曾思文, 梁恬, 李林鑫, 邢曉閣, 陳泓樸, 何理,2*

(1, 福建農(nóng)林大學(xué)林學(xué)院, 福州, 350000; 2, 上海辰山植物園, 華東野生瀕危資源植物保育中心, 上海, 201602)

雌雄異株植物約占被子植物的5%~6%[1], 其繁殖資源分配主要包括繁殖分配和性別分配[2]。雌雄異株不同性別植株在生殖功能上存在顯著差異, 雄性生殖活動(dòng)僅需要產(chǎn)生雄花, 而雌性在生殖過程中需要產(chǎn)生雌花和果實(shí), 其能量消耗和資源分配遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于雄性[3]。因此多年生植物中, 雄株常在開花階段分配更多資源, 雌株則在結(jié)實(shí)階段分配更多資源[4]。繁殖策略不僅與環(huán)境資源(如光、溫、水等)有關(guān), 還與植株大小、花結(jié)構(gòu)及傳粉系統(tǒng)等密切相關(guān)[2,5-6]。

風(fēng)媒傳粉系統(tǒng)及蟲媒傳粉系統(tǒng)被認(rèn)為是雌雄異株植物主要的傳粉系統(tǒng), 兩種及以上傳粉系統(tǒng)同時(shí)出現(xiàn)在同種植物中即稱為混合傳粉系統(tǒng)[7]。風(fēng)媒花一般通過增加雄花數(shù)量來維持花粉可用性以確保繁殖成功率[8-10]。蟲媒花中, 昆蟲為了獲得花報(bào)酬(如花粉、花蜜等)而進(jìn)行訪花[11]?！皞鞣壅呦拗萍僬f(Pollinator limitation hypothesis)”認(rèn)為傳粉者通常因雄花能同時(shí)提供花粉和花蜜2種花報(bào)酬, 而歧視只提供花蜜的雌花, 出現(xiàn)偏好訪問雄花的現(xiàn)象[12]。為平衡傳粉者偏好訪問的選擇壓力, 雌花會(huì)通過氣味模仿[13]、獎(jiǎng)勵(lì)機(jī)制[14-15], 以及欺騙引導(dǎo)[16]等策略來吸引傳粉昆蟲, 以提升繁殖效率。對(duì)于具有混合傳粉系統(tǒng)的雌雄異株植物, 如何在雌雄個(gè)體中進(jìn)行生殖資源分配來提升繁殖效率值得深入研究。

大多數(shù)植物是依賴花部釋放的揮發(fā)物向傳粉者傳遞信息[17-18]。Tollsten 等檢測(cè)了柳屬(Salix)植物黃花柳(S.caprea)、灰柳(S.cinerea)和S.repens的雌雄花序揮發(fā)物, 認(rèn)為柳屬植物雌雄株的揮發(fā)物保持了高度的相似性, 推測(cè)雌雄花序相似的揮發(fā)物能誘使傳粉者同時(shí)訪問雌雄花, 保證傳粉的有效性[13,15]。D?tterl 等[19]對(duì)黃花柳花香揮發(fā)物進(jìn)行了研究, 認(rèn)為雄株的1,4-二甲氧基苯含量比雌株更高, 因而更具吸引力。在自然居群中黃花柳雌株明顯多于雄株, 雌雄花序揮發(fā)物的相似性或雄株具有更高比例的吸引傳粉者的揮發(fā)物, 都能減少花粉限制的風(fēng)險(xiǎn)[20]。這一現(xiàn)象是否在其他柳屬植物中存在, 仍需進(jìn)一步研究。

