冷蒿花粉傳播規(guī)律的研究

蔡 萍 ，宛 濤 ，韓曉亮，葛云輝，徐振朋

(1.錫林郭勒職業(yè)學(xué)院，內(nèi)蒙古 錫林浩特 026000；2.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010018)

冷蒿花粉傳播規(guī)律的研究

蔡 萍1，宛 濤2*，韓曉亮2，葛云輝1，徐振朋2

(1.錫林郭勒職業(yè)學(xué)院，內(nèi)蒙古錫林浩特026000；2.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)，內(nèi)蒙古呼和浩特010018)

在錫林郭勒典型草原，對(duì)處于盛花期的冷蒿進(jìn)行24h 內(nèi)3 維空間花粉傳播動(dòng)態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。4年的研究結(jié)果表明：隨著水平距離的增加花粉數(shù)量總體在減少，花粉水平傳播的最大有效距離大于300cm；隨著垂直高度的增加，傳播花粉粒的數(shù)量亦在減少，花粉粒大部分集中在0-40cm高度層面上，其垂直傳播的有效高度大于100cm。在11∶00-13∶00左右花粉的捕獲量達(dá)到了24h中的最大值；冷蒿花粉傳播受風(fēng)向、風(fēng)速、溫度、相對(duì)濕度等氣象因素影響較大。

花粉；傳播規(guī)律；冷蒿

冷蒿(Artemisiafrigida)是一種廣幅旱生植物〔1〕，它不僅以建群種構(gòu)成冷蒿草原，亦以亞建群種或優(yōu)勢(shì)種成分，組成各種不同的草原類型〔2〕，所以內(nèi)蒙古草原上的冷蒿在生態(tài)方面也有著不可替代的地位〔3，4〕。

現(xiàn)代孢粉學(xué)研究領(lǐng)域比較寬泛，其主要研究?jī)?nèi)容涉及到空氣孢粉學(xué)、醫(yī)學(xué)孢粉學(xué)和農(nóng)林孢粉學(xué)等。農(nóng)林孢粉學(xué)主要以農(nóng)作物、林木孢粉及病菌、有害昆蟲的孢子和蟲卵的傳播為研究對(duì)象，目的是預(yù)測(cè)子實(shí)的產(chǎn)量和病蟲害的發(fā)生、發(fā)展規(guī)律〔5〕。對(duì)于優(yōu)良牧草而言，農(nóng)林孢粉學(xué)主要應(yīng)用于其傳粉特性和規(guī)律的研究，為有性生殖生物學(xué)整體研究提供必要的前提。同時(shí)，開展蒿屬植物的傳粉特性和傳粉規(guī)律的研究，還可為醫(yī)學(xué)孢粉學(xué)的相關(guān)工作提供有力支持〔6，7〕。

1 研究區(qū)域自然環(huán)境概況

實(shí)驗(yàn)研究區(qū)域位于錫林郭勒盟錫林浩特市西郊。樣地處于東經(jīng)115.96356°E，北緯43.92287°N；海拔高度為1030m，植被屬于典型草原，土壤類型為栗鈣土。氣候特點(diǎn)為：寒冷、多風(fēng)、干旱少雨。冬季多嚴(yán)寒而漫長(zhǎng)，夏季溫涼而短促，日溫差較大，無(wú)霜期短。常年風(fēng)向以西北風(fēng)為主〔8〕。

2 供試材料與方法

2.1試驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)樣地選在了1000 m2范圍內(nèi)無(wú)高大喬木，也無(wú)任何建筑物，氣流較為流暢的區(qū)域。在實(shí)驗(yàn)前為了避免冷蒿的花粉在傳播過(guò)程中受到菊科其它植物花粉的影響，對(duì)于樣地其它菊科植物個(gè)體的花序均進(jìn)行了剔除。

通過(guò)觀察發(fā)現(xiàn)，錫林郭勒草原上的冷蒿于每年8月中旬進(jìn)入開花期，8月下旬進(jìn)入開花盛期，故我們自2010年至2013年連續(xù)4年于冷蒿開花盛期進(jìn)行為期24h的花粉傳播動(dòng)態(tài)的觀察與研究。

