辽吉侧金盏花的开花特性和繁育系统1)

何淼 张紫馥 臧帅彤 尹雪 孟儒 孙颖

(东北林业大学，哈尔滨,150040)

Long-term observation was conducted on the flowering phenology, single flowering dynamics, floral syndrome, pollen viability and stigma receptivity, breeding systems and flower-visiting insects of Adonis ramosa. The result showed that the blooming period started in late March and ended in mid-April, with a single flower bloominglasting 5-17 d. Adonis ramosa wasdioecious. On 2nd blooming day, the anthers dehisced and pollens were spread out, and the pollens viability reached the highest 68.21%. Since 4th blooming day, the pollen vitality began to decrease significantly. The stigma was receptive on the first blooming day. The receptivity reached the strongest on 2nd day and lasted for about 3 d. The hybridization index of A. ramosa was 3. The pollen to ovule ratio was 1987. The breeding system of Adonis ramosa was parthenogenetic. Theflower visiting insects were mainly Apis cerana, Polygoina caureum and Syrphidae sp., among which, Apis cerana was the important pollinator.

辽吉侧金盏花(Adonisramose)是毛茛科侧金盏花属，为多年生草本植物，主要分布于我国辽宁省东南部、黑龙江省北部和吉林省，朝鲜北部也有分布。辽吉侧金盏花花色亮黄，花瓣富有光泽，具有很高的观赏价值，是东北地区早春重要的植物资源。近年来，国内外对于侧金盏花属的研究多以侧金盏花为主，对其药用价值[1]、种子特性[2-3]、繁育系统[4-5]、形态学[6-7]以及抗性和生理特性[8]均有研究，而对于辽吉侧金盏花的关注不多，研究较为缺乏，仅有的研究也集中在化学成分分析[9]、药用价值[10]及生物学特性[11]方面。由于对辽吉侧金盏花的开花特性及繁育系统缺乏研究，严重影响了辽吉侧金盏花的园林推广应用。

植物繁育系统是指所有影响后代遗传组成的有性特征的总和，主要包括花形态特征、花的开放式样、花各部位的寿命、传粉者种类和频率、自交亲和程度和交配系统。其中交配系统是植物繁育系统核心，其对后代遗传组成和适应度具有重要影响，也是进化生物学研究最活跃的领域[12]。繁育系统是植物的适应性和物种形成机制联系的纽带，对植物的遗传多样化和育种多样性具有重要意义[13]。花器官为植物繁殖机制的重要部分，了解植物的花部特征是认识植物的基础，其外部形态特征和内部发育结构都能影响植物的传粉方式[14]。目前，有关植物花部特征和交配特性的理论基础和方法技术逐渐成熟，成为繁育系统中相对独立的内容，为更加深入的了解植物的生殖与进化提供了参考[15-17]。本研究利用田间观测、显微观察、杂交试验等方法对辽吉侧金盏的开花特性和繁育系统进行分析，为辽吉侧金盏的杂交育种提供理论依据，同时为实现辽吉侧金盏资源利用和园林推广提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验分别于2020—2022年的3—5月开展，试验地点东北林业大学苗圃基地，选取引种露天栽培的辽吉侧金盏花实生苗240株作为试验材料。栽植地地势平坦，平均海拔141 m，年平均气温2.8 ℃，相对湿度70%，光照充足。

1.2 开花物候期确定与观察

对样地内的辽吉侧金盏花从花蕾期开始观察，连续对开花物候情况观察3 a。按照Dafni[17]的标准，以群体水平中有5%以上的个体开花时间为始花期，50%的个体达到开花高峰时间为盛花期，95%的个体结束花期时间为末花期。个体水平上，从单花开放第1天起开始计算，到完全萎蔫为止，持续时间视为个体花期。选取始花期未开放的个体，期间每天记录开花数量，开花比例。

1.3 花部特征与单花开放动态观察

在盛花期随机选取30株辽吉侧金盏花进行挂牌标记，采用测量和计数的方法，用游标卡尺测量其花瓣完全打开时的花冠直径、花冠高度、花瓣长宽、花萼长宽、花丝长度、花药长宽、子房高度、株高，并数出单花花瓣、花萼数量、雌雄蕊数量。同时随机选取蕾期10株进行挂牌标记，开花前每天观察植株生长情况及花蕾变化。开花当天，从07:00—18:00每1 h观察1次，观察花瓣打开方式、花药开裂时间、柱头伸长及弯曲情况，直至花部闭合。对5株有代表性的标记花朵进行连续数天的跟踪观察，直到花瓣完全萎蔫，出现果实，拍照记录其动态变化。