楊柳科(Salicaceae)柳屬在全球約有450 種[21],均為雌雄異株植物。該屬植物傳粉系統(tǒng)常為風(fēng)媒和蟲媒混合的傳粉系統(tǒng)[7,22]。不同地區(qū)和不同物種柳屬植物的蟲媒和風(fēng)媒的傳粉效率占比不同, 從幾乎完全風(fēng)媒到幾乎完全蟲媒不等, 如S.lasiolepis蟲媒傳粉效率達(dá)99%, 即幾乎完全蟲媒[23]; 而S.lanata和S.myrsinites的蟲媒傳粉效率僅8%和2%, 即幾乎完全風(fēng)媒; 另外,S.lapponum、S.herbacea、S.reticulata的蟲媒傳粉效率分別為47%、57%和52%,是典型的混合傳粉系統(tǒng)[24]。而柳屬植物在雌雄株中如何平衡生殖投資策略, 同時(shí)滿足風(fēng)媒和蟲媒條件以提升繁殖效率, 這尚需深入探討。

本文以長(zhǎng)梗柳(Salix dunnii)為研究對(duì)象, 通過調(diào)查福建省長(zhǎng)梗柳野外居群的傳粉系統(tǒng)、主要訪花昆蟲, 性別比例、花和花序特征、揮發(fā)物的種類及相對(duì)含量, 探討長(zhǎng)梗柳的傳粉機(jī)制和生殖分配策略。

1 材料和方法

1.1 研究地點(diǎn)

本研究主要在3 個(gè)野外居群開展，福建省三明市沙縣沙溪支流的郭墩村(117°38′55″ E, 26°25′39″N, 海拔190~229 m)和高地村(117°39′48″ E, 26°24′59″ N, 海拔217.4~224.2 m)，及福建省武夷山市崇陽溪的東邊村(118°2′46″E, 27°46′45″N, 海拔205~212 m)，均處于亞熱帶海洋性氣候區(qū), 三明市年均溫20.9 ℃, 年均降水量1 268 mm, 武夷山市年均溫21.1 ℃, 年均降水量1 158 mm, 氣候溫和濕潤(rùn)。

1.2 花和花序的特征統(tǒng)計(jì)和性別比例

對(duì)郭墩村和高地村2 個(gè)長(zhǎng)梗柳野外自然居群的雌雄株花序進(jìn)行抽樣調(diào)查和測(cè)量[20,25]。在調(diào)查地沿岸隨機(jī)抽取長(zhǎng)勢(shì)良好的植株, 兩地各選擇4~5 棵雌株和雄株進(jìn)行調(diào)查(兩地共19 株, 雌、雄分別為9 和10 株), 每株選擇樹冠下部長(zhǎng)勢(shì)良好、長(zhǎng)度大于20 cm的末端分枝枝條5~13 根, 統(tǒng)計(jì)和測(cè)量分枝長(zhǎng)度和花序數(shù), 計(jì)算單位長(zhǎng)度的花序數(shù), 使用精度為0.01 mm的游標(biāo)卡尺測(cè)量花序長(zhǎng)度, 并利用體視顯微鏡(LEICA DFC550)拍攝花部。此外, 每株統(tǒng)計(jì)8~46個(gè)單花序的花數(shù)量, 枝條單位長(zhǎng)度花序數(shù)=單枝條花序數(shù)/枝條長(zhǎng)度，單位長(zhǎng)度以1 cm 計(jì)。雌花序直接用計(jì)數(shù)法進(jìn)行統(tǒng)計(jì); 雄花序近5 朵小花排列成一輪(圖1: A), 因此雄花序花數(shù)量以輪數(shù)×5 進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

兩地隨機(jī)抽取雌雄各4 株進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。以植株性別為因變量, 即1 (雄性)或0 (雌性), 以株數(shù)為數(shù)據(jù)分組(表1), 隨機(jī)不放回抽取2 個(gè)居群雌雄株各20 根枝條和分別300、40 個(gè)花序, 統(tǒng)計(jì)枝條單位長(zhǎng)度花序數(shù)、花序長(zhǎng)度和花序單花數(shù), 運(yùn)用廣義線性混合模型(generalized linear mixed model, GLMM)[26-27]對(duì)長(zhǎng)梗柳雌雄株枝條單位長(zhǎng)度花序數(shù)、花序長(zhǎng)度和單花序花總數(shù)差異進(jìn)行顯著性程度檢驗(yàn)(P<0.05)。使用Microsoft Excel 2016 進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)計(jì)算。

