孫佳偉 鄭勇奇 于雪丹 夏新合 趙玉賢 武宇霞 張川紅

(林木遺傳育種國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 國(guó)家林業(yè)和草原局林木培育重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院林業(yè)研究所 北京 100091)

20世紀(jì)80年代以來(lái)，學(xué)者們從遺傳多樣性、種群生態(tài)學(xué)、生殖生物學(xué)等多個(gè)角度對(duì)植物瀕危機(jī)制進(jìn)行了探討(Fiedleretal., 1992a; 1992b)，普遍認(rèn)為物種瀕危是多因素綜合作用的結(jié)果，其中許多植物因生殖力、存活力和適應(yīng)力低下等內(nèi)在因素導(dǎo)致瀕危。有性生殖對(duì)植物生命延續(xù)和種群數(shù)量擴(kuò)大具有決定性作用，該過(guò)程中任何一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)障礙，都會(huì)導(dǎo)致生殖失敗，如瀕危植物羊角槭(Aceryangjuechi)存在胚珠敗育現(xiàn)象(許小連，2012)，風(fēng)箱果(Physocarpusamurensis)(殷東生等，2016)和夏蠟梅(Sinocalycanthuschinensis)(Lietal., 2020)等因自然條件下傳粉媒介種類和數(shù)量少、訪花頻率極低等因素導(dǎo)致結(jié)果率或結(jié)實(shí)率低，進(jìn)而引起物種瀕危。

血皮槭(Acergriseum)，無(wú)患子科(Sapindaceae)槭屬(Acer)落葉喬木(Harringtonetal., 2005)，是我國(guó)特有種、世界瀕危種，集中分布于我國(guó)中部地區(qū)，包括湖南、湖北、河南、山西、陜西、四川、重慶和甘肅等省(市)，生長(zhǎng)于海拔1 500～2 000 m疏林中，其天然群體數(shù)量少，呈片段化分布(Gibbsetal., 2009； 陳朋等，2013)。血皮槭樹(shù)干呈赭褐色，樹(shù)皮紙狀卷曲剝落，秋季葉色紅艷，是世界著名彩干兼彩葉樹(shù)種，可作為庭園主景樹(shù)(van Gelderenetal., 1994)。1993年血皮槭曾獲得英國(guó)皇家園藝學(xué)會(huì)園藝獎(jiǎng)，2013年被列入《北京市主要常規(guī)造林樹(shù)種目錄》(喬紅娟，2018)，同時(shí)也被收錄于國(guó)家林業(yè)和草原局發(fā)布的《中國(guó)主要栽培珍貴樹(shù)種參考名錄(2017版)》中。在國(guó)內(nèi)血皮槭苗木市場(chǎng)需求量大，但由于其為瀕危種，且瀕危原因尚不清楚(汪松等，2004)，故目前市場(chǎng)上苗木稀缺，供需矛盾突出。孫圣(2014)研究認(rèn)為血皮槭天然群體遺傳多樣性水平較高，認(rèn)為遺傳因素不是導(dǎo)致其瀕危的主要原因。陳朋等(2013)實(shí)地調(diào)查發(fā)現(xiàn)，血皮槭野外植株結(jié)實(shí)率低，天然更新困難，實(shí)生幼苗生境惡劣，種間競(jìng)爭(zhēng)激烈，有些群體表現(xiàn)為衰退趨勢(shì)(葉學(xué)敏，2017)，上述因素可能是導(dǎo)致其瀕危的原因。對(duì)血皮槭天然群體和人工栽培植株均存在結(jié)實(shí)率低的原因，目前尚無(wú)相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道。早年國(guó)外學(xué)者對(duì)植物園內(nèi)種植的少量血皮槭性別觀察有爭(zhēng)議，有學(xué)者認(rèn)為是雌雄同株，有學(xué)者認(rèn)為是雌雄異株，美國(guó)學(xué)者de Jong(1976)將血皮槭花劃分為雌花、雄花Ⅰ型和雄花Ⅱ型。血皮槭結(jié)實(shí)率低是否與花部特征和交配系統(tǒng)有密切關(guān)系尚需研究。鑒于此，本研究以血皮槭人工栽培植株為材料，探究其花部特征和交配系統(tǒng)類型，從生殖生物學(xué)角度尋找血皮槭結(jié)實(shí)率低的原因，以期為緩解目前苗木供需矛盾、制定有效措施奠定理論基礎(chǔ)。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于北京市中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院內(nèi)(40°0′34″，116°15′4″)，平均海拔43.5 m，典型北溫帶半濕潤(rùn)大陸性季風(fēng)氣候，夏季高溫多雨，冬季寒冷干燥，春、秋短促。全年無(wú)霜期180～200天，年均氣溫約12.9 ℃。降水季節(jié)分配不均勻，全年降水的80%集中在夏季6、7、8月。

