，，

(1.貴州民族大學(xué)生態(tài)環(huán)境工程學(xué)院，貴陽 550025； 2.凱里學(xué)院大健康學(xué)院，貴州 凱里 556011)

劍葉金雞菊(CoreopsislanceolataL.)是菊科金雞菊屬多年生草本植物，頭狀花序大而艷麗，原產(chǎn)于北美，20世紀(jì)初作為觀賞花卉引入青島、廬山等地[1-2]。劍葉金雞菊生態(tài)適應(yīng)性強，且能借助克隆生長快速擴增形成單一優(yōu)勢種群，排擠本土物種，影響生物多樣性[3]。劍葉金雞菊已從最初引種栽培的庭園逸生、擴散成為入侵物種，在華東、中南廣泛分布[4-5]，甚至擴散到了西北[6]和西南地區(qū)。國內(nèi)外對劍葉金雞菊的研究，一方面集中在資源的開發(fā)利用，關(guān)注劍葉金雞菊的化學(xué)成分及其生物活性[7-8]，或是從花卉資源的角度研究劍葉金雞菊的種子生物學(xué)特性[9]；另一方面，關(guān)于劍葉金雞菊生物入侵方面的研究也越來越受重視。目前已有關(guān)于劍葉金雞菊的化感作用[10]、光合作用[11]、逆境生理[5]、對環(huán)境變化的響應(yīng)[12]和對群落結(jié)構(gòu)的影響[2,13]等方面的研究，探討劍葉金雞菊的生理生態(tài)特征與其入侵能力之間的關(guān)系。

劍葉金雞菊有較強的無性生殖能力，在早期通過密集型克隆生長快速擴增來搶占生境，而在后期主要進行游擊型克隆生長，形成間隔相對較遠的分株，利于種群的擴散[3-4]。入侵物種快速占據(jù)新生境、形成優(yōu)勢種群排擠本土物種的能力，還與有性生殖產(chǎn)生種子的潛力和種子萌發(fā)成苗的特性密切相關(guān)。然而，目前尚未見對劍葉金雞菊種子產(chǎn)量的動態(tài)變化以及不同時期所產(chǎn)種子的萌發(fā)能力方面的報道，缺乏種子特性與其入侵機制關(guān)系方面的研究。因此，本試驗通過對劍葉金雞菊的結(jié)實動態(tài)與種子萌發(fā)特性進行研究，為探索劍葉金雞菊的入侵機制和綜合治理提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

劍葉金雞菊取自貴州省凱里市的一個野外居群(26°31′N，107°53′E，海拔690 m)。試驗地位于云貴高原東緣，屬亞熱帶季風(fēng)區(qū)，氣候溫暖，雨量充沛。劍葉金雞菊的頭狀花序生于莖端，在試驗地于5月中下旬始花。隨著頭狀花序總苞的展開，周圍黃色的舌狀花先開，隨后中間的管狀花由外而內(nèi)依次開放，每天開1～2輪。在頭狀花序開放后的6～7 d，外圍的舌狀花開始枯萎，管狀花也從外向內(nèi)逐漸脫落，整個花序的開放時間為8～9 d。種子成熟所需時間極短，管狀花謝花后只需8～9 d，黑色的瘦果即可成熟。劍葉金雞菊的盛花期可持續(xù)到8月上旬，直到11月初還有零星的頭狀花序開放。劍葉金雞菊6月初即有種子(瘦果)成熟，一直持續(xù)到11月還有零星植株產(chǎn)生少量種子。

