陳真真，顧振燕，干永岳，邊才苗

（臺州學(xué)院 生命科學(xué)學(xué)院，浙江 臺州 318000）

瀕危植物夏蠟梅的繁育系統(tǒng)和傳粉特性研究*

陳真真，顧振燕，干永岳，邊才苗＊

（臺州學(xué)院 生命科學(xué)學(xué)院，浙江 臺州 318000）

夏蠟梅（Sinocaycanthus chinensis）為雌蕊先熟，其花部構(gòu)造適合于異交；但花藥開裂在花后第3天，提示該植物也可延遲自交。研究了天臺大雷山夏蠟梅種群的繁育系統(tǒng)與傳粉特性，結(jié)果如下：1）開花當(dāng)天柱頭就能接受花粉，但最高活性在花后第2天，在花藥開裂時，柱頭活性有所下降，但與最高值差異不顯著。2）不去雄套袋的結(jié)實率顯著高于去雄不套袋，自然條件下以自交為主，自交率為61.3%和73.6%。3）延遲自交的繁殖保障效應(yīng)分別只有78.1%和84.8%，主要原因是結(jié)實的花粉限制和結(jié)實階段輕度的近交衰退。

夏蠟梅；傳粉方式；延遲自交；繁殖保障；近交衰退

大多數(shù)被子植物具有兩性花，自花傳粉（自交）是其重要的交配策略，依據(jù)相對于異交發(fā)生的時間，自交可分為優(yōu)先、競爭和延遲［1］。延遲自交（Delayed selfing）是指柱頭接受異株花粉的機(jī)會優(yōu)先于同株的花粉［1～3］；且自交可延遲到異交機(jī)會喪失時發(fā)生［4］。這種自交的明顯優(yōu)勢是促進(jìn)繁殖保障（Reproductive assurance），它保證了在傳粉者稀少情況下的種子生產(chǎn)；但當(dāng)傳粉者豐富時，又允許異交占優(yōu)勢［5～7］。因此，即便存在嚴(yán)重的近交衰退（Inbreeding depression），延遲自交也可能被選擇［1，8］。

雌蕊先熟有利于異花傳粉，但如果雌雄成熟期部分重疊，也可能發(fā)生延遲自交［2，6］；且兩性器官成熟時間相隔越短，期望的自交率越高［6］。夏蠟梅（Sinocaycanthus chinensis）是蠟梅科的落葉灌木，國家2級保護(hù)珍稀瀕危植物，花兩性，花大色艷，雌蕊先熟；花無香味，也沒有多汁液“食體”［9，10］，缺少吸引昆蟲傳粉的形態(tài)構(gòu)造；且花藥開裂時柱頭仍能接受花粉，開花后的花形態(tài)也有利于自花傳粉［10］，提示該植物也可進(jìn)行延遲自交。本文擬通過夏蠟梅花部形態(tài)和傳粉特性的檢測，解決以下問題：1）在自然種群，夏蠟梅的主要傳粉方式與自交率；2）自然自交的繁殖保障效應(yīng)；3）在結(jié)實階段，自交是否有明顯的近交衰退？

1 材料和方法

1.1 樣地及生境

樣地設(shè)在浙江省天臺縣大雷山（28°59′N，120°49′E），屬亞熱帶季風(fēng)氣候，四季分明，氣候溫和，雨量充沛。年平均氣溫16.8℃（7月為28.2℃，1月為4.9℃），無霜期234d；年平均降水量為1300～1600mm。夏蠟梅分布在海拔600～900m的灌叢、常綠闊葉林、杉木林和竹林。其中灌叢為次生植被，高大的喬木稀少，光照充足，適合于夏蠟梅的生長；2個樣地均為灌叢，A樣地海拔650m，初花期5月8日；B樣地海拔800m，初花期5月15日。