根據(jù)線路調(diào)查法, 對(duì)郭墩村、高地村和東邊村河流兩岸分布的長(zhǎng)梗柳雌雄株個(gè)體數(shù)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。使用Pearson’s Chi-squared test 對(duì)性別比例(雌/雄)偏離1∶1 零假設(shè)的顯著性程度(P<0.05)進(jìn)行檢驗(yàn)。

1.3 長(zhǎng)梗柳傳粉系統(tǒng)

選擇郭墩村和高地村長(zhǎng)梗柳各5 棵雌株, 分別編號(hào)為XG1~XG5 和LT1~LT5, 于3 月2 和3 日(長(zhǎng)梗柳初花期)進(jìn)行套袋套網(wǎng)試驗(yàn)[23-24,28]。長(zhǎng)梗柳花小且多, 因此本試驗(yàn)對(duì)枝條整枝進(jìn)行套袋套網(wǎng)。設(shè)置3 個(gè)處理, 每株設(shè)置3 個(gè)重復(fù)：①套硫酸紙袋; ②套100 目圓柱尼龍網(wǎng)袋, 用鐵絲網(wǎng)支撐; ③僅標(biāo)記不套袋。分別檢測(cè)長(zhǎng)梗柳無融合生殖、風(fēng)媒傳粉和自然結(jié)實(shí)情況。

花期過后(約4 月下旬)將網(wǎng)袋和硫酸紙袋摘除,于果期采收枝條, 利用體視鏡統(tǒng)計(jì)正常發(fā)育的果和空果數(shù)量，以及果內(nèi)發(fā)育和敗育的種子數(shù)量, 計(jì)算座果率和結(jié)實(shí)率，座果率=(每個(gè)花序正常發(fā)育的果實(shí)數(shù)/該花序所有果實(shí)數(shù))×100%；結(jié)實(shí)率=發(fā)育正常的種子數(shù)/總種子數(shù)×100%，其中, 正常發(fā)育果實(shí)內(nèi)含至少1粒發(fā)育正常的種子, 而敗育果實(shí)則含敗育種子或空果; 發(fā)育正常的種子為綠色、圓潤(rùn),而敗育種子為枯黃色、皺縮[29]。使用單因素方差分析(ANOVA)來檢驗(yàn)平均座果率、平均結(jié)實(shí)率是否在不同處理(套硫酸紙袋、套網(wǎng)袋及無處理)之間存在差異。

1.4 主要訪花昆蟲和訪花頻率

選擇郭墩村長(zhǎng)梗柳盛花期長(zhǎng)勢(shì)良好的雌雄株進(jìn)行連續(xù)3 d 觀察, 每日觀察和捕捉時(shí)間為8:00—18:00 (計(jì)劃觀察時(shí)間為2019 年3 月12—14 日, 由于3 月14 日陰雨天氣, 為了數(shù)據(jù)準(zhǔn)確穩(wěn)定, 順延至3 月15 日), 觀察訪花昆蟲種類和訪花頻率[30-31]。我們對(duì)訪問并停留在花序上超過0.5 min 的昆蟲進(jìn)行捕捉, 捕捉范圍網(wǎng)桿(5 m)所能及高度內(nèi)的訪花昆蟲, 雌雄株每30 min 交替捕捉, 統(tǒng)計(jì)每30 min 雌雄株上出現(xiàn)的昆蟲數(shù)量, 將捕獲的昆蟲放入裝有乙酸乙酯的毒瓶中殺死, 制成標(biāo)本, 標(biāo)本交由中國(guó)科學(xué)院動(dòng)物研究所鑒定。

