園藝學(xué)報 2021 48 5 1002 1012 Acta Horticulturae Sinica 1002 doi 10 16420 j issn 0513 353x 2020 0809 http www ahs ac cn 收稿日期 2020 11 09 修回日期 2021 04 10 基金項(xiàng)目 國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目 31301810 國家公益 農(nóng)業(yè) 行業(yè)科研專項(xiàng)資助項(xiàng)目 201203071 農(nóng)業(yè)部園藝作物生物學(xué)與種 質(zhì)創(chuàng)制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目 通信作者 Author for correspondence E mail Wuronghua06 jiaruidong 長瓣兜蘭開花特性與繁育系統(tǒng)研究 楊佳慧 1 吳 婷 2 朱 俊 1 楊樹華 2 趙 鑫 2 葛 紅 2 武榮花 1 賈瑞冬 2 1 河南農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院 鄭州 450002 2 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜花卉研究所 國家花卉改良中心 北京 100081 摘 要 觀察記錄了溫室栽培條件下長瓣兜蘭 Paphiopedilum dianthum 的花部特征和開花進(jìn)程 同時通過花粉活力與柱頭可授性測定 雜交指數(shù)估算及人工控制授粉試驗(yàn)等對其繁育特性進(jìn)行了研究 結(jié)果表明 長瓣兜蘭 6 9 月開花 單花期 45 55 d 2 5 朵花 單株花期 75 90 d 在花朵開放過程 中 花藥凝聚形成的花粉團(tuán)始終位于蕊柱兩側(cè)且有一定距離 相對位置不變 盛花期 開 6 34 d 花 粉活力和柱頭可授性最強(qiáng) 長瓣兜蘭雜交指數(shù) OCI 為 4 無論去雄與否 套袋后的花均不結(jié)實(shí) 人工 自花授粉 人工同株異花授粉和人工異株授粉的結(jié)實(shí)率分別為 83 30 90 00 和 96 70 顯著高于自然 傳粉 說明長瓣兜蘭不存在無融合生殖現(xiàn)象 具有高度被動自交和異交的能力 繁育系統(tǒng)是需要傳粉者 自交和異交混合交配的系統(tǒng) 關(guān)鍵詞 長瓣兜蘭 花粉活力 柱頭 可授性 雜交指數(shù) 繁育系統(tǒng) 中圖分類號 S 682 31 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 A 文章編號 0513 353X 2021 05 1002 11 Studies on Flowering Characteristics and Breeding System of Paphiopedilum dianthum YANG Jiahui 1 WU Ting 2 ZHU Jun 1 YANG Shuhua 2 ZHAO Xin 2 GE Hong 2 WU Ronghua 1 and JIA Ruidong 2 1 College of Forestry Henan Agricultural University Zhengzhou 450002 China 2 Institute of Vegetables and Flowers Chinese Academy of Agricultural Sciences Beijing 100081 China Abstract The floral characteristics and flowering process of Paphiopedilum dianthum under greenhouse cultivation condition were investigated Meanwhile the pollen viability and stigma acceptability determination hybridization index estimation and artificial controlled pollination test were conducted to analyze floral characteristics and breeding system of the P dianthum The results showed that P dianthum blossomed from June to September with a single flowering period of 45 to 55 d a single plant flowering period of 75 to 