2 研究與方法

2.1 試驗(yàn)材料

以血皮槭為實(shí)生苗人工栽培植株為試驗(yàn)材料，共計(jì)8株開(kāi)花母樹(shù)，樹(shù)齡15年，平均胸徑9.6 cm，平均樹(shù)高5.1 m，無(wú)病蟲(chóng)害，生長(zhǎng)狀況良好，已進(jìn)入正常開(kāi)花結(jié)實(shí)年齡。

2.2 試驗(yàn)方法

2.2.1 開(kāi)花動(dòng)態(tài)和花形態(tài)特征觀察 分別于2019和2021年4月觀測(cè)血皮槭植株開(kāi)花情況。參考Dafni(1992)標(biāo)準(zhǔn)，開(kāi)花物候劃分以下乎個(gè)階段： 1)始花期——第一個(gè)植株開(kāi)花的日期； 2)盛花期——50%以上個(gè)體開(kāi)花，群體進(jìn)入盛花期； 3)末花期——75%以上個(gè)體已經(jīng)謝花，視為進(jìn)入末花期，直至花全部凋零(最后一朵花凋落)視為花期結(jié)束。雌花成熟期指柱頭開(kāi)始具有可授性到失去可授性的時(shí)期，雄花成熟期指從花粉開(kāi)始釋放到釋放完畢的時(shí)期。統(tǒng)計(jì)各物候期的持續(xù)時(shí)間，同時(shí)在血皮槭盛花期，于開(kāi)花樹(shù)體上、中、下3層，東、南、西、北4個(gè)方向采集花枝，統(tǒng)計(jì)花序類型以及雌雄花數(shù)量和比例。

隨機(jī)選取健康的花蕾，掛牌標(biāo)記，每天上午9∶00觀察并拍照以記錄開(kāi)花特征和開(kāi)放進(jìn)程。同時(shí)采集完全開(kāi)放的雌花和雄花分別進(jìn)行解剖觀測(cè)，采用游標(biāo)卡尺(精度0.1 mm)測(cè)量其花縱徑、花橫徑、花萼及花瓣數(shù)量、雄蕊數(shù)量及長(zhǎng)度(花絲基部到花藥頂端)等形態(tài)指標(biāo)，雌花和雄花各測(cè)量60朵(60次重復(fù))。通過(guò)便攜式顯微鏡(SCALAR)拍照記錄花形態(tài)。

2.2.2 花粉生活力和柱頭可授性檢測(cè) 采用離體萌發(fā)法檢測(cè)花粉生活力。參照王續(xù)蕾(2016)方法配制含有蔗糖(10%)和硼酸(0.03%)的液體培養(yǎng)基。標(biāo)記雄花若干，在花藥開(kāi)裂前，采集花藥于硫酸紙袋中帶回，室溫干燥2 h后收集花粉并開(kāi)始計(jì)時(shí)，分別于0、3、6、12、24 h取適量花粉進(jìn)行生活力檢測(cè)，每處理3次重復(fù)，探究花粉生活力的動(dòng)態(tài)變化。蘸取少量花粉于凹面載玻片上，滴入適量培養(yǎng)基攪拌均勻，置于培養(yǎng)箱(GXZ光照培養(yǎng)箱)內(nèi)15 ℃、黑暗條件下培養(yǎng)6 h，蓋上蓋玻片，于光學(xué)顯微鏡(Leica DM 2500，10×下觀察3～5個(gè)視野，統(tǒng)計(jì)每個(gè)視野全部花粉數(shù)和萌發(fā)的花粉數(shù)。以花粉管伸長(zhǎng)長(zhǎng)度大于花粉粒直徑視為花粉萌發(fā)，花粉生活力采用下式計(jì)算： 花粉生活力(%)=萌發(fā)花粉數(shù)/全部花粉數(shù)×100%。