1.4 花粉活力与柱头可授性测定

以辽吉侧金盏花单花开放前1 d为检测起点，收集开花前1 d、开花第1～6天的不同个体混合花粉[18]，采用离体萌发法，以质量浓度为100 g/L蔗糖+0.05 g/L硼酸+0.1 g/L硝酸钙为液体培养基，将花粉用毛笔沾取并轻抖于凹玻片上，滴加培养液，并置于恒温培养箱中25 ℃培养3 h后，在显微镜下统计花粉萌发数量。

采用联苯胺-过氧化氢法[19]检测柱头可授性。分别采集从开花前1 d到第5天的柱头进行试验，将柱头浸入装有联苯胺-过氧化氢反应液(V(1%联苯胺)∶V(30%过氧化氢)∶V(水)=4∶11∶22)的凹玻片中，用光学显微镜观察并拍照。当柱头周围变蓝并有大量气泡出现，表明柱头具有可授性，气泡越多，可授性越强[21]。结合解剖镜观察柱头形态，确定其柱头可授性变化。

1.5 花粉胚珠比与杂交指数测定

采用血球计数板法统计花粉数量。随机选取10朵第1天开花的花朵，用镊子取出单花所有花药，放入1.5 mL离心管里，加入1 mL浓度为1 mol/L的HCl溶液，用玻璃棒碾碎花药，制成花粉粒悬浮液。用移液枪吸取5 mL于血球计数板上，在显微镜下观察统计花粉数量。另外解剖子房，记录胚珠数。依据Cruden[20]标准，确定辽吉侧金盏花的繁育系统类型。

杂交指数的估算依据Dafni[17]标准计算。对随机选取的10朵进行花朵直径、花药开裂时间与柱头可授期的时间间隔、柱头和花药空间位置的测量记录，确定杂交指数值，进一步判定辽吉侧金盏花的繁育系统类型。

1.6 套袋授粉试验

在辽吉侧金盏花的盛花期进行5种处理：(1)自然授粉(挂牌标记花朵不做处理，直到试验结束，主要检测自然状态下结实率)；(2)不去雄套袋(花蕾期进行套袋，主要检测传粉是否需要媒介)；(3)去雄不套带(开花前去掉雄蕊，人工异花授粉，主要检测杂交是否亲和)；(4)去雄，人工异花授粉，不套袋；(5)去雄，套袋，不授粉。每个处理随机选取30朵花，统计不同处理下辽吉侧金盏花的座果率。

1.7 访花昆虫及行为观察

连续3 a在盛花期，选取7 d晴朗的天气，从07:00—18:00连续观察访花昆虫，拍照记录每种昆虫的访花行为，统计主要昆虫的访花频率及在单花上的停留时间。

1.8 数据处理

利用Excle2020进行数据分析，SPSS22.0进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 辽吉侧金盏花的开花物候特征

由表1可知，通过连续3 a的观察统计发现，辽吉侧金盏花的群体花期稳定在25～28 d，群体花期持续时间平均为26.3 d。

表1 2020—2022年辽吉侧金盏花开花物候

由表2可知，从个体水平上看，单花最短花期持续时间为5 d，最长花期持续时间为17 d，个体平均花期为10.4 d。3 a内，初花期的平均单花花期最长为15.3 d，随种群花期的延续，单花花期逐渐缩短，末花期的平均单花花期最短为6 d。

表2 2020—2022年辽吉侧金盏花单花花期

由表3可知，在辽吉侧金盏花群体中，开花越早的个体花期越长，不同时期的单花花期差异显著。从开花比例上看，种群开花的前5 d内，个体开花的比例占总开花数的8%，第11～15天个体开花所占比例最大为39.2%，随后开花比例下降，至种群开花的第21～25天，个体开花的比例仅为4.8%，3年内个体开放比例无显著差异。

表3 2020—2022年辽吉侧金盏花种群个体开放比例

2.2 辽吉侧金盏花的花部特征与开花动态

通过连续3年的观察统计，辽吉侧金盏花株高为7～11 cm。花朵单生于主茎，少数生于分枝顶端。花瓣13～14枚，花瓣长15.43～19.54 mm，宽6.60～8.87 mm，花瓣亮黄色，花瓣长圆形或倒披针形，具有纵向细纹，先端有不规则浅锯齿；花萼灰紫色，数量7～8枚，一般略长于花瓣，花萼长为16.63～19.45 mm，宽度与花瓣大致等宽，为6.65～8.94 mm。初花期时，先花后叶，盛花期以后花叶同放。单花约62个花药，花药长1.52～1.91 mm，宽0.58～1.08 mm。花丝线形，长5.82～6.61 cm。子房椭球形，长2.17～2.58 mm，宽1.46～1.78 mm。