90 d Each plant generally produced one peduncle bearing with two to five flowers During the entire blooming process the pollinia formed by anthers were persistently located on both sides of the staminode and the relative positions remained unchanged The pollen viability and stigma receptivity reached the highest in the full flowering period flowering 6 to 34 d and the pollen and sitgma have a longer life span The hybridization index OCI of P dianthum was four Regardless of emasculation 楊佳慧 吳 婷 朱 俊 楊樹華 趙 鑫 葛 紅 武榮花 賈瑞冬 長瓣兜蘭開花特性與繁育系統(tǒng)研究 園藝學(xué)報 2021 48 5 1002 1012 1003 or not the seed setting rates of artificial self pollination artificial cross pollination of the same plant and artificial cross pollination of different plants were 83 30 90 00 and 96 70 respectively No significant difference was observed among these rates which were all significantly higher than that of natural pollination These results demonstrate that there is no apomixis but highly passive self crossing and out crossing abilities in the P dianthum and the breeding system is a mixed mating system of selfing and out crossing that requires pollinators Keywords Paphiopedilum dianthum flower pollen viability stigma receptivity hybridization index breeding system 長瓣兜蘭 Paphiopedilum dianthum T Tang et F T Wang 是蘭科 Orchidaceae 兜蘭屬附生植 物 主要分布于中國廣西西部 貴州西南部和云南東南部等地 生長于石灰?guī)r地區(qū)常綠闊葉林下或 灌木林下的巖石上或蔭蔽的巖壁上 為國家一級保護(hù)植物 花形獨(dú)特 中萼片較大且醒目 倒盔狀 的唇瓣顏色艷麗 是中國僅有的幾種多花性兜蘭之一 有很高的觀賞和經(jīng)濟(jì)價值 羅毅波 等 2003b 龍波和龍春林 2006 史軍 等 2007 劉仲健和陳心啟 2009 近年來 由于濫采濫挖及環(huán)境條 件惡劣等影響 長瓣兜蘭生存受到威脅 資源急劇減少 景襲俊和胡鳳榮 2018 蘭科植物被認(rèn)為是被子植物中高度適應(yīng)蟲媒傳粉而具有特殊花部結(jié)構(gòu)的類群 如雄蕊與雌蕊融 合成蕊柱 花粉聚成花粉團(tuán)以及花瓣特化為各種形狀的唇瓣等 Schiestl Schl ter 2009 李成儒 等 2020 兜蘭的蕊柱是由 2枚位于兩側(cè)的能育雄蕊 1枚位于上方的盾狀退化雄蕊和 1個位于下方的 柱頭組成 大多數(shù)種類的花粉均黏合成不規(guī)則的團(tuán)塊 唇瓣特化成兜狀 目前有關(guān)長瓣兜蘭的研究 主要集中在組織培養(yǎng) 王蓮輝 等 2009 栽培技術(shù) 傳粉特征 Chen et al 2012 等方面 繁育 系統(tǒng)研究相對較少 而白及 Bletilla striata 杏黃兜蘭 P armeniacum 肉餅兜蘭 P Pacific Shamrock 春蘭 Cymbidium goeringii Anacamptis longicornu等蘭科植物繁育系統(tǒng)的研究為長瓣 兜蘭提供了一定的理論基礎(chǔ)和方法 劉可為 等 2005 庚曉紅 等 2008 王彩霞 等 2012 初美 靜 等 2019 Miquel et al 2019 Lu et al 2019 開展長瓣兜蘭花部特征和繁育系統(tǒng)研究 不僅 