菏泽牡丹的传粉生态学特性研究

吕惠楠，魏建华，刘林德*，张 莉，孙 杰，刘志浩，孔宪海

（1.鲁东大学生命科学学院，山东烟台 264025；2.烟台三维岩土工程技术有限公司，山东烟台 264002）

牡丹（Paeonia suffruticosa）为芍药科（Paeoniaceae）芍药属（Paeonia）植物，又名富贵花等，为多年生落叶灌木［1］。牡丹在西周时期就已经被应用、栽培和观赏，我国也是牡丹全球种植面积最广和品种最齐全的国家［2］。

菏泽牡丹属于中原牡丹，观赏价值高，为我国目前主栽品种［3］。关于菏泽牡丹的传粉生态学研究未见报道，基于此，对生长在菏泽地区和生长在烟台地区的牡丹分别进行传粉生态学特性比较研究，以期对菏泽牡丹的栽培育种、异地栽培、花期控制等提供更加详尽合理的理论指导。

1 材料与方法

1.1 研究地点概况

本研究分别在菏泽的牡丹园与烟台的鲁东大学牡丹园内进行，后者由鲁东大学菏泽校友在2010 年兴建，牡丹引自菏泽。因为气候原因，鲁东大学牡丹园内的菏泽牡丹开花时间较菏泽地区晚10 d 左右。

1.2 试剂与仪器

联苯胺，购自酷尔化学科技（北京）有限公司；红四氮唑，购自天津市福晨化学试剂有限公司。

日立TM-1000 扫描电镜（SEM）、相机（HDRCX390E）。

1.3 研究方法

1.3.1 花粉活力检测

牡丹花粉活力的检测采用TTC 法测［4］。使用10%蔗糖溶液配制0.5%TTC 溶液，将花朵散粉后不同天数（1～7 d）的花粉置于载玻片上，取TTC 溶液滴于花粉处，盖上玻片，放在内置湿滤纸的平皿中，37 ℃遮光环境下2 h 后显微镜观察并统计变红花粉的百分比。

1.3.2 柱头可授性检测

使用联苯胺-过氧化氢法测定牡丹柱头可授性［5］。使用1% 联苯胺、3% 过氧化氢与水配制体积比为4 ∶11 ∶22 的反应液，取两地不同时期的花朵，用刀片切下柱头，将其浸入反应液中。若反应液变为蓝色且出现气泡，说明柱头具可授性。

1.3.3 柱头的扫描电镜观察

在菏泽地区取不同发育时期的牡丹花朵，FAA 固定液固定8～24 h，保存后送至鲁东大学观察；烟台地区牡丹直接采自牡丹园后携至实验室。切下花柱（连同少量花盘），置于培养皿中，培养皿中提前铺有干滤纸，干燥后使用导电双面胶（直立）粘到扫描样品台上，在日立TM-1000 扫描电镜下观察并拍照。

1.3.4 访花昆虫及访花行为观察

在牡丹园内随机选择植株并标记，在开花后7 天内连续观测，观察访花昆虫种类和访花行为。期间每天7:00—18:00 的每小时内连续观察30 min。统计访花昆虫所属的目、频率及其访花行为。

2 结果与分析

2.1 花粉活力检测结果

花粉活力检测结果见图1。烟台地区牡丹与菏泽地区牡丹的花粉活力在开花初期（1～2 d）差异不显著。菏泽地区牡丹花粉活力在开花后3 天内逐渐升高，到第4天才开始缓慢下降，到第7 d 活力降至较低水平；而烟台地区牡丹的花粉活力在开花后2 天达到最高，3 d 后便开始下降，且下降较快。生长在菏泽和烟台的牡丹的花粉活力随时间变化速度不同，但在开花后4 天内都表现为较高水平。

2.2 柱头可授性检测结果

图1 牡丹的花粉活力

菏泽地区牡丹与烟台地区牡丹柱头可授性见表1。在第1 天内具有一定的强度，第2 天内达到最强，并且1～3 d内，两地区牡丹的柱头可授性无显著差异；第4 d烟台地区牡丹柱头可授性开始迅速下降，至第6 d 无可授性；菏泽地区牡丹柱头可授性则在第5 d 才开始显著下降，至第7 d 柱头可授性消失。综上所述，菏泽地区牡丹与烟台地区牡丹柱头可授性都是在开花后先增强再逐渐降低，直至失去可授性，而烟台地区牡丹柱头可授性下降较快，柱头寿命较短。