1.2 人工授粉試驗與傳粉者觀察

2016年6月，在劍葉金雞菊的盛花期，以整個頭狀花序為單位分別進行同株授粉、異株授粉和不授粉3種處理，另設(shè)自然對照，每處理設(shè)10個重復(fù)。3種處理的頭狀花序均在總苞片張開前套上硫酸紙袋，進行相應(yīng)處理后繼續(xù)套袋至花序開放完畢。同株授粉處理用同株上的不同花序(套袋防止異源花粉污染)進行人工授粉，而異株授粉采用的是20 m以外植株的花粉。為保證授粉效果，每種授粉處理每天進行1次，連續(xù)進行3～4 d。全部處理的頭狀花序均在總苞開放后用相機記錄管狀花總數(shù)，結(jié)實后統(tǒng)計各處理中頭狀花序產(chǎn)生的種子數(shù)。結(jié)實率(%)=(種子數(shù)/管狀花序數(shù))×100%。選擇晴好天氣，結(jié)合樣線法與定點觀察法進行訪花昆蟲調(diào)查。用相機拍攝訪花昆蟲，結(jié)合用捕蟲網(wǎng)捕捉傳粉昆蟲標(biāo)本，鑒定主要傳粉昆蟲種類。

1.3 開花動態(tài)和種子產(chǎn)量測算

通過前期觀察，確定劍葉金雞菊在6—11月均能產(chǎn)生種子，但種子產(chǎn)生的高峰主要在前期，而10—11月僅有零星的植株產(chǎn)生零星的種子。故本試驗重點考察從始花到9月底的花序數(shù)量和種子產(chǎn)量。2017年6月，在樣地內(nèi)隨機選取18株劍葉金雞菊掛牌標(biāo)記，統(tǒng)計始花期至6月底、6月底至7月底、7月底至8月底、8月底至9月底共4個時段內(nèi)各植株產(chǎn)生的已謝花結(jié)實的花序數(shù)。在每個時段內(nèi)，每個植株隨機選取5個結(jié)實的花序，考察種子數(shù)量。將花序數(shù)和5個花序的平均種子數(shù)相乘，估算每株劍葉金雞菊在該時段內(nèi)產(chǎn)生的種子總數(shù)。8月底至9月底部分植株的花序數(shù)少于5，則以實際產(chǎn)量為準(zhǔn)。最后將各時段的花序數(shù)和種子數(shù)量累計相加，算出一株劍葉金雞菊年產(chǎn)花序數(shù)，估算出種子的年產(chǎn)量。

1.4 種子萌發(fā)和出苗試驗

分別在6月底采集早期成熟的種子，在10月初采集晚期成熟的種子，采后立即開展種子萌發(fā)和出苗試驗。其中，種子萌發(fā)試驗在2016年和2017年連續(xù)進行了2年，而出苗試驗只在2017年進行了1年。種子萌發(fā)試驗在鋪有浸濕脫脂棉的培養(yǎng)皿中進行，每個培養(yǎng)皿中隨機放置50粒形態(tài)大小基本一致的種子，設(shè)3次重復(fù)。將培養(yǎng)皿放置在光照狀況相對良好的試驗室邊臺上，保持窗戶開放，使試驗條件盡可能接近室外自然狀況。培養(yǎng)過程中每天換一次蒸餾水并記錄發(fā)芽情況。當(dāng)胚根長度約為種子直徑的一半時視為種子發(fā)芽，培養(yǎng)時間為3周。

發(fā)芽率(%)=(萌發(fā)的種子總數(shù)/50)×100%；

平均發(fā)芽時間=∑(ti×ni)/∑ni；式中ti為從試驗開始的天數(shù)，ni為當(dāng)天發(fā)芽的種子數(shù)。

出苗試驗和萌發(fā)試驗操作類似，區(qū)別在于用花盆代替培養(yǎng)皿，基質(zhì)為取自劍葉金雞菊生境中去除表土后混勻的泥土。每個花盆中放置50粒種子，澆水使種子半沒于土中，設(shè)3次重復(fù)。培養(yǎng)地點和發(fā)芽試驗一致，每天澆水，并記錄出苗情況，培養(yǎng)時間為4周。

出苗率(%)=(出苗的種子總數(shù)/50)×100%；

平均出苗時間=∑(ti×ni)/∑ni；式中ti為從試驗開始的天數(shù)，ni為當(dāng)天出苗的種子數(shù)。

1.5 數(shù)據(jù)分析

對人工授粉試驗的結(jié)實率以及不同時期的頭狀花序數(shù)量和種子產(chǎn)量數(shù)據(jù)進行單因素方差分析，并利用LSD檢驗進行不同處理間的比較。對早期和晚期種子的發(fā)芽和出苗數(shù)據(jù)進行t檢驗。所有數(shù)據(jù)分析均用SPSS 19.0統(tǒng)計軟件完成。