采用Microsoft Excel 2016 和R v3.6.3 進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)計(jì)算并出圖, 使用Pearson’s Chi-squared test 對(duì)訪花頻率進(jìn)行顯著性程度檢驗(yàn)(P<0.05), 按訪花昆蟲對(duì)長(zhǎng)梗柳每個(gè)性別平均日訪花次數(shù)確定該昆蟲訪花頻率[30]。

1.5 花序揮發(fā)物分析

取東邊村長(zhǎng)梗柳盛花期長(zhǎng)勢(shì)良好的雌株和雄株各4 株, 每株采集3 個(gè)重復(fù), 共計(jì)24 個(gè)花序樣品;同時(shí)收集當(dāng)?shù)乜諝庾鳛榭瞻讓?duì)照。采集的花序送往福州大學(xué)國(guó)家科技園測(cè)試中心測(cè)定揮發(fā)物。

利用頂空固相微萃取(SPME)法對(duì)長(zhǎng)梗柳花序揮發(fā)物進(jìn)行采集, 選用非極性的PDMS 萃取頭(65μm PDMS/DVB), 利用全二維氣相色譜-高分辨飛行時(shí)間質(zhì)譜聯(lián)用儀(LECO GC×MS PEGASUS HRT 4D plus)進(jìn)行分析。采氣前孵化(35 ℃) 1 h, 使花香揮發(fā),同時(shí)萃取頭在280 ℃下老化0.5 h，以后萃取前均280 ℃老化5 min。將老化的萃取頭插入采樣瓶中,置于待測(cè)樣品上方約1 cm 處萃取0.5 h，拔出針頭后入GC-MS 進(jìn)樣口解吸4 min。一維GC 條件為:Rxi-5ms 石英毛細(xì)管柱(30 m×0.25 mm×0.25μm),進(jìn)樣采用不分流模式, 柱溫40 ℃保持7 min, 以3 ℃/min 升溫至260 ℃, 保持10 min。傳輸線溫度280 ℃, 進(jìn)樣口溫度280 ℃。載氣為高純氦氣, 流速為1.4 mL/min。二維GC 條件為: Rxi-17Sil 石英毛細(xì)管柱(2 m×0.25 mm×0.25μm), 二維爐溫在一維爐溫基礎(chǔ)上+5 ℃, 調(diào)制器溫度在二維爐溫基礎(chǔ)上+15 ℃, 調(diào)制周期4 s, 每次熱吹0.8 s, 每次冷吹1.2 s。MS 條件為: 以電子轟擊方式(EI)電離, 掃描范圍35~500 amu, 電子能量為70 eV; 離子源溫度250 ℃, 溶劑延遲240 s, 掃描速度200譜圖/s, 一維和二維MS 條件一致。

揮發(fā)物鑒定首先利用儀器自帶的標(biāo)準(zhǔn)譜庫(NIST 2017 庫)和增加wiley10 數(shù)據(jù)庫檢索, 并參閱文獻(xiàn)資料加以確定化合物?？赡苡捎跇悠窛舛冗^低或儀器質(zhì)譜檢測(cè)限較高導(dǎo)致2 個(gè)雌花序樣本和1 個(gè)雄花序樣本數(shù)據(jù)無法使用, 最終我們使用了10 個(gè)雌花序樣本及11 個(gè)雄花序樣本進(jìn)行后續(xù)統(tǒng)計(jì)分析。根據(jù)CAS 號(hào), 利用化源網(wǎng)(https://www.chemsrc.com/)確定化合物名稱。對(duì)雌雄花序揮發(fā)物含量的分析時(shí),要求各個(gè)樣本揮發(fā)物的篩選條件為相對(duì)含量大于1%且與標(biāo)準(zhǔn)譜庫的相似度大于85%, 篩選過后有1個(gè)雌花序樣本不滿足上述條件, 因此僅使用了9 個(gè)雌花序樣本及11 個(gè)雄花序樣本進(jìn)行NMDS 分析。