采用過(guò)氧化氫法(Dafnietal., 1998)檢測(cè)柱頭可授性。根據(jù)花的不同發(fā)育階段選取柱頭各10枚，浸入反應(yīng)液(3%H2O2)中，置于體視鏡(Leica S8AP0)下觀察，反應(yīng)越劇烈，氣泡數(shù)量越多，表明柱頭可授性越強(qiáng)。

2.2.3 花粉胚珠比和異交指數(shù)估算 采取即將開(kāi)放而花藥尚未開(kāi)裂的雄花10朵，每朵花取全部花藥，用鑷子擠碎，放入盛有適量HCl(1 mol·L-1)溶液的玻璃瓶中，置于60 ℃水浴鍋內(nèi)水解1 h去除花藥壁，蒸餾水定容制成5 mL花粉粒懸浮液，用移液槍吸取5 μL滴在凹面載玻片上，置于光學(xué)顯微鏡下(10倍左右)觀察統(tǒng)計(jì)花粉數(shù)量，重復(fù)取樣觀察3次，計(jì)算單花花粉量和平均單花花粉量。取雌花子房在解剖鏡下用解剖針劃開(kāi)心皮，觀測(cè)并記錄其胚珠數(shù)，根據(jù)單株雌雄花比例分配權(quán)重，用單花花粉量除以單花總胚珠數(shù)計(jì)算花粉胚珠比(pollen-ovuleratio,P/O)。

參照Dafni(1992)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行交配系統(tǒng)評(píng)估。1) 花朵直徑<1.0 mm記為0； 1.0～2.0 mm記為1； 2.1～6.0 mm記為2； >6.0 mm記為3。2) 花藥開(kāi)裂時(shí)間與柱頭可授期之間的時(shí)間間隔： 同時(shí)或雌蕊先熟記為0； 雄蕊先熟記為1。3) 柱頭與花藥的空間位置： 同一高度記為0； 空間分離記為1。三者之和為異交指數(shù)(out crossing index,OCI)，評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)為： OCI=0，為閉花受精； OCI=1，為專性自交； OCI=2，為兼性自交； OCI=3，為自交親和，有時(shí)需要傳粉者； OCI≥4，為部分自交親和，異交需要傳粉者。

2.2.4 人工控制授粉試驗(yàn) 為檢測(cè)交配系統(tǒng)類型，隨機(jī)選取發(fā)育狀況良好的花朵分別進(jìn)行以下5種處理： 1)自然對(duì)照組——不套袋，自由傳粉； 2)同株異花授粉——套紙袋，采用同株異花花粉進(jìn)行人工授粉； 3)異株花授粉——套紙袋，采用不同單株花粉進(jìn)行人工授粉； 4)開(kāi)花前套紙袋，不授粉，檢測(cè)是否存在單性結(jié)實(shí)現(xiàn)象； 5)套網(wǎng)袋，檢測(cè)有無(wú)風(fēng)媒傳粉。每處理不少于60朵花，于60天后檢測(cè)統(tǒng)計(jì)結(jié)實(shí)狀況。具種仁可育的種子稱為飽滿種子。結(jié)果率和結(jié)實(shí)率計(jì)算公式如下：

結(jié)果率(%)=(翅果數(shù)量÷心皮數(shù)量)×100%;