2 結(jié)果與分析

2.1 劍葉金雞菊的繁育系統(tǒng)

如表1所示，劍葉金雞菊自然對照的結(jié)實率最高，異花授粉處理結(jié)實率次之，而套袋后不授粉和自花授粉處理幾乎都不結(jié)實。單因素方差分析結(jié)果表明，套袋處理對劍葉金雞菊的結(jié)實率產(chǎn)生了極顯著的影響(F=64.092，p<0.001)。自然對照與其它處理間的差異均達到了極顯著水平(p<0.001)，異花授粉處理與套袋后不授粉，以及自花授粉2種處理間的差異也都達到了極顯著水平(p<0.01)。由此判斷，劍葉金雞菊是自交不親和的物種，需要依靠異交產(chǎn)生種子。觀察到訪問劍葉金雞菊的昆蟲共有12種，其中傳粉昆蟲有中華蜜蜂(Apiscerana)、幽矍眼蝶(Ypthimaconjuncta)、黃粉蝶(Euremablanda)、無標(biāo)黃粉蝶(Euremabrigitta)、鹿蛾(Amatasp.)、食蚜蠅(Syrphidaesp.)、黑額光葉甲(Smaragdinanigrifrons)、葉甲(Chrysomelidaesp.)等。能幫助劍葉金雞菊實現(xiàn)有性生殖的傳粉昆蟲種類眾多，蜂類、蝶類、蛾類、蠅類和甲蟲類均有，最主要的傳粉昆蟲為中華蜜蜂(A.cerana)。

表1 人工授粉試驗結(jié)果

注：表中數(shù)值為平均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)誤，同一列內(nèi)不同小寫字母表示處理間的差異顯著(p<0.05)。下同。

2.2 劍葉金雞菊的花序數(shù)量和種子產(chǎn)量

單因素方差分析結(jié)果表明，劍葉金雞菊的頭狀花序數(shù)(F=24.162，p<0.001)、單花序種子數(shù)(F=48.645，p<0.001)和單株種子產(chǎn)量(F=33.704，p<0.001)在不同時期均有極顯著的差異。3個指標(biāo)的最高值均在早期獲得，而隨著花期的持續(xù)，頭狀花序數(shù)、單花序種子數(shù)和單株種子產(chǎn)量均呈下降趨勢(表2)。除了7月份和8月份的頭狀花序數(shù)之間、8月份和9月份的單花序種子數(shù)之間沒有顯著差異外，3個指標(biāo)在其它時期之間的差異均達到了顯著水平(p<0.05)。平均每株劍葉金雞菊可產(chǎn)生約135個頭狀花序，每個花序平均產(chǎn)生約93粒種子，每株的種子總產(chǎn)量約12 600粒(5 128～25 433粒，n=18)。值得注意的是，6月底前產(chǎn)生的種子平均達到了7 740.50粒，說明劍葉金雞菊的種子主要是在早期產(chǎn)生的。

表2 各時期頭狀花序數(shù)量和種子產(chǎn)量

2.3 劍葉金雞菊的種子萌發(fā)和出苗

如表3所示，2年的種子萌發(fā)試驗均表明，后期成熟的種子(10月初采集)發(fā)芽率高于前期成熟的種子(6月底采集)。但只有在2017年的試驗中，二者發(fā)芽率之間的差異達到了極顯著水平(t=12.438，p<0.001)。無論是前期還是后期采集的種子，在室溫下培養(yǎng)，2～3 d即有種子陸續(xù)發(fā)芽，發(fā)芽率48%～86%，3～4 d即有種子開始出苗，兩期種子出苗率均超過了50%。在平均發(fā)芽時間、出苗率和平均出苗時間方面，前期成熟的種子和后期成熟的種子之間，均不存在顯著差異(表3)。以上試驗結(jié)果說明，劍葉金雞菊種子成熟后不存在休眠特性，有立即萌發(fā)成苗的潛力。

