劉 輝，蔡 萍，宛 濤，伊衛(wèi)東，張佳琦

(1.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)草原資源與環(huán)境學(xué)院，內(nèi)蒙古呼和浩特 010019； 2.錫林郭勒職業(yè)學(xué)院，內(nèi)蒙古錫林浩特 026000)

傳粉生物學(xué)是植物受精的必經(jīng)階段，花粉的傳播從雄性結(jié)構(gòu)傳送到雌性結(jié)構(gòu)表面需經(jīng)過一定的空間且需借助一定的載體，在花粉運(yùn)動(dòng)過程中很大程度上受溫度、濕度的高低，風(fēng)速的強(qiáng)弱等氣象因素影響其傳粉的距離和方向〔1〕，對(duì)風(fēng)媒植物而言，由于其種子散播的距離和數(shù)量有限，因此花粉傳播是風(fēng)媒植物種群間進(jìn)行基因交流的主要形式，其傳播的方式和距離限定了植物個(gè)體間的基因流和群體的交配方式，從而對(duì)種群的遺傳和變異產(chǎn)生重要影響〔2-3〕。為了揭示烏丹蒿傳粉生物學(xué)特性及氣象因素對(duì)傳粉的影響，本文從氣溫、相對(duì)濕度、風(fēng)速對(duì)烏丹蒿花粉水平與垂直方向傳粉的影響進(jìn)行了研究，以確定其傳粉規(guī)律及特性，為后期烏丹蒿的相關(guān)研究工作提供一定的理論依據(jù)。通過相關(guān)渠道查詢，進(jìn)行氣溫、相對(duì)濕度、風(fēng)速對(duì)烏丹蒿傳粉特性影響的研究為首次報(bào)道。

1 研究區(qū)域概況和研究方法

1.1 研究區(qū)域自然概況

實(shí)驗(yàn)觀測(cè)地點(diǎn)設(shè)在科爾沁沙地西部的赤峰市翁牛特旗烏丹鎮(zhèn)東部的響水，海拔612m，東經(jīng)119°16',北緯43°01'，年降水量340.5mm，雨季多集中于6-8月，7月份的降水量最高。年均溫6.7℃，極端最高溫度40.5℃，極端最低溫度-27.4℃，7月平均溫度為22.8℃，年日照時(shí)數(shù)2935.5h，≥10℃積溫3009.82℃，年內(nèi)降水分布不均勻，夏季降水占全年降水量的68%左右。實(shí)驗(yàn)觀測(cè)地為流動(dòng)-半流動(dòng)及固定沙丘。

1.2 試驗(yàn)方法

通過觀察發(fā)現(xiàn)，烏丹蒿于2017年6月18日進(jìn)入開花期。在當(dāng)年的6月24日進(jìn)入開花盛期，故于2018年6月24日進(jìn)行24h的花粉傳播實(shí)驗(yàn)周期的觀察與研究。為了避免烏丹蒿的花粉在傳播過程中受到其它植物的花粉的影響，實(shí)驗(yàn)樣地選在氣流較為通暢，1000m2范圍內(nèi)無高大喬木區(qū)域。

以樣本植叢為中心，水平方向東、南、西、北4個(gè)方位采集不同垂直高度的花粉粒。在整個(gè)樣地布置3臺(tái)相同的采樣器，以此來達(dá)到3次重復(fù)的目的。

實(shí)驗(yàn)周期為24h。其間每2h更換1次載玻片，實(shí)現(xiàn)間隔取樣；與此同時(shí)，每間隔1h即采用NK-4500型便攜式氣象站記錄當(dāng)時(shí)的氣象狀況，其中包括氣溫、相對(duì)濕度、風(fēng)力、風(fēng)向等氣象指標(biāo)。將更換后的載玻片收入載玻片盒中，經(jīng)嚴(yán)格密封后帶回實(shí)驗(yàn)室。將載玻片置于顯微鏡下檢測(cè)并統(tǒng)計(jì)采集到的烏丹蒿花粉粒數(shù)量。每片載玻片隨機(jī)選取5個(gè)視野進(jìn)行觀察統(tǒng)計(jì)，求其平均值〔4-6〕。數(shù)據(jù)處理采用excel表以及采用SPSS進(jìn)行相關(guān)性分析和pearson顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 在24h內(nèi)氣溫、相對(duì)濕度和風(fēng)速的變化