可以深入研究花朵的典型結(jié)構(gòu) 傳粉方式及媒介種類 而且能夠了解植物的生態(tài)適應(yīng)機(jī)制 為雜交 育種工作提供依據(jù) 其中雜交指數(shù)法是檢測顯花植物繁育系統(tǒng)最準(zhǔn)確和快速的方法 劉林德 等 2002 本試驗(yàn)中對溫室栽培的長瓣兜蘭植株進(jìn)行觀測 通過花部特征 開花進(jìn)程觀察 雜交指數(shù)估 算和繁育系統(tǒng)的研究 進(jìn)一步了解長瓣兜蘭的生殖特性 為實(shí)現(xiàn)長瓣兜蘭的人工繁殖和產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn) 提供科學(xué)依據(jù) 為其資源保護(hù)提供有力保障 1 材料與方法 1 1 試驗(yàn)地點(diǎn)和植物材料 試驗(yàn)在中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜花卉研究所無土栽培溫室進(jìn)行 夏季開風(fēng)機(jī) 水簾降溫 外加遮陽 網(wǎng) 春 秋季開天窗 冬季有暖氣供暖 供試長瓣兜蘭約 230 株 平均 3 d 澆 1 次水 溫度為 26 30 相對濕度為 65 70 取生長狀況良好 無病蟲害的材料進(jìn)行試驗(yàn) Yang Jiahui Wu Ting Zhu Jun Yang Shuhua Zhao Xin Ge Hong Wu Ronghua Jia Ruidong Studies on flowering characteristics and breeding system of Paphiopedilum dianthum 1004 Acta Horticulturae Sinica 2021 48 5 1002 1012 1 2 方法 1 2 1 花器官特征和開花進(jìn)程觀察 隨機(jī)選取盛花期全天開放的花 10 朵 用游標(biāo)卡尺測量株高 花徑 中萼片 合萼片 花瓣 唇瓣 子房 果莢 的大小 并在體視顯微鏡 OLYMPUS SZ 下觀察花部特征微形態(tài)結(jié)構(gòu) 取成 熟的花粉團(tuán)經(jīng) FAA 固定液 100 mL FAA 50 乙醇 89 mL 冰乙酸 6 mL 甲醛 5 mL 處理 24 h 用不同濃度乙醇梯度脫水 70 80 90 95 100 各處理 15 min 放入干燥器 用二氧 化碳臨界點(diǎn) Leica CPD300 干燥 5 h 干燥后的樣品待觀察部位朝上用雙面膠粘在金屬臺上 用離 子濺射儀 HITACHI E 1010 對金屬臺噴金 鍍膜 用掃描電子顯微鏡 Hitachi S 4800 觀察 對 花粉團(tuán)的表面紋飾 花粉外形態(tài)進(jìn)行測量并拍照 在整個花期內(nèi)選取 10 株植株 觀察并記錄花朵個體的開放進(jìn)程 直至花瓣凋謝脫落 單花花期 為花瓣從兩側(cè)打開至花朵枯黃的日期 單株花期為從植株上第 1 朵花開放至最后 1 朵花枯萎的日期 1 2 2 花粉活力與柱頭可授性測定 在晴天上午采集不同開花階段的新鮮花粉 以 5 蔗糖 0 05 硼酸 0 001 氯化鈣為液體培 養(yǎng)基 將花粉用解剖針輕輕取下并置于雙凹載玻片上 滴加培養(yǎng)液 將載玻片放在墊有濕潤濾紙的 培養(yǎng)皿中 蓋上蓋子置于人工培養(yǎng)箱 溫度 25 相對濕度 80 以上 以 FAA 固定液浸泡 24 h 殺死花粉作為對照 培養(yǎng) 48 h 后統(tǒng)計花粉萌發(fā)數(shù) 以花粉管長度超過花粉直徑的 2 倍記為萌發(fā) 各 開花階段取 3 份樣 制片后隨機(jī)選取 3 個視野統(tǒng)計萌發(fā)數(shù) 花粉萌發(fā)率 萌發(fā)的花粉數(shù) 視野 內(nèi)總花粉數(shù) 100 歐陽英 等 2010 田紹澤 等 2020 采用聯(lián)苯胺 過氧化氫法 劉林德 等 2001 測定長瓣兜蘭的柱頭可授性 取各開花階段的柱 頭進(jìn)行試驗(yàn) 將其浸入聯(lián)苯胺 過氧化氫反應(yīng)液 1 聯(lián)苯胺 3 過氧化氫 水 4 11 22 中 用 體式顯微鏡 OLYMPUS SZ 觀察并拍照 若被測的柱頭周圍有大量氣泡出現(xiàn) 則表明柱頭具有較 強(qiáng)可授性 1 2 3 花粉組織化學(xué)分析 隨機(jī)采集 10 朵長瓣兜蘭的成熟花粉團(tuán) 放入 2 mL 凍存管中 用鑷子輕輕搗碎 隨后加入碘 碘化鉀染液浸染 5 10 min 用移液槍吸取帶花粉的懸浮液制片 每朵花制片 3 張 在倒置顯微鏡 下觀察 花粉呈紅色說明其中含有脂質(zhì) 呈藍(lán)色或黑色表明內(nèi)有淀粉存在 1 2 4 雜交指數(shù)的估算 按照 Dafni 1992 的標(biāo)準(zhǔn) 通過花直徑 