2.2研究方法

選擇單一株叢的冷蒿為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，選擇3株作為3次重復(fù)。采用重力玻片法〔9，10〕并進(jìn)行了相應(yīng)的改進(jìn)，收集冷蒿株叢附近3維空間中的花粉。

以選定的冷蒿植株叢為中心，水平方向沿東、南、西、北4個(gè)方位畫出4條直線，依次以50cm、100cm、150cm、200cm、250cm、300cm的間隔放置花粉采樣器。將載玻片均勻且較薄的涂抹約1cm2面積的凡士林，以收集自然散落的花粉粒，然后用橡皮筋將載玻片固定在花粉采樣器上。垂直方向上則分別在冷蒿株叢正上方的0cm、20cm、40cm、60cm、100cm處設(shè)置花粉采樣器，同時(shí)也固定涂有凡士林的載玻片。 實(shí)驗(yàn)周期為24h，每3h更換1次采樣器上的載玻片，實(shí)現(xiàn)間隔取樣。同時(shí)，每間隔1h采用NK-4500型便攜式氣象站記錄當(dāng)時(shí)的氣象狀況，包括氣溫、相對(duì)濕度、風(fēng)力、風(fēng)向等氣象指標(biāo)。

將回收的載玻片在室內(nèi)鏡檢，每片隨機(jī)選取5個(gè)視野，觀察并且統(tǒng)計(jì)采集到冷高花粉粒的數(shù)量，求其平均值。數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)excel處理后用SAS9.0進(jìn)行CORR相關(guān)性和pearson顯著性分析。

3 結(jié)果與分析

3.1水平方向冷蒿花粉粒的傳播

3.1.1 不同距離間冷蒿花粉粒的傳播規(guī)律

通過(guò)對(duì)4年實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理發(fā)現(xiàn)：花粉采樣器距離株叢的距離決定著在水平方向上捕獲冷蒿花粉粒的多與寡，見圖1。

一般情況下隨著水平距離的增加，花粉捕捉器上冷蒿花粉粒的數(shù)量減少，距花粉源的距離越遠(yuǎn)，花粉粒就越少。此外，隨距花粉源距離增加，花粉粒數(shù)量的下降趨勢(shì)較大，不同距離花粉粒傳播的數(shù)量梯度差異很大。通過(guò)2010～2013年這4年的比對(duì)結(jié)果說(shuō)明，在水平方向上冷蒿花粉的傳播過(guò)程與風(fēng)有密切關(guān)系。

圖1 2010-2013年4年不同距離冷蒿花粉粒傳播的密度柱狀圖

花粉粒的數(shù)量隨著距離的增加而逐漸減少，二者呈負(fù)相關(guān)。此外，冷蒿的花粉粒在水平距離為300cm處的花粉捕捉器上依然能夠收集到一定數(shù)量的花粉，說(shuō)明冷蒿花粉在風(fēng)力的作用下最大有效傳播距離要大于300cm，見圖2。

圖2 2010-2013年4年間不同距離花粉的數(shù)量變化趨勢(shì)

3.1.2 不同方位冷蒿花粉的傳播規(guī)律

通過(guò)對(duì)2010-2013年4年間冷蒿花粉傳播的統(tǒng)計(jì)和分析，可以看出冷蒿花粉粒傳播方向是輻射狀傳播的，但是花粉在花粉源四周的分布是不均勻的。由于冷蒿花粉粒的重量輕、體積小，使花粉粒在傳播的過(guò)程中受風(fēng)向的影響幾率較大。在水平方向上，花粉?？倲?shù)量在南向最多，東向次之，西向又次，北向最少，見圖3。

上風(fēng)端(西、北向)的大量花粉粒隨著風(fēng)的裹挾吹向下風(fēng)端(南、東向)，因而在下風(fēng)端收集到的花粉粒比較多。由此可知，冷蒿花粉粒在水平方向上傳播時(shí)，風(fēng)向因子對(duì)其影響較為顯著。