由圖1可知，實(shí)驗(yàn)當(dāng)天從00∶00時(shí)-08∶00時(shí)氣溫基本保持不變，8∶00時(shí)以后氣溫逐漸上升，12∶00時(shí)氣溫最高，為29.91℃，隨后氣溫逐漸下降。相對(duì)濕度從00∶00時(shí)-6∶00時(shí)逐漸升高，6∶00時(shí)相對(duì)濕度達(dá)到最高，為89%；18∶00時(shí)相對(duì)濕度最低，為35%。而風(fēng)速在白天和夜間變化不是非常明顯；風(fēng)速24h內(nèi)波動(dòng)的范圍在0.4-2.81m/s之間。

圖1 盛花期24h內(nèi)氣溫、相對(duì)濕度和風(fēng)速的變化Fig.1 Changes in temperature, relative humidity and wind speed during 24 hours of flowering period

2.2 盛花期水平方向24h烏丹蒿花粉粒的傳播趨勢(shì)

水平方向上的花粉粒整體表現(xiàn)為先升高后降低的變化趨勢(shì)，在12∶00時(shí)，東、南、西、北4個(gè)方向散落的花粉粒較其他時(shí)間段最多，分別為165、182、166和117粒，在南水平方位搜集的花粉粒最多，北水平方位搜集的花粉粒最少。與其相對(duì)應(yīng)的時(shí)間點(diǎn)相對(duì)其他時(shí)間溫度最高且風(fēng)速最大。其傳播趨勢(shì)詳見圖3所示。

圖2 盛花期24h內(nèi)水平方向花粉數(shù)量Fig.2 pollen quantity in the horizontal direction during full bloom of 24 hours

2.3 盛花期垂直方向24h烏丹蒿花粉粒的傳播趨勢(shì)

在垂直方向上，花粉粒數(shù)量在不同方位的情況下呈現(xiàn)一定的規(guī)律性。整體表現(xiàn)為隨時(shí)間的遞增和溫度的升高傳播的花粉粒數(shù)量逐漸增多，在12∶00時(shí)達(dá)到最高，分別為32、44、22和4粒，在南垂直方位搜集的花粉粒數(shù)顯著多于東垂直、西垂直和北垂直3個(gè)方位的花粉量，在北垂直方位接收的花粉量最少。其傳播趨勢(shì)詳見圖4所示。

圖3 盛花期24h內(nèi)垂直方向花粉數(shù)量Fig.3 pollen quantity in the vertical direction during full bloom of 24 hours

2.4 水平方向和垂直方向?yàn)醯ぽ锘ǚ蹅鞑ヌ攸c(diǎn)

盛花期在水平方向上整個(gè)24h內(nèi)接收到的花粉量大小順序?yàn)闁|>南>西>北，垂直方向搜集花粉量的順序?yàn)槟?東>西>北；盛花期搜集的總花粉數(shù)表現(xiàn)為：東水平方向和垂直方向收集的花粉量占花粉總量的29.55%，南水平方向和垂直方向收集的花粉量占花粉總量的27.22%，西水平方向和垂直方向花粉量占花粉總量的23.91%，北水平方向和垂直方向花粉量占花粉總量的19.31%。

圖4 盛花期水平方向和垂直方向花粉總量Fig.4 Total amount of pollen in the horizontal direction and vertical direction during full bloom

2.5 氣象因素與水平和垂直方向花粉總量的相關(guān)性分析

由相關(guān)性分析表(表1)可以看出：氣溫與相對(duì)濕度成極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系(P<0.01)，和垂直方向花粉量顯著正相關(guān)(P<0.05)，與風(fēng)速、水平方向花粉量和花粉總量之間正相關(guān)；相對(duì)濕度和各指標(biāo)之間呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，差異不顯著；風(fēng)速與水平方向花粉量、花粉總量之間均表現(xiàn)為極顯著正相關(guān)關(guān)系(P<0.01)，與垂直方向花粉量呈正相關(guān)關(guān)系；水平方向和垂直方向花粉量、花粉總量之間及垂直方向花粉量和花粉總量之間均呈極顯著正相關(guān)關(guān)系(P<0.01)。

表1 氣象因素與花粉量之間的相關(guān)性分析Table 1 Correlation analysis between meteorological factors and pollen amount

注：**表示在0.05水平下差異顯著，*表示0.01水平下差異顯著

Note:**indicate there was significantly difference at 0.05 level,*indicated at 0.01 level.