結(jié)實(shí)率(%)=(具飽滿種子的翅果數(shù)量)÷心皮數(shù)量×100%。

3 結(jié)果與分析

3.1 花形態(tài)特征與雌雄花比例

3.1.1 花形態(tài)特征 血皮槭花性別表達(dá)復(fù)雜，花基于功能可分為雄花和雌花2類，其中雄花根據(jù)雌蕊退化程度又分為雄花Ⅰ型和雄花Ⅱ型。雄花Ⅰ型僅具有雄蕊(圖1A)，雌蕊退化消失，花藥正常開(kāi)裂散粉，形態(tài)與功能表達(dá)性別一致。雄花Ⅱ型(圖1B)具有雄蕊和退化雌蕊，退化雌蕊無(wú)子房?jī)H有2裂柱頭，雄蕊長(zhǎng)于雌蕊，花藥正常開(kāi)裂散粉，為功能雄性。雄花Ⅰ型和Ⅱ型大小沒(méi)有差別，但Ⅰ型較常見(jiàn)，Ⅱ型較少見(jiàn)。雌花(圖1C)形態(tài)完整，具有雌蕊和雄蕊，雌蕊柱頭2裂，柱頭高于花藥，僅基部聯(lián)合，子房上位，密被白色絨毛； 雄蕊退化，花絲較短，花藥從雌花開(kāi)放至結(jié)束始終不開(kāi)裂散粉，雌花為假兩性花，功能雌性。雌花和雄花均具有結(jié)構(gòu)相似的蜜腺，呈肉質(zhì)環(huán)狀，位于花瓣與雌雄蕊之間(圖1)。從單花形態(tài)比較發(fā)現(xiàn)，雌花雄蕊長(zhǎng)度小于雄花Ⅱ型，雌花柱頭高度明顯高于雄花Ⅱ型(花柱異型)，即雄花和雌花的雌蕊與雄蕊長(zhǎng)度不等長(zhǎng)，單花存在雌雄異位現(xiàn)象。另外，雌雄異花，也是雌雄異位的表現(xiàn)。

圖1 血皮槭花形態(tài)Fig. 1 Morphology of floret in A. griseumA: 雄花Ⅰ型(fi: 花絲, an: 花藥, ne: 蜜腺)； B: 雄花Ⅱ型(pi: 雌蕊); C: 雌花(ov: 子房).A: Male floret Ⅰ(fi: filament, an: anther, ne: nectary); B: Male floret Ⅱ(pi: pistil); C: Female floret(ov: ovary).

由表1可知，雌花花高、花直徑皆大于雄花，二者花萼、花瓣數(shù)量和雄蕊數(shù)量無(wú)差異，皆為5或6枚。雌花花萼和花瓣數(shù)量多為5枚，少數(shù)為6枚； 花萼和花瓣為5或6枚時(shí)，對(duì)應(yīng)雄蕊數(shù)量為10或12枚。

表1 血皮槭花形態(tài)特征(平均值)①Tab.1 Morphological characteristics of florets in A. griseum (average)

3.1.2 花序類型和雌雄花比例 血皮槭花芽為混合芽，多著生于小枝頂端。雄花與雌花一般共生于1個(gè)聚傘花序，常由3小花組成，每個(gè)花序著生于2枚復(fù)葉之間。不同花序中花性別和數(shù)量不同，可將發(fā)現(xiàn)的花序劃分為3雄型(3)、3雌型(3♀)、2雄1雌型(21♀)、1雄2雌型(12♀)和1雄1雌型(11♀)。由表2可知，3小花型花序數(shù)量最多，占98.63%，其余類型花序僅占1.37%。

血皮槭為雌雄異花同株。從單株來(lái)看，雌花百分比平均78.77%，雄花21.23%，單株雌雄花比例平均約3.71∶1(表2)，血皮槭單株雌花數(shù)量接近4倍于雄花。本研究中8株樣株共觀察花數(shù)量2 402個(gè)，平均每株300.25個(gè)，其中雌花數(shù)量1 853個(gè)，占總數(shù)量為77.14%，雄花數(shù)量549個(gè)，占總數(shù)量為22.86%，整體雌雄花比例約3.37∶1。