生殖器官的空間位置與成熟情況等評判繁育系統(tǒng)類 型 OCI 雜交指數(shù) 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 有時需要傳粉者 OCI 4 為異交為主 部分自交親和 且需要傳粉者 1 2 5 人工控制授粉 設(shè) 6 種傳粉方式 自然授粉 自然自花授粉 套袋 去雄不授粉 人工自花授粉 人工同株異 花授粉 人工異株授粉 在溫室選擇生長健壯且即將開放的花朵 先將合蕊柱兩側(cè)的花粉用鑷子取 出 此時花粉團(tuán)具很強(qiáng)的粘性 去掉唇瓣 粘在合蕊柱下方 授粉成功后 兩周左右子房開始膨大 每個處理 10 朵花 重復(fù) 3 次 套袋用自制 6 cm 8 cm 硫酸紙袋將單花套住 授粉 20 d 后檢測和統(tǒng) 計結(jié)實(shí)率 結(jié)實(shí)率 果實(shí)數(shù) 花數(shù) 100 1 2 6 數(shù)據(jù)統(tǒng)計 利用 Excel2016 進(jìn)行數(shù)據(jù)分析 SPSS2 0 進(jìn)行方差分析 采用 LSD 多重比較 數(shù)據(jù)為均值 標(biāo) 準(zhǔn)差 楊佳慧 吳 婷 朱 俊 楊樹華 趙 鑫 葛 紅 武榮花 賈瑞冬 長瓣兜蘭開花特性與繁育系統(tǒng)研究 園藝學(xué)報 2021 48 5 1002 1012 1005 2 結(jié)果與分析 2 1 花器官特征和開花進(jìn)程 2 1 1 花器官特征 長瓣兜蘭整株有 2 5 朵兩性花 子房長約 5 6 cm 綠色無毛 下位 1 室子房 花被由 1 枚中 萼片 1 枚合萼片 2 枚花瓣和 1 枚唇瓣組成 圖 1 中萼片白色 基部淺綠色 有 1 道凹痕 兩 側(cè)向背部反卷 圖 1 A 合萼片寬大呈淺黃綠色 背部有 2 道凹痕 凹痕處顏色略深 圖 1 B 兩片花瓣位于唇瓣左右兩側(cè)向外卷曲呈紫紅間綠色 基部有黑色凸起 有些凸起表面還具有黑色睫 狀毛 圖 1 C 唇瓣拖鞋狀 內(nèi)側(cè)紫紅色 上部有深紫紅色睫狀毛凸出 外側(cè)紫紅間綠色 圖 1 D E 中間為合蕊柱 退化雄蕊倒心形或倒卵形 2 枚能育雄蕊位于其兩側(cè) 下面是 1 個柱頭 花粉團(tuán)表面光滑 未成熟時呈淡黃色 成熟后變?yōu)樯铧S色且隨開花時間的增加變粘 圖 1 F 果 莢成熟時呈黃綠色不規(guī)則橢圓形 后變?yōu)楹稚?圖 1 G 長瓣兜蘭株高 最大葉長 花徑高度 合萼片和中萼片的長寬 花瓣長寬 子房長度 唇瓣以及唇口的橫縱徑等一些花部形態(tài)數(shù)據(jù) 表 1 圖 1 長瓣兜蘭的花部特征 A 中萼片正面和反面 B 合萼片正面和反面 C 左右花瓣 D E 唇瓣的正面 背面以及切面 F 合蕊柱 G 子房 成熟果莢 Fig 1 Floral syndrome of Paphiopedilum dianthum A Dorsal sepal positive and opposite B Synsepal positive and opposite C Left and right petals D E Lip positive opposite and section F Gynandrium G Ovary matural pod Yang Jiahui Wu Ting Zhu Jun Yang Shuhua Zhao Xin Ge Hong Wu Ronghua Jia Ruidong Studies on flowering characteristics and breeding system of Paphiopedilum dianthum 1006 Acta Horticulturae Sinica 2021 48 5 1002 1012 表 1 長瓣兜蘭花部各器官大小 Table 1 Organ size of the Paphiopedilum dianthum flower 株高 Plant height 最大葉片 Maximum leaf 花莖 高 Scape height 唇瓣 Lip 合萼片 Synsepal 中萼片 Dorsal sepal 雄蕊 Staminoid 花瓣 Petal 唇口 Labellum 子房長 Length of ovary長 Length 寬 Width 橫徑 Dia meter 縱徑 Vertical diameter 長 Length 寬 Width 長 Length 寬 Width 橫徑 Dia meter 縱徑 Vertical diameter 長 Length 寬 Width 橫徑 Dia meter 縱徑 Vertical diameter 53 00 5 60 28 70 3 50 5 27 0 50 46 30 5 80 2 30 0 20 4 50 0 20 4 27 0 10 2 81 0 40 4 62 0 20 2 49 0 30 1 18 0 10 1 51 0 10 