授粉技术进行研究，以了解不同种石斛花器官特征，掌握其人工授粉技术。现将研究结果报道如下：

1 材料和方法

1.1 材料

从缅甸引入的翅萼石斛（D. cariniferumRchb.f.）、棒节石斛（D. findlayanumPar. et Rchb. f.）、玫瑰石斛（D. crepidatumLindl. ex Paxt.）、晶帽石斛（D. crystallinumRchb. f.）、黄花石斛（D. dixanthumRchb. f.），种植于云南省德宏热带农业科学研究所石斛种质资源圃（瑞丽）和梁河县

1.2 方法

1.2.1 石斛花器官特性观察

（1）石斛开花习性研究：观察瑞丽与梁河不同种植环境下，5 种石斛花芽萌动期、现蕾期、始花期、盛花期、末花期、单花寿命、鲜花瓶插寿命。

（2）石斛花器官特性研究：显微镜观察种植在瑞丽的5 种石斛花器官的合蕊柱长、宽、深、粘液厚；花粉粒长、宽、厚；10 粒花粉粒重。

1.2.2 石斛人工授粉试验

参照金钗石斛人工授粉方法［13］，在选择优良母株的前提下，盛花期早晨10：00 前和下午4：00以后操作。授粉时，用牙签轻轻挑开药帽，牙签轻沾花粉粒放到待授粉花朵的柱头上，轻压使其与柱头紧密接触。每节只授1～2 朵花，每束授粉不超过10 朵花，摘掉弱小花序和多余花朵，授粉后3 d 内不浇水，雨天不授粉。

（1）蒴果的生长习性研究：观察授粉后的花柄、花瓣、子房变化情况，描述授粉成功和失败的区别，观察形成蒴果的过程，观测膨大期、伸长生长期、成熟期、采收期。

（2）蒴果形态特征研究：观测果形、蒴果粒重、果直径、果柄长、果长，显微镜观察种子。分析蒴果的标准差（SD）和变异系数（CV）。

（3）花期对石斛坐果率的影响：从开花第1 d起至花谢为止，选择生长旺盛、花朵大的花进行自花授粉试验，研究花期对石斛坐果率的影响。以开花第1 d 为对照，试验设5 个处理，3 次重复，每个处理授粉100 朵花，观察石斛坐果率，探索最佳授粉时间。试验设计见表1。

（4）授粉方式对石斛坐果率的影响：以同株自花授粉为对照，试验设2 组处理，3 次重复，每组授粉100 朵花，观察坐果率，探索授粉方式对石斛坐果率的影响。试验以同株自花授粉为对照，设2 种处理，3 次重复，处理1 为同株异花授粉，处理2 为异株异花授粉。

表1 花期对石斛坐果率的影响

2 结果与分析

2.1 石斛花器官特性

2.1.1 开花习性

不同种石斛花期不一致，一般情况从花芽萌动到现蕾需要1 个月，现蕾到始花需要15～20 d，不同种石斛盛花期差异较大，花期长的盛花期长，如翅萼石斛花期有25～30 d，盛花期有3 个月；花期短的盛花期短，如棒节石斛花期7～8 d、玫瑰石斛7～8 d、晶帽石斛7～8 d、黄花石斛7～9 d，盛花期只有1 个月。同一种石斛受种植地温度影响，开花时间也不一样，温度高的地方花期会提前10～15 d，温度低的地方花期会稍晚10～15 d；如瑞丽年平均温度21℃，梁河年平均温度18.8℃，瑞丽冬季平均温度比梁河高5～8℃，花期一般会比梁河种植的花期提前10～15 d（表2）。

2.1.2 花器官特性

5 种石斛属植物的合蕊柱长1.85～3.58 mm，宽1.67～2.30 mm，深0.67～2.55 mm，粘液厚0.46～0.72 mm，花粉粒长1.37～2.63 mm，宽1.15～1.75 mm，厚0.44～0.51 mm，10 粒重0.0052～0.0165 g（表3）。从以上数据分析，参试石斛合蕊柱长宽全部大于花粉粒，粘液的厚度大于花粉粒厚，由此确定同一石斛的合蕊柱能够容纳下本种花粉粒，粘液覆盖花粉粒。

