乐业雅长老屋基天坑天贵卷瓣兰传粉生物学研究*

蒋 强，唐健民，罗亚进，邹 蓉，熊忠臣，柴胜丰，韦 霄

(1.广西雅长兰科植物国家级自然保护区管理中心，广西百色 533209；2.广西壮族自治区中国科学院广西植物研究所，广西喀斯特植物保育与恢复生态学重点实验室，广西桂林 541006)

0 引言

兰科植物是被子植物中物种最为丰富的类群，具有极高的物种多样性，广泛分布于除两极和极端沙漠干旱地区以外的各种陆地生态系统中[1]。兰科植物在植物界系统演化上属于进化最快、最高级的类群之一。兰科植物花的结构具有多样化、精巧化及传粉系统形式多样化的特点[2]，其花部的高度特化与昆虫协同进化的关系十分密切，被认为是与传粉者高度适应的一个科。兰科植物一般需要特定的传粉者实现传粉受精，如果传粉者受到威胁和减少，就会直接影响植物的结实能力，从而危害和影响兰科植物的生存。因此，对兰科植物与昆虫间的相互关系及人工授粉的研究，一直是传粉生物学家和植物系统学家研究的热点。兰科植物传粉学研究最早见于1890年达尔文所著的《兰花的传粉——兰花借助于昆虫传粉的技巧》一书中，而目前兰科的研究主要集中在欧洲和北美等温带地生群类中。我国较早的兰科传粉生物学研究见于1999年Luo等[3]对舌喙兰利用食源性欺骗传粉方式引诱芒康条蜂对其传粉的研究，这是亚洲兰科植物传粉生物学领域的首次研究报道。2002年金效华[4]对滇西槽舌兰的传粉生物学研究发现，弯腿金龟是滇西槽舌兰唯一的传粉者，并存在2种不同的传粉机制。2005年刘可为等[5]研究发现杏黄兜兰通过模仿食源性植物黄花香，靠花香和鲜艳花色吸引长尾管蚜蝇、莫芦蜂等多种传粉者访花进入杏黄兜兰的囊状唇瓣内，起到传粉的作用。我国兰科植物传粉生物学的研究资料相对较少，每年的文献增量仅2-3篇，主要是附生类型比较多，如肉饼兜兰[6]、台湾独蒜兰[7-8]、琴唇万代兰[9]、足茎毛兰[10]、兔耳兰[11]、杏黄兜兰[5]等。我国兰科植物有150多属、1 000余种，而且有不少的特有属和特有种。因此，对兰科植物传粉生物学和生态学的研究有着广阔的前景。

天贵卷瓣兰(Bulbophyllumtianguii)，兰科石豆兰属[12]，是2005年在广西雅长兰科国家自然保护区内发现的新种兰科植物，广西特色的兰花物种，主要分布于喀斯特石山表面或腐殖树茎上，花色绚丽夺目，花形奇异，金黄色花瓣内卷犹如皇妃般高雅且气质内敛，非常美丽。新物种的发现及其保护对物种的生存和发展至关重要，物种保护很大程度上取决于其自身的生物学特性，需要对其生态学、传粉生物学、种群生物学、繁育生物学以及其他生物学分支学科进行研究。传粉过程受种群所处环境的影响，可能是一些物种导致濒危的关键环节，如花部特征、花器官的寿命、花开放式样和交配系统，它们与传粉者及其传粉行为的适应度是影响后代生殖遗传的主要因素[13]。如果不了解所要保护物种的繁育系统和传粉等特征，就很难保证繁育、保护甚至是野外种植复壮项目的可行性和可信性，因此必须对天贵卷瓣兰的传粉生物学和生态学进行研究，为研究其保护策略奠定基础。