表1 菏泽地区与烟台地区牡丹柱头可授性检测结果

2.3 柱头的扫描电镜观察

采用TM-1000 扫描电镜观察到的菏泽地区与烟台地区牡丹柱头图像。菏泽地区牡丹开花1 d 的柱头表面乳突细胞发育不明显，只有少量花粉附着（图2a）；开花2 d的柱头上乳突细胞发育明显，有大量花粉附着，此时柱头具有最强的可授性（图2b）；开花3 d 牡丹的柱头形态没有明显变化；开花4 d 柱头开始干瘪，乳突细胞皱缩，可授性也开始下降。烟台地区牡丹开花1 d 乳突细胞开始发育，表面附着花粉较菏泽地区牡丹更丰富；开花2 d 的柱头表面有大量花粉附着，乳突细胞开始发育；开花3 d牡丹的柱头大部分乳突细胞较饱满，部分出现萎缩，黏液面积更大；开花4 d 的牡丹柱头开始干瘪，乳突细胞大量皱缩，柱头顶端黏液较多，此时柱头可授性也开始急剧下降。

2.4 访花昆虫及其行为

两地牡丹的访花昆虫主要有膜翅目（Hymenoptera）、鳞翅目（Lepidoptera）、双翅目（Diptera）和鞘翅目（Coleoptera）。牡丹访花昆虫的访花频率如图3 所示。两地牡丹的访花昆虫主要集中于10:00—16:00，且膜翅目为主要访花昆虫。菏泽地区牡丹的膜翅目访花昆虫数量随时间逐渐增加，在14:00—16:00 期间达到最高。烟台地区牡丹的膜翅目访花昆虫的访花频率总体上相对稳定，同时在10:00—12:00 和14:00—16:00 出现两个小高峰；10:00 前和12:00—14:00 膜翅目访花昆虫相对较少，原因可能是早间温度较低，且空气湿度较大，膜翅目的活动能力较弱，而12:00—14:00 期间温度较高，导致膜翅目访花昆虫数量减少。烟台地区牡丹的鳞翅目、双翅目和鞘翅目访花昆虫的数量和频率比菏泽地区要高，但这三个目的访花昆虫访花时间短且都是随机访花，为不稳定访花昆虫。

图2 菏泽地区与烟台地区牡丹柱头电镜扫描图

两地牡丹的膜翅目访花昆虫主要为蜂类，蜂类访花时前足抱握花药，取食花粉，这期间也会用后足收集花粉；有些蜂类访花昆虫也直接落到花朵上，其身体和腿上的采粉毛上会黏有大量花粉，访花结束后会飞到空中整理花粉，再飞到其他的花朵上，起到传播花粉的作用。

图3 牡丹访花昆虫的访花频率

3 讨论

本研究中，生长在菏泽地区的牡丹和生长在烟台地区的牡丹其花粉活力在开花初期（1～4 d）均处于较高水平，且花粉的寿命都可维持7 d 左右，但烟台地区牡丹花粉活力达到最高时间比菏泽地区牡丹提前1 天，且下降速度较快。

生长在烟台地区的牡丹柱头可授性维持时间较短，且下降迅速。牡丹花柱头的形态随开花时间的变化而变化，且其形态与其可授性有一定联系：开花后4 天起，柱头开始干瘪，同时其可授性开始下降，直至柱头变黄干枯，可授性消失。从柱头的亚显微形态上来看，烟台地区牡丹比菏泽地区牡丹更早开始出现干萎迹象，柱头可授性下降也较快。生境的不同是菏泽地区和烟台地区花粉活力和柱头可授性表现出差异的重要原因。烟台地区处于沿海，昼夜温差较大，风力较强，牡丹花的雌蕊和花粉失水较快，且白天温度较高，所以在烟台地区的牡丹柱头可授性下降较快，寿命较短。因此在培育收籽牡丹时最好选择在气候温和，昼夜温度相差较小的地区。

本研究中，鳞翅目、双翅目和鞘翅目是牡丹的不稳定访花昆虫，访花行为并无特定规律，对牡丹花的传粉作用只是被动传粉，对牡丹的传粉作用很有限。