3.2 花開(kāi)放動(dòng)態(tài)與花物候

3.2.1 花開(kāi)放動(dòng)態(tài) 從花開(kāi)放過(guò)程來(lái)看，雄花和雌花均經(jīng)歷以下5個(gè)階段。 雄花：1)花蕾期，花芽膨大，發(fā)育為橢球狀花蕾(圖2A)；2)萌動(dòng)期，花蕾進(jìn)一步發(fā)育膨大，花撐開(kāi)芽鱗片(圖2B)；3)露白期，花藥露出(圖2C)；4)開(kāi)放期，花梗伸長(zhǎng)，花突破芽鱗片，雄花花絲明顯伸長(zhǎng)，花藥伸出花瓣，隨后花藥開(kāi)裂散粉； 同一花序內(nèi)雄花散粉不同步，位于中間的雄花先散粉，兩側(cè)雄花后散粉； 同一朵雄花內(nèi)花藥開(kāi)放也不同步(圖2D-F)；5)凋零期，花藥散粉完畢后連同花絲、花瓣、花梗迅速干枯、脫落(圖2G-H)。雄花從開(kāi)放到脫落平均耗時(shí)7.6天。雌花： 花蕾期萌動(dòng)期同雄花(圖3A-B)；露白期，雌花柱頭露出，已張開(kāi)且輕微反卷，具有可授性(圖3C)；開(kāi)放期，花梗伸長(zhǎng)，花序露出，花瓣張開(kāi)幅度小，隨著子房膨大，花瓣被逐漸撐開(kāi)，同時(shí)隨著開(kāi)放柱頭卷曲程度不斷加大(圖3 D-G)；凋零期，隨著子房膨大到一定程度，花瓣、雄蕊(不開(kāi)裂散粉)等逐漸干枯脫落，同時(shí)柱頭干枯，最終形成果實(shí)(圖3H)。雌花從開(kāi)放到坐果(花期結(jié)束)平均耗時(shí)11.6天。圖4所示為混合類型花序中雌雄花的開(kāi)放順序，雌花盛開(kāi)時(shí)，雄花花藥尚未開(kāi)裂散粉，雌花較雄花先成熟開(kāi)放，同時(shí)可知二者的成熟期有所重疊。

表2 血皮槭不同類型花序和雌雄花比例(2021年)①Tab.2 The percentage of female florets and male florets of A. griseum in 2021

圖2 血皮槭3花序小花開(kāi)放動(dòng)態(tài)Fig. 2 Opening dynamics of female florets in 3 inflorescenceA: 花蕾; B: 花蕾萌動(dòng); C: 露白期; D, E, F: 開(kāi)放, 散粉; G, H: 干枯, 凋零.A: Flower bud; B: Flower budding; C: Anther appearing; D, E, F: Full blooming, pollen dissemination; G, H: Floret withering.

圖3 血皮槭3♀花序小花開(kāi)放動(dòng)態(tài)Fig. 3 Opening dynamics of female florets in 3♀ inflorescenceA: 花蕾; B: 花蕾萌動(dòng); C: 露白期; D, E, F, G: 開(kāi)放; H: 柱頭和花瓣枯萎并脫落, 形成果實(shí).A: Flower bud; B: Flower budding; C: Stigma appearing; D, E, F, G: Full blooming; H: Stigmas and petals withered and fallen, fruit appearing.

圖4 血皮槭混合類型花序小花開(kāi)放動(dòng)態(tài)Fig. 4 Opening dynamics of female floret and male florets in 12♀ inflorescenceA: 露白期, 雌花柱頭伸出; B: 雌花開(kāi)始開(kāi)放; C, D: 雄花開(kāi)放和散粉; E, F: 雄花脫落凋零, 果實(shí)形成.A: Stigma appearing exerting; B: Female florets begin to open; C, D: Male florets begin to open and disseminate pollens; E, F: Male florets withered and fallen, fruit appearing.