1 材料与方法

1.1 材料

试验地点位于广西雅长兰科国家自然保护区老屋基天坑(24°50′15″N和106°24′56″E)，样品为生长健康、长势良好的天贵卷瓣兰野外居群，种群个体分布较多。天贵卷瓣兰为附生草本，具匍匐根状茎。假鳞茎在根状茎上，卵状圆锥形或狭卵形，顶端具1枚叶，干后黄色。叶革质长圆形，先端钝而微凹，基部收狭呈长5-10 mm的柄。伞形花序，顶生具2-3朵花；花苞片长圆形舟状，密被紫红色细点；花淡黄色具紫褐色脉纹，侧萼片狭披针形，基部上方扭转且两枚侧萼片彼此粘合而平行伸展；唇瓣卵状披针形，绿褐色，基部与蕊柱足连合而形成可动的关节，基部具凹槽、边缘具睫毛，唇盘具2条肉质、具缘毛的纵脊，花期2-3月[14]。授粉试验时间为2019年2-4月。

1.2 试验地概况

广西雅长兰科国家自然保护区位于广西百色乐业县境内，地理坐标是24°44′16″-24°53′58″N和106°11′31″-106°27′4″E，保护区东接大石围天坑群风景旅游区，西毗南盘江，北起狗论山，南至草王山，属于桂西中亚热带季风气候区，地处云贵高原东南缘，是云贵高原向广西丘陵过渡的山原地带，山脉走向大致北西至南东，以花坪谷地为中线，南北部较高，中间较低，区内沟谷纵横，叠峰连绵[15]。

1.3 方法

1.3.1 伴生植物的调查

根据地形和实际植被分布情况开展调查，采用线样带法沿一条线穿过研究区域，观察并统计两侧的植物及其种群个体数。

1.3.2 开花物候观察

观察统计天贵卷瓣兰(图1)的单株花期、居群花期，对居群所有植株进行开花物候观察，每隔一段时间统计样群内花朵开放的数量。花开放的判定标准为花被张开，昆虫能够进入花内并传粉；花凋谢的标准为花瓣向内闭合，花被开始萎蔫。

图1 天贵卷瓣兰花

1.3.3 繁育系统试验

开花前套网袋，阻止昆虫进入花内(图2)。随机选取即将盛开的花朵，取下网袋按照以下方式分别进行人工处理：(1)不作任何处理；(2)自交，人工自花授粉；(3)异交，异株异花授粉(花粉未碾碎)；(4)异交，异株异花授粉(花粉碾碎成粉末状)。结实率的统计在所有套袋花全部凋谢后，以子房膨大作为繁殖成功的标准。

Fig.2 Field bagging experiments ofBulbophyllumtianguii

2 结果与分析

2.1 天贵卷瓣兰的伴生植物

天贵卷瓣兰主要的伴生植物介绍如下。

乔木：细叶云南松Pinusyunnanensis、化香树Platycaryastrobilacea、大叶栎Quercusgriffithii、栓皮栎QuercusvariabilisBlume等。

灌木：小叶枇杷Eriobotryaseguinii(Levl.) Card.ex Guillaumin、米念芭Tirpitziaovoidea、三对节Clerodendrumserratum、狭叶桃叶珊瑚Aucubachinensis、粗糠树EhretiadicksoniiHance、滇鼠刺IteayunnanensisFranch、圆叶乌柏SapiumrotundifoliumHemsl、南天竹Nandinadomestica、长柱十大功劳MahoniaduclouxianaGagnep、蓝黑果荚蒾Viburnumatrocyaneum、毛穗杜茎山MaesainsignisChun等。

藤本：红腺悬钩子RubussumatranusMiq、悬钩子蔷薇Rosarubus、灰毡毛忍冬Loniceramacranthoides、灯油藤Celastruspaniculatus、亮叶雀梅藤SageretialucidaMerr等。

草本：黄精Polygonatumsibiricum、千里光Senecioscandens、蚂蝗七Chiritafimbrisepala、锈色蛛毛苣苔Paraboearufescensfimbrisepala、通泉草Mazuspumilus、狭叶凤尾蕨PterishenryiChrist、光石韦Pyrrosiacalvata、瓜子金Polygalajaponica、毛四叶華Galiumbungei等。