表2 不同品种石斛开花习性

表3 不同品种石斛花器官的形态特征

2.2 石斛坐果习性

2.2.1 蒴果生长习性

蒴果生长习性同罗焕明和李桂琳［21-22］的描述，若授粉失败，4～5 d 后花瓣萎蔫，子房变黄，7 d 后花柄脱落；若授粉成功，7 d 后花柄不脱落，子房变绿膨大，15 d 以后形成蒴果，15～25 d 迅速增大，之后趋于缓和，30 d 后蒴果稳定生长，伸长生长期约120 d。不同品种蒴果成熟期不一样，黄花石斛只有30 d，11 月蒴果全部开裂，若不及时采收将失去利用价值。翅萼石斛的成熟期较长，有90～120 d，采收期在翌年1-2 月。其它品种的成熟期60 d，采收期棒节石斛10-11 月，玫瑰石斛为11 至翌年2 月，晶帽石斛为1-2 月（表4）。

表4 不同品种石斛坐果习性

2.2.2 蒴果形态特征

不同种石斛蒴果形状不一，翅萼石斛长圆形具3 菱，棒节石斛、玫瑰石斛、晶帽石斛纺锤形，黄花石斛细长纺锤形，蒴果形态数据详见表5。参试种石斛蒴果重0.42～13.92 g，果直径3.84～26.8 mm，果 柄 长0.82.15～4.15 cm，果 长5.4～8.21 cm，果皮厚0.56～7.3 mm，翅萼石斛最大、最重，黄花石斛细长最小、最轻；同一种石斛蒴果大小受母株长势影响较大，粗壮的蒴果饱满、种子成熟，细弱的蒴果小、种子发育不全，甚至有空果。单果种子无数粒，有黄色、绿黄色和淡黄色，肉眼观察粉状，显微观察整粒种子纺锤形，种胚椭圆形淡黄色，外包透明的种皮。可以用变异系数来衡量蒴果的整齐度,不同种蒴果的重量变异系数最小为13.08%，最大为34.89%，表明同一种石斛蒴果和不同种石斛蒴果的重量差异较大；不同种蒴果的果直径变异系数最小为6.09%，最大为13.81%，其中只有棒节石斛和玫瑰石斛超过10%，而且在14%以内，表明不同种石斛蒴果的果直径在种内保持较好的一致性；不同种蒴果的果柄长变异系数最小为12.85%，最大为21.76%，表明同一种石斛蒴果和不同种石斛蒴果的果柄长差异较大；不同种蒴果的果长变异系数最小为5.96%，最大为11.62%，表明同一种石斛蒴果和不同种石斛蒴果的果长在种内一致性较好；不同种果皮厚变异系数最小为18.86%，最大为34.71%，表明同一种石斛蒴果和不同种石斛蒴果的果皮厚差异较大。

表5 蒴果形态特征

2.2.3 花期对石斛坐果率的影响

花期对石斛坐果率的影响较大，花期长的授粉期限长，花期短的授粉期限短（表6）。如翅萼石斛花期有25～30 d，其授粉期限有20 d，1～20 d 的坐果率在22.33%～54.67%，其中第10 d 授粉效果较好，第25 d 以后授粉效果最差；黄花石斛的花期有7～9 d，其授粉期限有5 d ，1～5 d 的坐果率在35.67%～79.00%，其中第1～3 d 授粉效果较好，第6 d 以后授粉效果最差；棒节石斛、玫瑰石斛、晶帽石斛的花期有7～8 d，其授粉期限有4 d，1～4 d 的坐果率分别为棒节石斛55.00%～86.67%，玫瑰石斛56.67%～89.00%，晶帽石斛72.67%～87.00%，其中棒节石斛第1～3 d 授粉效果较好，第5 d 以后授粉效果最差；玫瑰石斛第1～2 d 授粉效果较好，第5 d 以后授粉效果最差；晶帽石斛第1～4 d 授粉效果较好，第5 d 以后授粉效果最差。从总体数据来看，同一种石斛不同花期坐果率差异较大，不同种石斛之间的差异也大，参试种石斛的授粉坐果率均处于较高水平。