10 27 0 80 1 19 0 10 2 68 0 10 1 63 0 20 5 55 0 17 電子掃描觀察發(fā)現(xiàn) 長瓣兜蘭柱頭表面有明顯紋路 排列整齊 單側(cè)可育雄蕊上花粉團(tuán)似兩個 拳形連在一起 表面由無數(shù)個花粉粘連密布 排列緊密且有不明顯的凸起 花粉為不規(guī)則橢圓形或 近圓形 表面光滑無紋飾 圖 2 圖 2 長瓣兜蘭柱頭 花粉團(tuán)和花粉粒掃描電鏡照片 A 花粉團(tuán) B 花粉團(tuán)表面 C 柱頭表面 D 極面觀花粉粒 E 赤道正面觀花粉粒 F 赤道背面觀花粉粒 Fig 2 Floral syndrome of Paphiopedilum dianthum stigma pollinia and pollen A The whole morphology of pollinia B Pollen mass surface morphology C The surface morphology of stigma D A pollen grain in the polar view E Equatorial positive view of pollen F Equatorial opposite view of pollen 2 1 2 開花進(jìn)程 在溫室條件下 長瓣兜蘭從 5 月開始就零星開放 群體花期 6 9 月 單花花期 55 d 左右 整 株花期可達(dá) 75 d 長瓣兜蘭開花進(jìn)程可分為 6 個階段 圖 3 花苞 期 開花前 5 4 d 花苞未開放 整體呈不規(guī)則橢圓形 中萼片合萼片緊閉 呈綠白 色 其中花粉團(tuán)顏色淺 較透明 圖 4 花苞 期 開花前 3 1 d 花苞開始開放 中萼片合萼片分離 有紫色花瓣露出 花苞橫徑 大于 2 5 cm 縱徑大于 4 0 cm 初花 期 開花 1 3 d 花苞大部分開放 中萼片合萼片上下分離距離大于 3 0 cm 兩側(cè)花 瓣伸出唇瓣的長度超過 1 5 cm 紫色的唇瓣開始露出 子房略膨脹 合蕊柱有少量粘液分泌 花粉 團(tuán)呈金黃色 較為飽滿 圖 4 初花 期 開花 4 5 d 花苞大部分開放 中萼片向上豎起 合萼片外周開始卷曲 唇瓣呈 兜狀 上部有紫色睫狀毛凸出 兩者分離距離大于 4 5 cm 從正面能明顯看到含花粉團(tuán)的合蕊柱 兩側(cè)花瓣開始卷曲且上部有點(diǎn)狀褐斑 合蕊柱柱頭粘液分泌量增多 盛花期 開花 6 34 d 花苞完全開放 中萼片豎起 合萼片長度達(dá)到 4 0 cm 寬度 2 0 cm 楊佳慧 吳 婷 朱 俊 楊樹華 趙 鑫 葛 紅 武榮花 賈瑞冬 長瓣兜蘭開花特性與繁育系統(tǒng)研究 園藝學(xué)報 2021 48 5 1002 1012 1007 兩側(cè)花瓣完全卷曲向外打開 外周呈鋸齒狀 退化雄蕊呈倒心形 下部綠上部白 花粉團(tuán)開始變粘 甚至液化 顏色由淡黃色變深 合蕊柱柱頭粘液量分泌達(dá)到最多 末花期 35 54 d 花朵枯萎 唇瓣向內(nèi)凹陷 中萼片和合萼片開始變褐 花瓣顏色變深下垂 花粉團(tuán)變硬 圖 4 凋謝期 55 d 左右 花朵完全失水 顏色呈深褐色 干枯凋謝 圖 3 不同發(fā)育階段的長瓣兜蘭花形態(tài) Fig 3 The development stage of flower of Paphiopedilum dianthum 圖 4 不同發(fā)育階段的花粉團(tuán)形態(tài) Fig 4 The morphology of pollinia at different stages of development 2 2 花粉活力與柱頭可授性 長瓣兜蘭從開花前即花苞期花粉就有一定的活性 盛花期時花粉活力最強(qiáng) 達(dá)到 78 26 表 2 顯微鏡下觀察發(fā)現(xiàn) 長瓣兜蘭的花粉為橢圓形 萌發(fā)時只有 1 個花粉管伸長 圖 5 是單體花粉 花粉培養(yǎng) 24 h 開始萌發(fā) 36 h 時萌發(fā)的花粉管長度超過花粉粒直徑的 2 倍 檢測柱頭可授性 可看 到初花 期和盛花期時的柱頭周圍均變藍(lán)且有大量氣泡產(chǎn)生 表明此階段可授性最強(qiáng) 從表 2 可以 看出 長瓣兜蘭雌雄同熟 在盛花期花粉活力最強(qiáng) 柱頭活力也最強(qiáng) 因此在進(jìn)行人工授粉時 應(yīng) 選擇盛花期的花朵 成功率較高 表 2 花粉活力與柱頭可授性檢測 Table 2 Test of pollen activity and stigma receptivity 時期 Stage 花粉活力 Pollen activity 柱頭可授性 Stigma receptivity 花苞 期 Bud stage 10 33 1 17 f 花苞 期 Bud stage 20 43 1 69 e 初花 期 First flowering stage 38 33 2 