1.2 柱頭可授性檢測

采用種子結(jié)實法評價，在花開放前，A、B兩樣地隨機(jī)標(biāo)記50朵花，10朵為1組，在開花當(dāng)天去雄、套

袋，分別在開花后第1、2、3、4和5d用同一株（叢）花粉人工授粉1組。在10月初種子成熟但未開裂時收集果實，自然風(fēng)干后檢測每個果實的種子數(shù)目。柱頭的可授性用人工授粉后獲得的平均成熟種子數(shù)表示。

1.3 繁育系統(tǒng)的檢測

花粉-胚珠比（Pollen-ovule ratio P/O）估算。隨機(jī)取花藥未開裂的開放花20朵，經(jīng)FAA固定后，每花取2個花藥擠碎于含0.5%亞甲藍(lán)染液和去垢劑的乙醇溶液，定容至1mL，搖勻后用血球計數(shù)器記數(shù)，計算單花花粉量；隨后剖開花，統(tǒng)計離生雌蕊的數(shù)量得單花胚珠數(shù)；將單花的花粉量除以胚珠數(shù)得P/O，再依據(jù)Cruden（1977）的標(biāo)準(zhǔn)［11］進(jìn)行繁育系統(tǒng)的評判。

雜交指數(shù)（Outcrossing index，OCI）估算。按照Dafni（1992）的標(biāo)準(zhǔn)［12］進(jìn)行花朵大小和開花行為的測量，以及繁育系統(tǒng)的評判。

1.4 傳粉方式檢測

傳粉試驗共設(shè)置6組處理：1）自然傳粉為對照；2）去雄不套袋；3）去雄套袋；4）不去雄套袋；5）人工自花傳粉，去雄后用同一株叢的花粉授粉；6）人工異花傳粉，去雄后用10m外個體的花粉授粉。每個樣地各選擇8樹，每樹每處理均為3朵花，每組處理共24朵，分別于5月10日和17日前后完成。去雄和授粉在開花當(dāng)日9：00～11：30進(jìn)行，套袋在花后第5d去掉。果實成熟時，分別收集果實，室溫干燥1周后，測定每果的種子數(shù)和質(zhì)量，計算結(jié)實率。

2 結(jié)果

2.1 花部特征與繁育系統(tǒng)

夏蠟梅花兩性，開花后第2d的花部特征見表1?；趶?.5～6.2cm，種群A的花相對較大，差異顯著（t=2.444，P＜0.05）。可育雄蕊13～16，花絲長約1mm，花藥長5.5～6.7mm，藥室向外；退化雄蕊11～12。雌蕊是1個心皮構(gòu)成的單雌蕊，每花10～12，生于杯狀花托內(nèi)；花柱白色，絲狀伸長，長度為4.06～6.64 mm，略低于花藥，每花胚珠數(shù)為12.5和12.3個。

夏蠟梅花開放時，柱頭就能接受花粉，而花藥開裂在花后第3d，屬于雌蕊先熟?；ㄖ_花后伸長，花后第2d呈直立狀態(tài)，長度不超過6.7mm，低于花藥；花藥向內(nèi)合攏，使花粉可散落到中間的柱頭上，沒有自花傳粉的空間間隔。按照Dafni的標(biāo)準(zhǔn)［12］，夏蠟梅的雜交指數(shù)為2～3，繁育系統(tǒng)為兼性異交，自交親和，有時需要傳粉者。根據(jù)花粉-胚珠比（P/O），2個種群的P/O均為3×104左右，按照Cruden的標(biāo)準(zhǔn)［11］，繁育系統(tǒng)為專性異交。

表1 夏蠟梅的花部綜合特征（n=10）Table.1 Floral syndrome of Sinocaycanthus chinensis

2.2 柱頭可授性與延遲自交

柱頭可授性檢測結(jié)果見圖1。開花當(dāng)天，柱頭就可接受花粉，此時的活性為最高值 （花后第2d）的72.4%和71.2%，差異顯著（t=2.656，P＜0.05；t=3.499，P＜0.01）；在第3d花藥開裂時，柱頭活性有所下降，分