表6 不同品种石斛不同花期坐果率（LSD法多重比较）

2.2.4 授粉方式对石斛坐果率的影响

翅萼石斛同株自花授粉、同株异花授粉、异株异花授粉坐果率分别为51.67%、57.67%、67%，方差分析结果（表7），异株异花授粉效果最好。玫瑰石斛同株自花授粉、同株异花授粉、异株异花授粉坐果率分别为93.33%、81.33%，57.33%，方差分析结果，自花授粉效果最好，其次是同株异花授粉，最差是异株异花授粉。棒节石斛同株自花授粉、同株异花、异株异花授粉坐果率分别为73%、80.67%、89.67%；晶帽石斛同株自花授粉、同株异花授粉、异株异花授粉坐果率分别为87.33%、94.33%，81.67%；黄花石斛同株自花授粉、同株异花、异株异花授粉坐果率分别为75.33%、73.33%、74%。方差分析结果，3 种石斛3种授粉方式的坐果差异不大，可以根据需要选择授粉方式。从总体数据来看，5 种石斛的3 种授粉方式的坐果率都处于较高水平，授粉过程中可以根据实际需要选择授粉方式。人工授粉蒴果畸形率1%～11%，其中自花授粉畸形率1%～5%，同株异花授粉畸形率1%～8%，异株异花授粉畸形率2%～11%。

表7 不同石斛不同处理坐果率（LSD法多重比较）

3 结论

从总体数据来看，参试种石斛的授粉坐果率都处于较高水平，同一种石斛不同花期坐果率差异较大，不同种石斛之间的差异也大；花期对石斛坐果率的影响较大，翅萼石斛花期较长，开花第5～10 d 授粉效果最好，开花第1 d 柱头的粘液分泌较少，影响了花粉与合蕊柱的亲和力，开花20 d 以后不建议人工授粉；棒节石斛、玫瑰石斛、晶帽石斛和黄花石斛人工授粉坐果率较高，1～4 d 授粉效果较好，第5 d 以后不宜人工授粉。5种石斛3 种授粉方式的坐果率都处于较高水平，授粉过程中可以根据实际需要选择授粉方式。翅萼石斛和棒节石斛异株异花授粉效果最好，人工授粉最好采用异株异花授粉；玫瑰石斛、晶帽石斛和黄花石斛异株异花、同株自花授粉和同株异花授粉的差异不明显，育种时根据需要选择不同的授粉方式。建议石斛人工授粉最好在盛花期进行。

同时对石斛属的金钗石斛（D. nobileLindl.）、密花石斛（D. densiflorumLindl.）、小 黄花石斛（D. jenkinsiiLindl.）、美花石斛（D. loddigesiiRolfe）、串珠石斛（D. falconeriHook.）、兜唇石斛[D. aphyllum（Roxb.）C. E. Fischer]、长苏石斛（D. brymerianumRchb. f.）、流苏石斛（D. fimbriatumHook.）等开展同样试验，其中密花石斛、小黄花石斛、美花石斛、串珠石斛都未有坐果，兜唇石斛最高坐果率只有12.44%、长苏石斛23.5%、流苏石斛10.38%、金钗石斛14%～71%。

李振坚等［4］报道大苞鞘石斛（D. wardianumWarner）株内、株间的自花授粉结实率均为80.95%，晶帽石斛株内、株间自花授粉结实率为5.49% 和0，鼓槌石斛、兜唇石斛、流苏石斛（D.Hook.）、齿瓣石斛的株内自花授粉结实率为0，株间自花授粉结实率为94.44%、100%、61.90%、23.86%。李永清等［5］报道棒节石斛同株异株异花授粉坐果率为50%～53%，鼓槌石斛异株异花、同株异花授粉结实率分别为53.3%和0、细茎石斛[ D.（L.）Sw. ]同株异花授粉坐果率为0。

以上数据可见，同一种石斛在不同授粉方式、不同授粉人、不同授粉时间等，其人工授粉结果都不一样。不同种石斛，有的种不论何种方式和任何人授粉，其坐果率都较高，有的种无论采取何种方式都不会坐果，有的种的坐果率都较低。对石斛人工授粉是否坐果，授粉时间和授粉方式只是提高坐果率的方法，是否坐果关键还要看此种石斛自身的亲和性。

为此，笔者又从不同种石斛花器官特性进行研究，结果同一种石斛柱头长宽全部大于花粉粒，粘液的厚度大于花粉粒厚。由此确定，同一种石斛柱头能够容纳下本种的花粉粒，粘液覆盖花粉粒。从花器官特性找出影响石斛自身亲和性的关系也不大，具体原因有待后续研究寻证。