由图1可知，天气晴朗时的辽吉侧金盏花通常于08:00左右外侧花萼开始逐渐松动，1 h内花瓣呈螺旋状展开，到11:00左右展开至最大冠幅，最佳观赏时间持续4 h。继而以同种方式由内而外进行合拢，至17:30完全闭合。

A～H分别为开花当天07:00、08:00、09:00、10:00、11:00、15:00、16:00、17:30时的开放状态。

由图2可知，辽吉侧金盏花单花花期为8～14 d。观察发现，开花第1～2天，花瓣呈黄绿色，花药围绕子房均匀平铺于环状花盘上，位置低于柱头。第3天起，花瓣颜色逐渐变黄，花朵直径增大，花药随花丝生长逐渐伸长并超过柱头高度，散乱分布于柱头上方，柱头从直立生长逐渐向内卷曲。开花5 d后，花药出现个别黄褐色干瘪状，柱头顶部多数呈褐色，而后花萼花瓣逐渐萎蔫，花萼蜷缩包围花瓣直至花被片全部脱落，出现果实并逐渐膨大。此外，雨雪天气时，花瓣一直处于闭合状态，开花后期，花朵开放时间缩短且开合不明确，不能达到最大冠幅，丧失观花效果，此时叶片生长旺盛，株丛叶片呈现紧实茂密的状态，具备观叶效果。

A～H分别为开花前1 d，开花第1、3、5、7、10、15、20天时的开花形态。

2.3 辽吉侧金盏花的花粉活力与柱头可授性

由表4可知，开花前1 d的辽吉侧金盏花花药尚未开裂，但此时花粉已具备活力，萌发率为24.26%，随后持续升高。开花第2天时，花粉活力达到最高，花粉活力为68.21%；从第4天起，花粉活力开始显著降低，在开花第6天时，花粉活力降至10.82%。可见花粉能够维持3 d左右的较高活性。

表4 不同开花天数的花粉活力

由表5、图3可知，辽吉侧金盏花柱头的可授性整体表现出先升高后降低的趋势。开花前1 d柱头颜色浅绿，携带白色绒毛，但不具可授性，从开花第2天起，柱头颜色变为黄绿，携带白色和黄色绒毛，进入较强可授期。开花第3天，黄色绒毛部分转为褐色，可授性减弱，从第5天起所携带绒毛均为褐色，柱头也变为深褐色。

图3 辽吉侧金盏花柱头形态变化

表5 辽吉侧金盏花柱头颜色变化及可授性

2.4 辽吉侧金盏花的花粉胚珠比和杂交指数

辽吉侧金盏花的单花平均花粉数约为115 300粒，平均胚珠数约为58个，花粉胚珠比为1 987。根据Cruden[21]对繁育系统的划分标准判断辽吉侧金盏花的繁育系统类型为兼性异交。

辽吉侧金盏花的成熟花朵直径为(35.22±2.91)mm，成熟花朵直径大于6 mm，杂交指数记为3；花朵开放第2天花药开始散粉，且花粉粒活性最强，柱头在开花第1天就具有较强可授性，即雌蕊先熟，杂交指数记为0；花药在开花前2 d都低于柱头，第3天开始迅速伸长并超过柱头，即有可能接触授粉，杂交指数记为0。由此判定辽吉侧金盏花杂交指数值为3，其有性繁育系统为异交，自交亲和，需要传粉者，属于兼性异交，估算结果与花粉胚珠比。

2.5 套袋授粉试验结果

由表6可知，自然状态下辽吉侧金盏花的座果率高达77.33%，说明自然状态下授粉率很高，效果理想；不去雄、套袋时，座果率为50.00%；去雄、不套袋时，座果率为46.76%；人工异花授粉的座果率最高，座果率为80.00%。结合花粉胚珠比、杂交指数的试验结果，套袋试验的结果表明辽吉侧金盏花的授粉机制是自花和异花授粉的混合繁育系统及兼性异交。

表6 辽吉侧金盏花不同授粉方式的套袋试验结果(n=30)

2.6 辽吉侧金盏花的访花昆虫及访花行为

由图6可知，3年观察到辽吉侧金盏花的访花昆虫有：东方蜜蜂(Apiscerana)、黄钩蛱蝶(Polygoinac-aureum)、异色瓢虫(Harmoniaaxyridis)、食蚜蝇(Syrphidaesp.)、长足虻(Dolichopodidaesp.)、分舌蜂(Collelesgigas)、花椿(Anthocoridaesp.)、连斑条胸蚜蝇(HelophiluscontinuusLoew)，其中东方蜜蜂出现频率最高。