別為最高值的85.0%和89.6%，但差異不顯著（t=1.365和0.510，P＞0.05）。第4d的柱頭，活性快速下降，只有最高值的50%，個別花沒有種子產(chǎn)生；第5d的柱頭，活性僅為最高的20%，1/3花沒有種子產(chǎn)生。

在花藥開裂散粉時，柱頭的活性仍很高，提示夏蠟梅也可自花傳粉。試驗結(jié)果（表2）表明，不去雄套袋的結(jié)實率為42.01%和44.44%，去雄不套袋的結(jié)實率只有21.53%和13.89%，差異均為極顯著（t=14.038 和18.407，P＜0.01）。表明夏蠟梅昆蟲傳粉的比例不高，自花授粉（延遲自交）是自然結(jié)實的重要組分。

圖1 開花后不同時間授粉的種子數(shù)Fig.1 Number of seeds per fruit pollinated after flower opening

2.3 繁殖保障和自交衰退

當(dāng)外來花粉不足時，自交可提高植物的結(jié)實率，產(chǎn)生繁殖保障效應(yīng)。在2個種群，不去雄套袋處理的結(jié)實率只有對照的78.1%和84.8%，差異為顯著水平（t=3.893，P＜0.01；t=2.423，P＜0.05）；說明沒有胚珠折損（Ovule discounting），延遲自交也沒有完全的繁殖保障效應(yīng)。

人工授粉試驗結(jié)果（表2），同株授粉（自交）的結(jié)實率與對照接近，差異不顯著（t=-0.658和t=0.503，P＞0.05）；異株授粉（雜交）的結(jié)實率比自交高，在種群A差異為顯著水平（t=2.411，P＜0.05），說明結(jié)實率存在一定的自交衰退，衰退程度δ分別為0.115和0.110。

表2 花期不同處理的結(jié)實率Table.2 The seed set of Sinocaycanthus chinensis under different treatment

同一列不同小寫字母標(biāo)記，表示差異為0.05的顯著水平；不同大寫字母標(biāo)記為0.01的顯著水平。

另外，自交產(chǎn)生的種子最小，雜交產(chǎn)生的最大，尤其是種群B，自然傳粉產(chǎn)生的也相對小一些，接近于自交產(chǎn)生的，但差異均沒有達(dá)到顯著水平（表3），說明在種子大小方面也有不明顯的自交衰退，δ分別為0.068和0.039。

表3 自交和雜交的種子大小Table.3 The seed mass of Sinocaycanthus chinensis under different treatment

3 討論

夏蠟梅花大色艷，花藥外向，且P/O很大，繁育系統(tǒng)屬于專性異交，這與蠟梅科植物皆為蟲媒傳粉［9］相符；且雌蕊先熟，雄蕊在花后第3d開裂，可避免花開放初期的自花傳粉。然而，對于雌雄異熟，昆蟲訪花時采粉和散粉難以兼顧，傳粉效率很低；且夏蠟梅的花期早，生境中傳粉昆蟲不多。為了保證種子的正常產(chǎn)生，也可能演化為自花傳粉的繁育系統(tǒng)［13］。試驗結(jié)果顯示，A、B兩樣地去雄不套袋的結(jié)實率分別為對照的40.0%和26.5%，這是夏蠟梅的最大異交率。因為昆蟲訪花也可在花藥開裂后，即延遲自交與異交之間也有競爭，提示不能用最大異交率直接估算自交率?；诓蝗バ厶状鼤r沒有胚珠折損，可得最大自交結(jié)實率，它與自然結(jié)實率的比值就是自交的繁殖保障效應(yīng)；再者，異交相對于延遲自交具有時間優(yōu)勢，自然自交的柱頭量應(yīng)扣除異交的消耗量。因此，自然自交率=（1-最大異交率）×繁殖保障效應(yīng)，計算得自交率分別為61.26%和73.61%，說明夏蠟梅的主要傳粉方式是延遲自交。