根據(jù)非度量多維標(biāo)度分析法(NMDS), 使用Vegan (https://github.com/vegandevs/vegan) (R v3.6.3)

對(duì)雌雄株花序揮發(fā)物組成成分進(jìn)行劃分, 以Stress值(值越小, 擬合效果越好)作為判斷NMDS 排序結(jié)果擬合優(yōu)度的標(biāo)準(zhǔn), 并對(duì)不同樣本的相似性在二維平面進(jìn)行可視化展示[32]。采用Mann-WhitneyUtest對(duì)長(zhǎng)梗柳雌雄花序揮發(fā)物相對(duì)含量進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果和分析

2.1 花和花序統(tǒng)計(jì)及性別比例情況

長(zhǎng)梗柳花期在3 月上旬至4 月下旬, 花藥顏色為黃色, 雄花和雌花均含有腺體(圖1: A), 可以為蜜蜂提供花蜜來源。

圖1 長(zhǎng)梗柳雌雄花和花序形態(tài)。A: 雄花和雌花; B: 花序橫切，示著生方式, 單花約5 朵一輪; C: 雌花序; D: 中華蜜蜂訪問雄花序; E: 雌花序花蜜珠。標(biāo)尺=1 mmFig. 1 Morphology of male and female flowers and catkins of Salix dunnii. A: Male and female flower; B: Cross section of male catkin showing about five flowers per round; C: Female catkin; D: Apis cerana was visiting male catkin; E: Nectar of female catkin. Bars=1 mm

運(yùn)用GLMM 對(duì)長(zhǎng)梗柳雌雄株1 cm 枝條花序數(shù)、花序長(zhǎng)度和單花序花數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)(表1), 共測(cè)量197根枝條(雌株88 根, 雄株109 根)、3 044 個(gè)花序(雌花序1 199 個(gè), 雄花序1 845 個(gè)), 并統(tǒng)計(jì)375 個(gè)花序(雌花序134 個(gè), 雄花序241 個(gè))上的花。結(jié)果表明,雄株單位長(zhǎng)度枝條的花序數(shù)顯著多于雌株(M: 0.53±0.03,n=40; F: 0.41±0.03,n=40;F=8.31,P=0.005);

表1 長(zhǎng)梗柳雌雄株的花序特征Table1 Catkin characters of female and male of Salix dunnii

此外雄株單花序的花朵數(shù)也明顯多于雌株(M: 110±2,n=80; F: 60±1,n=80;F=611.63,P<0.000 1)，而雌株的平均花序長(zhǎng)度顯著長(zhǎng)于雄株[F: (65.17±0.75) mm,n=600; M: (60.47±0.75) mm,n=600;F=19.81,P<0.000 1]?？梢? 長(zhǎng)梗柳雌雄株的枝條花序數(shù)、花序長(zhǎng)度和單花序花數(shù)的差異均達(dá)到顯著水平。

居群的性別比調(diào)查結(jié)果表明(圖2)，東邊村顯著偏雄(♂∶♀=1.28∶1,n=336∶263,χ2=4.22,P=0.04<0.05), 郭墩村(♂∶♀=1.21∶1,n=318∶263,χ2=2.423,P=0.12)和高地村(♂∶♀=1.06∶1,n=132∶125,χ2=0.049,P=0.83)均不顯著偏離1∶1。