15 c 初花 期 First flowering stage 49 83 4 30 b 盛花期 Full bloom stage 78 26 3 16 a 末花期 Final flowering stage 27 43 4 06 d 注 表示柱頭不具可授性 指部分柱頭具可授性 表示柱頭具可授性 表示柱頭可授性較強(qiáng) Note means stigma has no receptivity means part of stigma has receptivity means stigma has receptivity means stigma has strong receptivity Yang Jiahui Wu Ting Zhu Jun Yang Shuhua Zhao Xin Ge Hong Wu Ronghua Jia Ruidong Studies on flowering characteristics and breeding system of Paphiopedilum dianthum 1008 Acta Horticulturae Sinica 2021 48 5 1002 1012 圖 6 碘 碘化鉀花粉組織染色 Fig 6 Staining of iodide potassium iodide pollen tissue 圖 5 花粉離體萌發(fā)法 A 和柱頭可授性檢測 B Fig 5 Pollen germination in vitro A and Stigma accessibility test B 2 3 花粉組織化學(xué) 花粉進(jìn)行碘 碘化鉀染色后 在顯微鏡下 看到花粉迅速被染成紅色或黑色 圖 6 其中 淀粉反應(yīng)呈現(xiàn)褐色或黑色 脂類反應(yīng)呈現(xiàn)紅色 可見長瓣兜蘭花粉中存在脂質(zhì)較多 而淀粉含 量較低 2 4 雜交指數(shù) OCI 根據(jù) Dafni 1992 的標(biāo)準(zhǔn) 長瓣兜蘭花 朵直徑為 8 10 cm 大于 6 mm 記為 3 花 粉成熟時聚成典型花粉團(tuán)位于合蕊柱兩側(cè) 開 花時兩者存在一定距離 無法接觸 記為 1 花粉和柱頭同步成熟 記為 0 長瓣兜蘭的雜 交指數(shù) OCI 為 4 其繁育系統(tǒng)以異交為主 部分自交親和 需要傳粉者 2 5 人工控制授粉 授粉成功后 兩側(cè)花瓣顏色變褐 3 5 d 之后柱頭微微膨大 2 周左右子房膨大 萼片及唇瓣 開始卷曲或萎縮 Huda 和 Wilcock 2012 對多種蘭花觀察發(fā)現(xiàn)授粉后花朵迅速枯萎直至凋謝 本 試驗(yàn)過程中也發(fā)現(xiàn)長瓣兜蘭已授粉的花比未授粉花提前枯萎 未成功授粉的花朵開花 55 d 左右子房 開始變黃褐色 萎蔫脫落 果莢呈不規(guī)則橢圓形 深綠色 授粉 20 d 后統(tǒng)計長瓣兜蘭的結(jié)實(shí)情況 表 3 人工自花授粉 人工同株異花授粉和人工異株授 粉的結(jié)實(shí)率分別為 83 30 90 00 和 96 70 均顯著高于自然傳粉 去雄套袋處理和只套袋處理 均無結(jié)實(shí) 說明長瓣兜蘭的授粉機(jī)制是需要傳粉者傳粉的自交和異交混合繁育系統(tǒng) 不借助傳粉媒 介無法進(jìn)行自花授粉 不存在無融合生殖現(xiàn)象 楊佳慧 吳 婷 朱 俊 楊樹華 趙 鑫 葛 紅 武榮花 賈瑞冬 長瓣兜蘭開花特性與繁育系統(tǒng)研究 園藝學(xué)報 2021 48 5 1002 1012 1009 表 3 不同處理下的結(jié)實(shí)率 Table 3 Test of percentage of fertile fruit in different pollination treatments 處理方式 Treatment 處理花數(shù) Number of flowers 結(jié)實(shí)數(shù) Number of fruit 結(jié)實(shí)率 Fruit set 自然授粉 Open pollination 30 2 6 70 0 05 B 自然自花授粉 套袋 Free self pollination unbagged 30 0 0 C 去雄不授粉 Emasculation no pollination 30 0 0 人工自花授粉 Manual self pollination 30 25 83 30 0 05 A 人工同株異花授粉 Manual goitonogamy 30 27 90 00 0 10 A 人工異株授粉 Manual cross pollination 30 29 96 70 0 05 A 注 不同大寫字母表示差異顯著 P 0 01 Note The difference between big letters is significant P 0 01 3 討論 長瓣兜蘭的蕊柱由 2 枚位于兩側(cè)的能育雄蕊 