植物的自交主要有兩方面的選擇優(yōu)勢：繁殖保障效應(yīng)和自動選擇優(yōu)勢［14］，但這些優(yōu)勢也可能被其它因素所削弱，如同株異花授精中的花粉折損［15］。延遲自交將柱頭展現(xiàn)于環(huán)境中先接受其他植株的花粉，為異花傳粉提供機(jī)會，又能在柱頭可授性降低前自花傳粉，保證種子的產(chǎn)生，并避免了花粉折損和種子折損［16］。在沒有胚珠折損時，兩樣地夏蠟梅的自交結(jié)實率只有對照的78.1%和84.8%。這與延遲自交時柱頭活力的減退有關(guān)，但花后第3d柱頭活性沒有顯著減退，此時人工自花授粉，結(jié)實率為69.2%和70.8%，顯著高于套袋處理的42.0%和44.4%，以及對照的53.8%和52.4%。說明套袋處理和自然授粉均有明顯的花粉限制，這與大明山夏蠟梅種群的情況不完全相同［17］。

植物的自交往往會導(dǎo)致后代適應(yīng)性下降，表現(xiàn)自交（或近交）衰退。近交衰退可發(fā)生在植物生活史的不同階段：種子生產(chǎn)、萌發(fā)、幼苗存活和生長與生殖；近交衰退一般只出現(xiàn)在某些發(fā)育階段，行近交的植物主要在上述第4階段，而行遠(yuǎn)交的植物在第1和第4階段［18］。在夏蠟梅，第1階段只有輕度的近交衰退，結(jié)實率的衰退程度δ=0.115和δ=0.110，種子大小的衰退程度更小。提示夏蠟梅屬于行近交的植物，已經(jīng)歷了長期的自交進(jìn)化。

綜上所述，夏蠟梅仍保留著異交的花部特征，但主要傳粉方式是自交，且花部形態(tài)也有明顯的改變，如花沒有香味和特化的食體；這可能是小型片段化種群中，植物與授粉者互利共生關(guān)系中斷的結(jié)果［19］。因此，依據(jù)繁育系統(tǒng)的演化，夏蠟梅應(yīng)屬于蠟梅科的次生類群。

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On Breeding System and Pollinating Characteristics of Sinocaycanthus chinensis,an Endangered Plant in Dalei Mountain

CHEN Zhen-zhen，GU Zhen-yan，GAN Yong-yue，BIAN Cai-miao＊

（School of Life Sciences，Taizhou University，Taizhou 318000,China）

Sinocalycanthus chinensis displays showy flowers.Its pistil development and anther growth,belonging to protogyny,differed slightly.These floral syndromes were showed to favor outcrossing.However,the anthers dehisced at the third day after flower opening,suggesting that the species may occur in delayed selfing.In order to test this hypothesis,the pollination biology of two S.chinensis populations with different altitude in Dalei Mountain was studied.The main results were as follows：The stigma receptivity of S.chinensis was the highest at the second day after flower opening.And it began to decline at the anther dehisced,but it was not significantly diminished.The seed set rate of S.chinensis under bagged without emasculation was 42.01%and 44.44%,and was significantly lower than that of the control,which was 53.82%and 52.43%.The seed set rate under emasculation without bagged was 21.53%and 13.89%respectively.It was significantly lower than that of the control,and was also significantly lower than that of under bagged without emasculation.The selfing rates were 61.3%and 73.6%, suggesting that the reproduction of this species mainly depended on self-pollination. The reproductive assurances were only 78.1%and 84.8%.This result was mainly caused by the pollen limitation,and the mild inbreeding depression at early fruiting phase.

Sinocaycanthus chinensis Cheng et S.Y.Chang;Pollination method;Delayed selfing;Reproductive assurance;Inbreeding depression

10.13853/j.cnki.issn.1672-3708.2014.03.004

2014-03-26；

2014-04-02

臺州學(xué)院學(xué)生科研項目（13XS20）。

簡介：邊才苗（1963- ），男，浙江諸暨人，副教授，從事植物生殖生態(tài)學(xué)研究。