2.2 座果率及結(jié)實(shí)率

由于雨水和人為等因素的干擾, 部分套袋被破壞, 排除被破壞的套袋數(shù)據(jù)后, 最終統(tǒng)計(jì)了4 棵長(zhǎng)梗柳雌株(郭墩村XG1、XG2 和高地村LT1、LT3)共4 053 個(gè)果實(shí)16 930 粒種子。其中, 套硫酸紙袋的枝條共產(chǎn)生297 個(gè)空果，沒有成熟果, 座果率0.00%; 套網(wǎng)袋的枝條共產(chǎn)生562個(gè)空果和427個(gè)成熟果, 座果率達(dá)43.90%, 成熟果里有718 粒發(fā)育種子和61 粒敗育種子; 自然狀態(tài)下的枝條共產(chǎn)生116個(gè)空果和2 551 個(gè)成熟果, 座果率高達(dá)90.90%, 成熟果中含14 844 粒發(fā)育種子和1 307 粒敗育種子。經(jīng)單因素方差分析(ANOVA)表明, 自然傳粉的座果率顯著高于套網(wǎng)袋處理(F=9.63,P=0.02), 套網(wǎng)袋處理顯著高于套硫酸紙袋處理(F=8.94,P=0.02); 自然傳粉的結(jié)實(shí)率與套網(wǎng)袋處理的差異不顯著(F=0.87,P=0.39), 套網(wǎng)袋處理的平均座果率顯著高于套硫酸紙袋處理(F=14.53,P<0.05) (表2)。

表2 長(zhǎng)梗柳的座果率和結(jié)實(shí)率Table 2 Fruiting rate and setting rate of Salix dunnii

2.3 主要訪花昆蟲及訪花頻率

本研究共捕獲和鑒定長(zhǎng)梗柳的訪花昆蟲4目22科40 屬44 種(表3), 主要是膜翅目(Hymenoptera)的蜜蜂科(Apidae)、隧蜂科(Halictidae)、胡蜂科(Vespidae)、地蜂科(Andrenidae)和葉蜂科(Tenthredinidae);雙翅目(Diptera)的實(shí)蠅科(Tephritidae)、食蚜蠅科(Syrphidae)、花蠅科(Anthomyiidae)、麗蠅科(Calliphoridae)、麻蠅科(Sarcophagidae)、舞虻科(Empididae)、毛蚊科(Bibionidae)和蠅科(Muscidae)；鞘翅目(Coleoptera)的瓢蟲科(Coccinellidae)、偽葉甲科(Lagriidae)、花螢科(Cantharidae)、步甲科(Carabidae)、大蕈甲科(Erotylidae)、象甲科(Curculionidae)和天牛科(Cerambycidae)；半翅目(Homoptera)的蝽科(Pentatomidae)和葉蟬科(Cicadellidae)。雌雄株共有訪花昆蟲包括蜜蜂科、隧蜂科、胡蜂科、葉蜂科、麗蠅科、毛蚊科、舞虻科、食蚜蠅科、花螢科昆蟲，雌株獨(dú)有的訪花昆蟲主要包括隧蜂科隧蜂屬、胡蜂科約馬蜂(Polistes jokahamae)、舞虻科平須舞虻屬、麻蠅科昆蟲，雄株獨(dú)有的訪花昆蟲主要包括瓢蟲科紅頸盤瓢蟲(Lemnia melanaria)以及偽葉甲科昆蟲。

表3 長(zhǎng)梗柳主要訪花昆蟲名錄Table 3 List of main flower-visiting insects of Salix dunnii

主要訪花昆蟲為蜜蜂科膜翅目的中華蜜蜂(Apis cerana, 1 793)和隧蜂科淡脈隧蜂屬昆蟲(Lasioglossumsp.1 和sp.2)。中華蜜蜂占雄株總訪花昆蟲的45.65%, 占雌株總訪花昆蟲的52.50%, 淡脈隧蜂屬昆蟲次之, 分別占雄雌株訪花昆蟲的18.84%♂和11.00%♀, 且停留時(shí)間為0.5~5 min。其他訪花昆蟲分別占雄雌株總訪花昆蟲的35.51%♂和36.50%♀。

對(duì)訪花的中華蜜蜂進(jìn)行3 d 網(wǎng)捕，結(jié)果表明(圖2), 12 日訪問雌花的中華蜜蜂(37 只)多于訪問雄花的(12 只), 13 日訪問雌花的中華蜜蜂(24 只)與訪問雄花的(26 只)相近, 15 日訪問雌花的中華蜜蜂(44 只)多于訪問雄花的(25 只), 中華蜜蜂顯著傾向訪問雌花(χ2=8.07,P=0.018<0.05)。