由表7可知，初花期时，在天气晴朗的情况下10:00左右开始出现访花昆虫，主要为食蚜蝇、异色瓢虫。食蚜蝇属昆虫个体小、反应机敏、数量多，但平均访花频率最低，访花频率为(3.45±1.85)朵/min，天气晴朗时活动频率较大，高峰期群体可达到9只，访花时，从花瓣边缘进入雄蕊群，后足部落在花瓣处朝向内，主要吸食花蜜，没有专门的携粉足，传粉作用不佳。盛花期时，08:00—16:30均有访花昆虫出现，其中东方蜜蜂在10:00左右开始出现，平均访花频率为(7.11±1.25)朵/min，单花平均滞留时间为(8.35±3.96)s，东方蜜蜂具有的吸食花蜜及花粉的咀嚼式口器能保证传粉的延续，携带花粉进入下一朵花，具备很强的传粉能力。黄钩蛱蝶数量较少，且趋于停留在花瓣体量较大、色泽鲜艳的花朵上，其平均访花频率为(5.03±1.80)朵/min，平均滞留时间为(7.46±2.82)s。

A.东方蜜蜂(Apis cerana);B.黄钩蛱蝶(Polygoina c-aureum);C.异色瓢虫(Harmonia axyridis);D.长足虻(Dolichopodidae sp.);E.食蚜蝇(Syrphidae sp.);F.分舌蜂(Colleles gigas);G.花蝽(Anthocoridae sp.);H.连斑条胸蚜蝇(Helophilus continuus Loew)。

表7 访花昆虫的访花频率及滞留时间

3 结论与讨论

单花整体花部构造和开花式样与虫媒途径产生相关适应性，植物花粉的有效传递取决于传粉者的种类、数量、行为及花的特征[21-22]。罗长维[23]等研究认为，大花及黄色花都能有效吸引访花者进而达到传粉目的。辽吉侧金盏花花冠直径大，花色鲜黄，具备吸引昆虫的特性。虽然早春开花，但传粉昆虫种类和数量能够保持稳定的水平。作为主要传粉者的东方蜜蜂，其咀嚼式口器和携粉足能够保障花粉的转运和传播，促进了辽吉侧金盏花的传粉结实。

辽吉侧金盏花的单花花期为5～17 d，个体之间差异较大。单花个体花期又可称为花寿命[24]，指单花保持开放并具有功能的连续时间[25]。Rathcke[26]认为，植物所处生境中传粉者数量的变化是影响花寿命的主要因素之一。辽吉侧金盏花种群在初花期开放的单花寿命长，随种群花期的延续，单花寿命逐渐缩短。对访花昆虫的观测发现，初花期的访花昆虫数量较少，出现时间也较晚，到中后期访花昆虫数量增多，每天的出现时长也增加。较长的花寿命是在缺乏传粉者的情况下确保传粉成功的关键，辽吉侧金盏花开花越晚，花寿命越短的原因与昆虫的传粉频率变化有关，花寿命与植物繁殖成功率的资源权衡是对传粉者数量变化的一种适应机制。

通过花粉胚珠比、杂交指数和套袋试验，综合判定辽吉侧金盏花的繁育系统是需要传粉的自交和异交混合交配系统。其花药与柱头的位置属于雌雄异位，成熟方式为雌雄异熟，这种特征是促进异交，避免自交的重要方式，也为增强后代的环境适应能力提供了更多可能性[27]。辽吉侧金盏花的花药是由平铺于花盘到逐渐直立伸长的动态过程，存在有效花粉与柱头的相遇期，为自花授粉提供了可能性，表现为自交亲和。自交亦是其适应雨雪天气的繁殖策略[28]，辽吉侧金盏花的繁育系统特征是该植物在长期进化中的一种生殖保障，为其应对自然灾害以及适应恶劣生存环境提供了可能性。

综上所述，辽吉侧金盏花是东北地区优良的早春地被花卉，具有较高的观赏价值，相比同属植物侧金盏花，其群体花期更晚，同时，辽吉侧金盏花在末花期时叶丛茂密，既可观花也可观叶。如果和同属的侧金盏花合理配置，能够形成连续的季相景观，延长整体观赏期。辽吉侧金盏花的结果规律以及相关的有性繁殖机制将作为下一步研究的重点，以期为辽吉侧金盏花的杂交育种和种植推广奠定基础。