3.2.2 開(kāi)花物候 血皮槭每年開(kāi)花1次，4月初芽萌動(dòng)、現(xiàn)花蕾，花先葉開(kāi)放，單株樹(shù)花開(kāi)始開(kāi)放時(shí)間平均比始展葉期早4.6天，一般進(jìn)入盛花期時(shí)葉才開(kāi)始伸展。血皮槭花開(kāi)放較為集中，于4月上旬進(jìn)入盛花期，4月中下旬進(jìn)入末花期，花期長(zhǎng)約19.5天(表3)。觀察發(fā)現(xiàn)，血皮槭存在雌雄異熟現(xiàn)象，具體表現(xiàn)為雌花先熟或雄花先熟。2019年僅1株開(kāi)花單株表現(xiàn)為雄花先于雌花開(kāi)放，其余7株皆為雌花先開(kāi)放。2021年則有2株樹(shù)為雄花先于雌花開(kāi)放，其余6株皆為雌花先開(kāi)放，且同一單株在不同年份表現(xiàn)出相反的順序。此外，雌花成熟期和雄花成熟期皆有重合。

表3 血皮槭開(kāi)花物候觀測(cè) (月-日)Tab.3 Observation of flowering phenology(month-date)

3.3 花粉生活力與柱頭可授性

血皮槭花粉生活力的持續(xù)時(shí)間較短，如表2所示，收集到足量花粉時(shí)(0 h)花粉生活力為53.76%±2.46%，經(jīng)3 h室溫干燥保存后，花粉生活力最高為63.86%±5.35%，與0 h相比差異顯著，12 h后花粉活力迅速降至21.12%±5.50%，24 h后降至1.03%±0.13%，近乎完全喪失生活力。

雌花不同發(fā)育時(shí)期的柱頭可授性表現(xiàn)為： 1) 露白期，花柱未開(kāi)裂，柱頭頂端弱度反卷，產(chǎn)生氣泡極少，可授性微弱或無(wú)(圖5A)； 2) 開(kāi)放期，花柱開(kāi)裂，柱頭頂端輕度反卷，產(chǎn)生氣泡的面積擴(kuò)大，速度快，數(shù)量多，可授性較強(qiáng)(圖5B)； 柱頭可授性與柱頭姿態(tài)相關(guān)，隨著柱頭反卷程度加深，氣泡產(chǎn)生速度加快，反應(yīng)十分劇烈，氣泡發(fā)生面積進(jìn)一步擴(kuò)大(圖5C)，可授性達(dá)到最強(qiáng)； 3) 凋零期，柱頭頂端開(kāi)始褐化干枯，柱頭可授性微弱(圖5D)。綜上所述，柱頭從露白期伸出花冠時(shí)已具有微弱可授性，隨著柱頭反卷程度不斷加深，可授性逐漸加強(qiáng)，持續(xù)到花末期柱頭褐化干癟為止，可授性幾乎貫穿于整個(gè)雌花花期。

表4 室溫自然條件下血皮槭花粉生活力變化①Tab.4 Pollen viability of A. griseum at room temperature

圖5 雌花不同時(shí)期柱頭可授性變化情況Fig. 5 Stigma receptivity on different period of female flowersA: 露白期, 花柱未開(kāi)裂; B, C: 開(kāi)放期, 花柱開(kāi)裂, 柱頭頂端開(kāi)始反卷; D: 末花期, 柱頭褐化干枯.A: Stigmas appearing, stigmas not dehiscent; B, C: Flowering, stigmas are dehiscent and curved; D: End of flowering, stigmas are brown and dried-up.

3.4 花粉胚珠比與異交指數(shù)

血皮槭花粉量較大，平均單花花粉量為45 900～58 900個(gè)； 單花雌蕊2心皮，2室，每室2個(gè)胚珠，平均胚珠數(shù)為4，因?yàn)榇菩郛惢?，按照單株雌雄花比例，?jì)算出P/O為3 093～3 969。依據(jù)Cruden(1977)標(biāo)準(zhǔn)，P/O為2 108.0～195 525.0時(shí)交配系統(tǒng)為專性異交，判定血皮槭交配系統(tǒng)為專性異交。

根據(jù)Dafni(1992)標(biāo)準(zhǔn)，血皮槭平均單花直徑： 雄花為(6.50±1.14)mm，雌花為(7.72±1.08)mm，皆大于6 mm，記為3； 雌蕊柱頭可授期間有雄花散粉，記為0； 柱頭與花藥的空間位置分離，記為1，故其OCI為4，由此判斷血皮槭交配系統(tǒng)為異交，部分自交親和，需要傳粉者。