与天贵卷瓣兰伴生的兰科植物有足茎毛兰Eriacoronaria、多花兰Cymbidiumfloribundum。

2.2 天贵卷瓣兰开花物候

由图3可知，天贵卷瓣兰的花期从2月15日持续到3月28日，期间3月11—21日为盛花期，3月18日到达最高峰。单株平均花期在一周左右，花瓣会很快内卷闭合而且授粉会明显缩短单花的花期。

图3 样地内植株居群花数量的变化

Fig.3 Variations in the number of plant population flowers in the plot

2.3 繁育系统

对天贵卷瓣兰繁育系统试验的统计结果见表1。在试验前期自花授粉、异花授粉和不作任何处理的试验对比中均没有结实，说明天贵卷瓣兰在自然或人工传粉情况下结实率非常低，在自然状态下有性生殖的融合性较差。但是在试验后期通过将花粉碾碎成粉末状后进行异交传粉试验，得到出乎意料的结果，破坏花粉结构使得天贵卷瓣兰传粉获得成功，且结实率相当高，达到100%。

表1 天贵卷瓣兰不同繁育系统的结实率比较

Table 1 Comparison of seed setting rates in different breeding systems ofBulbophyllumtianguii

日期Date处理方式 Processing mode花数Number of flower果实数Number of fruit结实率Setting per-centage(%)2019 02 22自交授粉(花粉未碾碎)Selfing (pollen is not crushed)1000异交授粉(花粉未碾碎)Outcross (pollen is not crushed)1000不作任何处理Wild pairing10002019 03 03自交授粉(花粉未碾碎)Selfing (pollen is not crushed)1000异交授粉(花粉未碾碎)Outcross (pollen is not crushed)1000不作任何处理Wild pairing1000

续表1

Continued table 1

日期Date处理方式 Processing mode花数Number of flower果实数Number of fruit结实率Setting per-centage(%)2019 03 18自交授粉(花粉未碾碎)Selfing (pollen is not crushed1000异交授粉(花粉未碾碎)Outcross (pollen is not crushed)2000异交授粉(花粉碾碎)Outcross (pollen is crushed)2020100不作任何处理Wild pairing10002019 04 03自交授粉(花粉未碾碎)Selfing (pollen is not crushed1000异交授粉(花粉未碾碎)Outcross (pollen is not crushed)2000异交授粉(花粉碾碎)Outcross (pollen is crushed)2020100不作任何处理Wild pairing1000

3 讨论

天贵卷瓣兰的花期持续一个多月，从2月中旬开始至3月下旬，其中盛花期在3月中旬，单株花期在一周左右，传粉时需要及时进行。在自然状态下，天贵卷瓣兰的结实率远远低于兰科植物结实率的平均水平20.7%[16]。试验通过碾碎花粉进行人工授精可显著提高天贵卷瓣兰的结实率，表明人工授粉可显著干预天贵卷瓣兰的交配系统并增加传粉的成功率，降低败育率。花粉表面凹凸不平，绝大多数有萌发沟或孔沟，花粉壁含有酶、糖类、纤维素和果胶质等物质[17-18]，这些物质有可能堵塞萌发孔。试验通过将花粉碾碎成粉末状，进而提高授粉的成功率，其原因是否在于粉碎后的花粉萌发孔的疏通或者破裂促使花粉活力提高，下一步仍需要进行花粉电镜扫描验证。虽然自然条件下，天贵卷瓣兰有性繁殖结实率低，而其无性繁殖能力较强，可以通过分株进行繁殖，但是天贵卷瓣兰的种群数量稀少、特殊的生境及人为因素都极大地影响着该物种的生存和保护。因此，广泛开展传粉生物学研究，尽可能多地了解天贵卷瓣兰的传粉式样和传粉机制仍是今后相当长时间内的重要任务。与此同时，还应注意将传粉生物学研究与居群生物学研究相结合来探讨天贵卷瓣兰的花粉流、基因流的方向和范围，以了解特定类群或特定区域内兰科植物的进化方式和适应辐射特点。