圖2 長(zhǎng)梗柳雌雄株主要訪花昆蟲日訪花頻率Fig. 2 Daily visiting frequency of main visiting insects of male and female Salix dunnii

2.4 花序揮發(fā)物

雌株和雄株共有揮發(fā)物14 種, 雌株特有的9 種,雄株特有的15 種(表4)。雌雄株花序共有揮發(fā)性成分相對(duì)含量有所差異, 雌株比雄株多的有:β-石竹烯(P<0.001)、2-甲基丁腈(P<0.05)、環(huán)五聚二甲基硅氧烷(P<0.001)、2,2,4,6,6-五甲基庚烷(P<0.001)、八甲基環(huán)四硅氧烷(P<0.001)、Germacrene D 和2,3-dimethyl butanedinitrile; 雄株比雌株多的有:α-蒎烯、檜烯、trans-α-ocimene、月桂烯、(-)-β-蒎烯、(S)-(-)-檸檬烯和(3E)-4,8-二甲基-1,3,7-壬三烯。

表4 長(zhǎng)梗柳雌、雄株花序的揮發(fā)性成分Table 4 Volatile compounds in female and male catkins of Salix dunnii

對(duì)雌雄花序中14 種共有揮發(fā)性成分進(jìn)行NMDS分析(Stress=0.16), 結(jié)果表明雌雄花序揮發(fā)性成分存在部分重疊, 但分離顯著(圖3)。對(duì)雌雄花序不同揮發(fā)性成分相對(duì)含量進(jìn)行Shapiro 正態(tài)性檢驗(yàn), Mann-WhitneyUtest 比較結(jié)果表明，β-石竹烯在雌花序中的含量與雄花序呈極顯著差異(P=0.000 093 62<0.001)。

圖3 長(zhǎng)梗柳雌雄花序共有揮發(fā)物NMDS 分析Fig. 3 Non-metric multidimensional scaling (NMDS) analysis of volatile components shared in male and female catkins of Salix dunnii

3 結(jié)論和討論

3.1 長(zhǎng)梗柳的傳粉系統(tǒng)

套硫酸紙袋試驗(yàn)結(jié)果表明, 長(zhǎng)梗柳不存在無融合生殖的現(xiàn)象; 套網(wǎng)袋的平均座果率為43.9%, 而套硫酸紙袋的為0.00%, 二者差異顯著，說明風(fēng)媒傳粉具有重要作用; 自然狀態(tài)的平均座果率為90.9%, 較套網(wǎng)袋處理的顯著增加, 說明昆蟲傳粉也具有重要作用[23], 因此長(zhǎng)梗柳傳粉系統(tǒng)為風(fēng)媒和蟲媒混合系統(tǒng), 平均風(fēng)媒、蟲媒傳粉效率分別為71.5%和28.5%,說明風(fēng)媒傳粉效率更高, 這與Tamura 等[7]對(duì)S.miyabeana和S.sachalinensis傳粉系統(tǒng)的研究結(jié)果一致。雌雄株上同時(shí)出現(xiàn)且數(shù)量最豐富的昆蟲是膜翅目蜜蜂科蜜蜂屬的中華蜜蜂(45.65%♂, 52.50%♀), 其次是膜翅目膜隧蜂科淡脈隧蜂屬(Lasioglossum)的昆蟲(18.84%♂, 11.00%♀), 是長(zhǎng)梗柳潛在的主要傳粉者, 中華蜜蜂訪問雌花頻率顯著高于雄花(P=0.018),淡脈隧蜂屬的2 種昆蟲訪雌雄花頻率差異不顯著。這進(jìn)一步支持蜂類是柳屬植物的主要傳粉者[19,33]。