3.5 人工控制授粉試驗(yàn)結(jié)果

血皮槭人工控制授粉試驗(yàn)結(jié)果(表5)表明： 1)套網(wǎng)袋處理結(jié)實(shí)率極低，說(shuō)明血皮槭風(fēng)媒傳粉可能性極低，以蟲(chóng)媒為主；2)自株異花授粉結(jié)實(shí)率(28.57%)低于自然授粉(38.95%)；說(shuō)明血皮睚交產(chǎn)生可育種子數(shù)少，存在自交親和現(xiàn)象； 3)異株異花授粉結(jié)實(shí)率(67.19%)高于自然授粉(38.95%)，說(shuō)明自然條件下傳粉效率低下，人工輔助授粉可提高結(jié)實(shí)率； 4)套袋不授粉結(jié)實(shí)率為100%，且結(jié)實(shí)率為0，說(shuō)明血皮槭不經(jīng)過(guò)受精過(guò)程產(chǎn)生空果，即存在強(qiáng)烈單性結(jié)實(shí)現(xiàn)象。

表5 控制授粉試驗(yàn)結(jié)實(shí)情況Tab.5 Seed setting from controlled pollinations of A. griseum

4 討論

4.1 血皮槭交配系統(tǒng)類型及單性結(jié)實(shí)現(xiàn)象

花粉胚珠比結(jié)果表明血皮槭交配系統(tǒng)為專性異交，而異交指數(shù)結(jié)果則表明其交配系統(tǒng)為異交，部分自交親和，需要傳粉者，與人工控制授粉自交結(jié)實(shí)率28.57%相一致，由此推測(cè)血皮槭交配系統(tǒng)為異交，部分自交親和，需要傳粉者。血皮槭由于異交而維持群體內(nèi)較高遺傳多樣性，與分子標(biāo)記顯示群體內(nèi)存在部分自交的結(jié)論(孫圣，2014)吻合的。人工異株花授粉(67.19%)明顯高于自然授粉結(jié)實(shí)率(38.95%)，表明自然條件下傳粉者數(shù)量不足或傳粉效率低下可能是導(dǎo)致其結(jié)實(shí)率低的重要原因。同時(shí)觀察發(fā)現(xiàn)，血皮槭植株附近(100 m內(nèi))同處花期(4月中旬)的植物有牡丹(Paeoniasuffruticosa)和海棠(Malusspectabilis)等，推測(cè)植物之間對(duì)傳粉者的競(jìng)爭(zhēng)可能影響結(jié)實(shí)率，或由于血皮槭在北京屬于引進(jìn)樹(shù)種，其可能缺乏適合的傳粉媒介。另外，本研究推測(cè)野外血皮槭單株結(jié)實(shí)率低是因傳粉媒介的種間競(jìng)爭(zhēng)導(dǎo)致，至于血皮槭的傳粉媒介是什么，還需要對(duì)血皮槭的傳粉生物學(xué)作進(jìn)一步探究。

de Jong(1976)發(fā)現(xiàn)槭屬植物普遍存在單性結(jié)實(shí)現(xiàn)象，但表現(xiàn)程度不同。單性結(jié)實(shí)不明顯的樹(shù)種如粗柄槭(A.tonkinense)和紅花槭(A.rubrum)等，若雌花未受精，則子房會(huì)停止發(fā)育，進(jìn)而脫落或果實(shí)小而干癟； 挪威槭(A.platanoides)和紅脈槭(A.rufinerve)等，若雌花未受精也能結(jié)實(shí)，但果實(shí)在發(fā)育過(guò)程中會(huì)部分脫落，單性結(jié)實(shí)較明顯； 單性結(jié)實(shí)強(qiáng)烈的樹(shù)種如梣葉槭(A.negundo)等，雌花無(wú)論受精與否均不會(huì)脫落，形成的空籽果實(shí)與正常含籽果實(shí)形態(tài)無(wú)差別，難以區(qū)分。本研究套袋不授粉試驗(yàn)結(jié)果率為100%，證實(shí)血皮槭存在強(qiáng)烈的單性結(jié)實(shí)現(xiàn)象，推測(cè)其為自然條件下栽培植株結(jié)實(shí)率低的原因之一。