表3 早晚期種子的發(fā)芽和出苗情況

3 結(jié)論與討論

劍葉金雞菊套袋后不授粉，或者自花授粉處理后，絕大多數(shù)花序都不結(jié)實，說明該物種自交不親和。本研究結(jié)果與曾建軍等[4,14]的研究結(jié)果均表明，劍葉金雞菊的交配系統(tǒng)為異交，種子需要通過不同植株之間的異交產(chǎn)生。劍葉金雞菊雖需異交才能結(jié)實，但能為其傳粉的昆蟲眾多，泛化的傳粉系統(tǒng)使得劍葉金雞菊能相對輕易地獲得異源花粉，不影響種子的產(chǎn)生。本試驗只是在白天對訪花昆蟲進行了調(diào)查，考慮到夜間活動昆蟲傳粉的可能性，估計其有效的傳粉者應(yīng)該更多。劍葉金雞菊克隆生長能力強，在早期通過密集型生長搶占生境，在后期則通過游擊型生長分散同一基因型植株在種群中的分布[3-4]。有性生殖產(chǎn)生的種子利于入侵物種的擴散和初期種群的建立，而無性生殖則有利于在新生境中快速形成單一優(yōu)勢種群[15]。劍葉金雞菊可能正是通過同時發(fā)揮有性生殖和無性生殖的雙重優(yōu)勢，才成為廣泛分布的入侵物種。

另外，發(fā)現(xiàn)管狀花中有薊馬活動，而套袋處理無法隔離此類小型昆蟲。這類小型昆蟲帶來的外來花粉，可能是套袋自花授粉以及套袋不授粉處理中有極個別種子產(chǎn)生的原因。劍葉金雞菊頭狀花序中，能產(chǎn)生種子的是中間逐步成熟的管狀花。在進行人工授粉操作時，一個花序只有部分花開放，而且花粉孔裂，能用于授粉的花粉數(shù)量較少?；趧θ~金雞菊的開花和散粉特點，即便進行了多次授粉，但花粉量依然可能不足，這應(yīng)該是造成人工異花授粉結(jié)實率偏低的原因。

劍葉金雞菊花序多，種子產(chǎn)量大，有性生殖能力極強，本研究中高產(chǎn)植株的種子總產(chǎn)量超過了25 000粒。劍葉金雞菊在入侵日本后平均每個花序產(chǎn)生98粒種子，是北美原產(chǎn)地的兩倍多[16]，和本研究的結(jié)果較為相近。入侵物種一般具有種子產(chǎn)量大、易于萌發(fā)的特點，因而擴散和傳播能力強[17]。平均每株劍葉金雞菊種子產(chǎn)量超過12 000粒，其中大部分是在6月底前產(chǎn)生的，且種子成熟后立即可以發(fā)芽和出苗，在當(dāng)年就具備極強的種群建成潛力。合適的溫度更適宜劍葉金雞菊種子發(fā)芽[18]。本研究中，種子發(fā)芽和出苗試驗分別在夏季和初秋進行，10月份的溫度更為溫和，這可能是后期采收種子的發(fā)芽率和出苗率均較高的原因。即便因水分限制等原因，條件暫時不適宜，劍葉金雞菊的種子也可以在地下保持活力，轉(zhuǎn)入休眠狀態(tài)，形成種子庫，以躲避不良環(huán)境的影響[19]。劍葉金雞菊種子產(chǎn)量巨大，而這種二次休眠特性更是有助于其占據(jù)新生境、形成新種群，強化其入侵能力。

劍葉金雞菊具有花期長、花序數(shù)多，有效的傳粉昆蟲多、結(jié)實早、種子產(chǎn)量高、種子萌發(fā)率和出苗率高等特征,表明其有性繁殖系數(shù)極高，擴散風(fēng)險極大。結(jié)合劍葉金雞菊的結(jié)實特征和萌發(fā)特性，采取防除措施不能遲于有性生殖的早期，以防止種子的產(chǎn)生。下一步，可以動態(tài)監(jiān)測不同時期成熟的種子落地后的成苗和后續(xù)生長狀態(tài)，以便在自然狀態(tài)下，更準(zhǔn)確地評價劍葉金雞菊的有性繁殖種群建成能力。