1 枚位于上方的盾狀退化雄蕊和 1 個位于下方的 柱頭組成 花粉團(tuán)與柱頭的位置始終保持空間分離 有研究表明 花朵雌雄位置分離是兩性植物避 免自交的適應(yīng)機(jī)制 Bhardwaj Eckert 2001 Anderson et al 2003 其典型的花部特征是吸引 傳粉者的關(guān)鍵因素 趙運(yùn)林 等 1994 也是對整個傳粉過程的適應(yīng) 從而能夠成功繁殖 本研究 中還發(fā)現(xiàn)長瓣兜蘭開花進(jìn)程中盛花期階段花粉團(tuán)變粘 甚至液化 前人發(fā)現(xiàn)飄帶兜蘭 Paphiopedilum parishii 的自花授粉新機(jī)制 即盛花期花粉團(tuán)液化 液化后的花粉不借助任何傳粉介質(zhì)能自己到達(dá) 柱頭 完成授粉 Chen 2012 但是在本試驗(yàn)的控制授粉中 套袋 不去雄不授粉的長瓣兜蘭并 沒有結(jié)實(shí) 推測可能飄帶兜蘭比長瓣兜蘭花粉團(tuán)液化更明顯 存在種間差異 不同植物的花粉活性高低不一 各開花階段的活性也大不相同 王利民 等 2005 長瓣兜蘭 雌雄同熟 盛花階段柱頭可授性最強(qiáng) 與花粉活性較強(qiáng)的時間重疊 大大提高了自花傳粉的成功率 長瓣兜蘭人工授粉 應(yīng)選擇盛花期的花朵 若用貯藏后的花粉進(jìn)行授粉 初花 期與盛花期均可達(dá) 到較高的成功率 值得注意的是長瓣兜蘭花粉活性和柱頭可授性都能保持較長時間 從開花初期到 盛花期長達(dá) 1 個月的時間里 花粉和柱頭都有較強(qiáng)的活性 蘭科植物的花粉一般都聚成花粉團(tuán) 進(jìn) 行花粉活力檢測時首先要把花粉分散 本試驗(yàn)中用 TTC 染液對長瓣兜蘭花粉進(jìn)行活力檢測時發(fā)現(xiàn) 花粉染色后顯示不同程度的紅色和黃褐色 很難界定有活性還是無活性 此問題在前人的研究中也 有報道 左丹丹 等 2007 因此改為離體萌發(fā)法進(jìn)行其花粉檢測 最好的觀察時間是培養(yǎng) 36 h 48 h 且在制片過程中 應(yīng)盡可能讓花粉離散 減少記數(shù)時的誤差 花粉組織化學(xué)檢測結(jié)果與前人 Baker Baker 1979 的研究一致 即蘭科植物的花粉中含有脂類 一般以花蜜和油類較多 Steiner 1989 而淀粉并不經(jīng)常存在 它與系統(tǒng)發(fā)育有關(guān) 有推斷認(rèn)為 脂質(zhì)花粉營養(yǎng)豐富 更容易吸引昆 蟲進(jìn)行傳粉 而淀粉質(zhì)花粉有利于風(fēng)媒傳粉 根據(jù) Dafni 1992 的標(biāo)準(zhǔn) 長瓣兜蘭繁育系統(tǒng)是以異交為主 部分自交親和 需要傳粉者的 混合交配系統(tǒng) 長瓣兜蘭的人工控制授粉試驗(yàn)結(jié)果表明 人工自花授粉 同株異花授粉和異株授粉 的結(jié)實(shí)率分別為 83 30 90 00 和 96 70 開放前套袋的植株均沒有結(jié)實(shí) 說明長瓣兜蘭自交可 親和 不存在自動自花授粉現(xiàn)象 需要依靠昆蟲傳粉才能結(jié)實(shí) 而不套袋自然授粉結(jié)實(shí)率僅 6 70 推測可能是由于澆水時水流過大 將花粉帶到柱頭 這些結(jié)果表明長瓣兜蘭具有高度被動自交和異 交的能力 即自交和異交的混合交配模式 這種模式有特定的傳粉者 Tremblay 1992 故專一 性程度極高 前人在傳粉試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn) 野外 長瓣兜蘭群體是通過模擬食蚜蠅繁殖地來欺騙傳粉者 完成授粉 史軍 等 2007 自交的優(yōu)勢是能夠穩(wěn)定的遺傳植物的多樣性 保證優(yōu)良性狀 劉芬 等 Yang Jiahui Wu Ting Zhu Jun Yang Shuhua Zhao Xin Ge Hong Wu Ronghua Jia Ruidong Studies on flowering characteristics and breeding system of Paphiopedilum dianthum 1010 Acta Horticulturae Sinica 2021 48 5 1002 1012 2013 但長期的自交有可能引起后代適應(yīng)性降低 而異交很好的改善了這個問題 王玉兵 等 2011 孫憶 等 2018 自交 異交和混合交配是蘭科植物的 3 種交配方式 任宗昕 等 2012 在蘭科植物的長期進(jìn)化中 絕對的自交和異交種類很少 大部分蘭科植物選擇了一種兼具異交和被 動自交的混合交配系統(tǒng)折中模式 即混合交配 例如 無距蝦脊蘭 Calanthe tsoongiana 墨蘭 Cymbidium sinense 杏黃兜蘭 Paphiopedilum armeniacum 和褐花杓蘭 