4.2 血皮槭避免自交機(jī)制

槭屬植物大部分物種表現(xiàn)為二重雌雄異型異熟，即植株雌雄功能按雄—雌—雄順序分別表達(dá)，具有兩期雄花(de Jong, 1976)。色木槭即表現(xiàn)出二重雌雄異型異熟，同時(shí)也具有雄先熟或雌先熟的現(xiàn)象(張靈芝等，2011)。本研究花物候觀測(cè)結(jié)果表明，血皮槭開(kāi)花進(jìn)程中通常表現(xiàn)為雌先熟或雄先熟。血皮槭雌花雌蕊柱頭可授期時(shí)間較長(zhǎng)，貫穿開(kāi)花始末，在雌花柱頭可授期內(nèi)，同一花序或同一單株雄花開(kāi)放散粉，花粉生活力雖然時(shí)間短，但與柱頭可授期之間存在一定重疊。在植物傳粉過(guò)程中，有效的傳粉是以大量的花粉、有效的媒介和具有可授性的柱頭為前提(黃雙全等，2000)，觀測(cè)中發(fā)現(xiàn)血皮槭在開(kāi)花期通常存在大量發(fā)育時(shí)期不同的花，即血皮槭在花序水平上(混合花序)和單株水平上具有自交的可能性。綜上表明，血皮槭為不完全雌雄異熟。

4.3 血皮槭單翅果單籽現(xiàn)象

本研究發(fā)現(xiàn)，血皮槭每個(gè)雌花每個(gè)心皮內(nèi)含有2個(gè)胚珠，但通常只有1個(gè)胚珠發(fā)育正常，1對(duì)翅果由2個(gè)單翅果(每個(gè)單翅果由1個(gè)心皮發(fā)育而來(lái))組成，即單翅果單籽現(xiàn)象。調(diào)查中偶爾觀察到洛陽(yáng)牡丹園內(nèi)種植血皮槭僅有1個(gè)單株的有些翅果外形較大，解剖發(fā)現(xiàn)單翅果雙籽現(xiàn)象，即心皮內(nèi)的2個(gè)胚珠皆能正常發(fā)育，這說(shuō)明多數(shù)血皮槭果實(shí)種胚發(fā)育過(guò)程中普遍存在敗育現(xiàn)象，降低了結(jié)實(shí)率。峨眉山天然單株天全槭(A.sutchuenensesubsp.tienchuanense)地面多年殘留的空果實(shí)也發(fā)現(xiàn)1個(gè)翅果內(nèi)2個(gè)空洞存在，即單翅果雙籽現(xiàn)象。其他槭樹(shù)也偶爾發(fā)現(xiàn)單翅果雙籽現(xiàn)象(van Gelderenetal., 1994)。血皮槭目前普遍為單翅果單籽，結(jié)實(shí)率很低，如果能提高單翅果雙籽發(fā)生頻率，則可獲得更多的種子。因此，血皮槭單翅果單籽現(xiàn)象產(chǎn)生的原因及提高單翅果雙籽頻率的栽培措施還需要進(jìn)一步研究。

5 結(jié)論

血皮槭花功能單性，雌雄異花同株，不完全雌雄異熟； 交配系統(tǒng)兼性異交，部分自交親和，需要傳粉者，具有強(qiáng)烈的單性結(jié)實(shí)傾向。單性結(jié)實(shí)和傳粉效率低可能是引起血皮槭結(jié)栽培植株結(jié)實(shí)率低的重要原因。本研究對(duì)象為人工栽培植株，對(duì)血皮槭交配系統(tǒng)進(jìn)行初步探討，對(duì)于天然群體還需進(jìn)一步通過(guò)分子標(biāo)記方法結(jié)合傳粉媒介的觀察研究血皮槭天然群體的交配系統(tǒng)類型，從而揭示天然群體血皮槭結(jié)實(shí)率低的原因，同時(shí)花功能單性的形成機(jī)制以及種子發(fā)育過(guò)程中是否存在敗育現(xiàn)象也需要進(jìn)一步探究，以為制定合理的保護(hù)策略提供科學(xué)依據(jù)。