3 討論與結(jié)論

空氣花粉的濃度與溫度呈拋物線的關(guān)系〔7-8〕，烏丹蒿花粉粒24h內(nèi)，在12∶00時(shí)至14∶00時(shí)，水平及垂直方向上的傳播花粉粒數(shù)量最多，項(xiàng)小燕在研究瀕危植物五針?biāo)苫ǚ蹅鞑ヒ?guī)律時(shí)也發(fā)現(xiàn)日傳粉最大值出現(xiàn)在10∶00時(shí)至14∶00時(shí)之間〔9〕，24h內(nèi)植物花粉在水平方向和垂直方向的傳播主要受溫度和風(fēng)速的影響，溫度最高時(shí)，相對(duì)濕度最低，溫度越高，風(fēng)速越大，花粉傳播數(shù)量越多〔10〕，進(jìn)一步說明溫度是促進(jìn)花藥開裂和花粉傳播的重要因素，出現(xiàn)這種想象的主要原因是因?yàn)闅鉁氐母叩褪菦Q定植物物候期臨界日期的主要因素，當(dāng)溫度超過物候期臨界日期的臨界值時(shí)，植物的發(fā)芽、開花、散粉等生理現(xiàn)象才會(huì)形成〔11-13〕，許多研究從不同方面分析了溫度與植物物候期的關(guān)系〔14〕，如張福春等研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，氣溫超過某一臨界值后植物開始展葉、開花，結(jié)實(shí)，氣溫下降到一定界限以后，植物才開始枯黃、落葉〔15〕。

烏丹蒿傳粉在13∶00時(shí)捕獲的花粉粒數(shù)量達(dá)到1d中的最大值。已有研究者李勁松、魏建蘇等研究發(fā)現(xiàn)非生物傳粉的花粉流散布特點(diǎn)呈單峰曲線狀態(tài)〔16-17〕。如宛濤、石曉俊〔18-19〕等人對(duì)冷蒿花粉的傳播規(guī)律進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)冷篙花粉在空氣中的散布規(guī)律具有一定的爆發(fā)性和單峰性。說明實(shí)驗(yàn)當(dāng)天溫度的變化與花粉傳播的規(guī)律變化趨勢(shì)相一致，都是隨著溫度的增加，捕獲花粉的數(shù)量也相應(yīng)的增加。在盛花期24h內(nèi)存在隨著溫度的變化在不同時(shí)間內(nèi)，花粉器捕獲花粉的數(shù)量存在較大的差異，且在24h內(nèi)溫度最高時(shí)捕獲的數(shù)量最多的特點(diǎn)，這主要是由于除了溫度主要影響花粉的花藥開裂和閉合以外，載玻片上捕捉的花粉粒和在空氣中滯留的花粉粒在傳播過程中會(huì)受到相對(duì)濕度、風(fēng)速和風(fēng)向等氣象因素的影響，故其在不同的時(shí)間內(nèi)捕獲的數(shù)量存在較大差異。

在24h內(nèi)烏丹蒿傳粉效率與氣溫、風(fēng)速等氣象因素呈正相關(guān)；與相對(duì)濕度呈負(fù)相關(guān)。李英等對(duì)石家莊市的空氣花粉研究中發(fā)現(xiàn)多數(shù)喬木花粉與風(fēng)速呈顯著正相關(guān)，在一定范圍內(nèi)，風(fēng)速的增加有助于花粉在空氣中的傳播，而當(dāng)風(fēng)速過大時(shí)，花粉濃度反而減少〔20〕；表明風(fēng)速的強(qiáng)弱對(duì)花粉散播距離和方向及其傳播規(guī)律的形成也具有重要的影響，盛花期水平方向和垂直方向花粉量、花粉總量之間及垂直方向花粉量和花粉總量之間均呈極顯著正相關(guān)關(guān)系說明除了氣象因素影響花粉傳播以外，花粉在不同時(shí)間點(diǎn)和不同方向上傳播具有一致性的特點(diǎn)。