3.2 長(zhǎng)梗柳的生殖投資策略

雌花序長(zhǎng)度明顯大于雄花序, 較長(zhǎng)的花序可能更有利于擴(kuò)大吸附花粉的面積和訪花昆蟲的落腳面積, 從而提升結(jié)實(shí)率, 達(dá)到資源配比的最優(yōu)值[24]。雄株的平均單枝著生花序數(shù)和平均花序花數(shù)均明顯多于雌株, 這與前人[8,19,22]的研究結(jié)果一致，可能利于風(fēng)媒傳粉。

繁殖資源分配在個(gè)體水平可以體現(xiàn)在兩性的性別比例上[6,34], 長(zhǎng)梗柳的3 個(gè)野外居群中雄株數(shù)量均較雌株多, 但其中2 個(gè)居群差異不顯著, 仍需長(zhǎng)期更大尺度的調(diào)查, 以進(jìn)一步確定[34-36]。在雌雄異株多年生植物中, 雄性早于雌性成熟的現(xiàn)象普遍存在, 性別比例會(huì)有所偏倚, 這可能是性分配差異所致[36-37]。此外, Pucholt 等[38]報(bào)道S.viminalis的雌雄株性比偏倚與ZW 性別決定系統(tǒng)有關(guān)，而長(zhǎng)梗柳偏雄性比是否與其具有的XY 性別決定系統(tǒng)[39]有關(guān)尚需進(jìn)一步研究。

長(zhǎng)梗柳雌花β-石竹烯的相對(duì)含量[(14.58±8.34)%]顯著高于雄花(P<0.001), 而β-欖香烯[(0.18±0.54)%]、芳樟醇[(0.22±0.66)%]僅在雌花序中檢出。這些花香揮發(fā)性成分在吸引中華蜜蜂及其他訪花昆蟲中起到關(guān)鍵信號(hào)作用[40-43]。根據(jù)NMDS 結(jié)果,雌雄花序揮發(fā)性成分僅有部分重疊, 分離達(dá)到了顯著水平, 而雄性占據(jù)了更多的面積代表雄花序揮發(fā)性成分的相對(duì)含量更多, 但吸引主要訪花昆蟲中華蜜蜂的物質(zhì)β-石竹烯在雌花序中的含量極顯著(P<0.001)高于雄花序。有研究表明，溫帶和寒帶柳屬植物的揮發(fā)性成分中均有對(duì)訪花昆蟲具有吸引作用的1,4-二甲氧基苯[44-45], 但我們?cè)趤啛釒У拈L(zhǎng)梗柳中并沒有鑒定出1,4-二甲氧基苯, 這可能是由于植物的花香氣味受到地理環(huán)境因素的影響而產(chǎn)生了相應(yīng)的變化[46]。然而長(zhǎng)梗柳花序揮發(fā)性成分多達(dá)38 種, 含量較高的揮發(fā)性成分，如α-蒎烯、2-甲基丁腈、環(huán)五聚二甲基硅氧烷和2,2,4,6,6-五甲基庚烷等是否具有吸引訪花昆蟲的作用尚不明確。

綜上所述, 長(zhǎng)梗柳雄株在早期繁殖資源分配中投入更多的能量, 體現(xiàn)在花朵和花序數(shù)量上, 這是確保風(fēng)媒傳粉效率的前提; 雌株則通過產(chǎn)生吸引訪花昆蟲的揮發(fā)性成分來抵抗“傳粉者限制”效應(yīng), 或許可以加強(qiáng)蟲媒傳粉的效率。本研究支持長(zhǎng)梗柳為蟲媒風(fēng)媒的混合傳粉系統(tǒng), 通過風(fēng)媒和蟲媒有效組合提升繁殖效率。

致謝特別感謝福州大學(xué)測(cè)試中心劉薇老師對(duì)揮發(fā)性成分進(jìn)行測(cè)試, 中國(guó)科學(xué)院動(dòng)物研究所吳超老師鑒定訪花昆蟲, 福建農(nóng)林大學(xué)馬曉開老師對(duì)本文提出的建設(shè)性建議。