Cypripedium smithii Schltr 李 鵬 等 2009 劉仲健 等 2009 王彩霞 等 2012 連靜靜 等 2013 這種交配系統(tǒng)可使該種 既能產(chǎn)生出一些增加遺傳多樣性的后代又能產(chǎn)生出一些遺傳基因穩(wěn)定的后代 而今 人類的許多活動破 壞了長瓣兜蘭生存的環(huán)境 導(dǎo)致該物種數(shù)量減少 相關(guān)部門或機(jī)構(gòu)在制定瀕危植物資源的保護(hù)措施 時不能忽略植物與傳粉者之間的相互關(guān)系 Ashworth et al 2004 長瓣兜蘭具有較高的花卉觀賞價值 隨著國民生活水平的提高 對于此類花卉的需求量越來越 大 但目前國內(nèi)對于長瓣兜蘭保護(hù)生物學(xué)方面報道不多 通過了解其繁育特性 保護(hù)植物生存環(huán)境 在做好就地保護(hù)的同時 建立種質(zhì)資源圃 以保存兜蘭屬植物種質(zhì)資源 在自然條件下對其進(jìn)行大 量的人工授粉 可有效提高繁殖效率 擴(kuò)大種群數(shù)量 從而維護(hù)野外居群的可持續(xù)更新 在人工栽 培條件下進(jìn)行授粉和產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn) 可有效減少濫采濫挖 以利用促保護(hù) 在保護(hù)長瓣兜蘭種質(zhì)資源 的基礎(chǔ)上針對性地提出管理措施 運(yùn)用各種科技手段研究其繁殖技術(shù) 開發(fā)新花卉 豐富蘭花市場 滿足消費(fèi)者需求 References Anderson B Midgley J J Stewart B A 2003 Facilitated selfing offers reproductive assurance a mutualism between a hemipteran and carnivorous plant American Journal of Botany 90 1009 1015 Ashworth L Aguilar R Galetto L Aizen M A 2004 Why do pollination generalist and specialist plant species show similar reproductive susceptibility to habitat fragmentation Journal of Ecology 92 717 719 Baker H G Baker I 1979 Starch in angiosperm pollen grains and its evolutionary significance American Journal of Botany 66 591 600 Bhardwaj M Eckert C G 2001 Functional analysis of synchronous dichogamy in flowering rush Butomus umbellatus Buto maceae American Journal of Botany 88 2204 2213 Chen L J Liu K W Xiao X J Tsai W C Hsiao Y Y Huang J Liu Z J 2012 The anther steps onto the stigma for self Fertilization in a slipper orchid PLoS ONE 7 5 e37478 Chu Mei jing Gong Zi hui Sun Ji xia Zhang Ying jie Zhang Jing wei Guo Wen jiao Fang Yi fu Liu Xue qing 2019 Study on pollination biology and flowering process in Paphiopedilum Seed 38 3 88 92 in Chinese 初美靜 宮子惠 孫紀(jì)霞 張英杰 張京偉 郭文姣 房義福 劉學(xué)慶 2019 肉餅兜蘭傳粉生物學(xué)及開花進(jìn)程研究 種子 38 3 88 92 Dafni A 1992 Pollination ecology a practical approach New York Oxford University Press Geng Xiao hong Luo Yi bo Dong Ming 2008 Pollination biology of Cymbidium goeringii Orchidaceae in China Journal of Systematics and Evolution 46 2 163 174 in Chinese 庚曉紅 羅毅波 董 鳴 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