圖3 2010-2013年4年間不同方位的花粉數(shù)量Fig.3 4 years (2010-2013)of Number of pollen in different directions

3.2垂直方向上冷蒿花粉粒的傳播

冷蒿花粉粒傳播具有空間性，冷蒿花粉粒在垂直方向上的傳播隨高度變化而呈現(xiàn)一定的規(guī)律性。但要比在水平距離上采集到的花粉粒數(shù)量要少得多，具體分析結(jié)果見圖4。

圖4 不同高度花粉的數(shù)量Fig.4 Pollen density of A. frigida at different Height

在一個(gè)實(shí)驗(yàn)期的24h內(nèi)，隨著高度的增加，落在花粉捕捉器上的花粉粒數(shù)量是減少的，即收集到冷蒿花粉粒距離地面越高數(shù)量越少；同時(shí)在不同高度，收集到花粉數(shù)量差異也很大。在重力作用下，花粉粒一般向下散落，所以在花粉源處離地面越近，收集到的花粉粒數(shù)目越多。 冷蒿野生狀態(tài)下株高在30-50cm左右， 因此，距離地面為0cm、20cm和40cm處，收集到的花粉粒的數(shù)量變化不大。而在距地面60cm和100cm處，由于垂直向上的動(dòng)力比較小，花粉數(shù)量明顯降低。 試驗(yàn)地處的風(fēng)一般為水平方向, 當(dāng)水平風(fēng)吹過(guò)冷蒿植株時(shí)由于植株的阻擋會(huì)“切風(fēng)”，產(chǎn)生垂直方向的風(fēng)，但垂直風(fēng)向上的風(fēng)一般比較小，所以花粉散落的較少。但在距地100cm位置處，仍可收集到冷蒿的花粉粒，這說(shuō)明冷蒿花粉粒在垂直方向傳播的有效高度大于100cm。通過(guò)對(duì)4年的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，均趨于一致。

3.3冷蒿花粉24h內(nèi)的傳播動(dòng)態(tài)

分析4年數(shù)據(jù)可得：在一個(gè)冷蒿傳粉實(shí)驗(yàn)周期的24h內(nèi)，從0∶00到05∶00，冷蒿傳粉行為基本保持不變；05∶00-13∶00之間，花粉捕獲量呈上升之勢(shì)，其中在05∶00左右，水平方向和垂直方向花粉的捕獲量同時(shí)出現(xiàn)逐漸增加，而在13∶00左右花粉的捕獲量則達(dá)到了一天中的最大值；在峰值過(guò)后一直到24∶00，無(wú)論是水平方向，還是垂直方向，花粉捕獲量呈不斷降低的狀態(tài)，見圖5。

圖5 2010-2013年4年間冷蒿花粉24h內(nèi)的變化動(dòng)態(tài)Fig.5 4years(2010-2013)of Pollen dynamic changes of A.afrigida in 24h

分析冷蒿傳粉的日進(jìn)程表現(xiàn)為單峰曲線，并且與實(shí)驗(yàn)期間氣溫變化曲線相似。結(jié)合4年試驗(yàn)周期24h的氣溫資料(見圖6)，可以看出冷蒿花粉傳播與氣溫變化關(guān)系密切。此外，水平方向與垂直方向花粉的傳播動(dòng)態(tài)存在一定的差異性。

圖6 2010-2013年4年間觀測(cè)溫度記錄Fig.6 4 year(2010-2013)of observation thermometer records

3.4冷蒿傳粉行為與氣象因子的相關(guān)性分析

在氣象因素中，氣溫、相對(duì)濕度和風(fēng)速是影響冷蒿花粉傳播的主要3個(gè)因子，用SAS9.0軟件中的CORR相關(guān)和pearson顯著性分析的結(jié)果可以看出：風(fēng)速、氣溫與花粉粒密度成正相關(guān)；而相對(duì)濕度與花粉粒密度成負(fù)相關(guān)。只有當(dāng)氣溫、相對(duì)濕度和風(fēng)速三者達(dá)到相對(duì)統(tǒng)一時(shí)，捕獲的花粉粒才最多，即氣溫比較高、相對(duì)濕度比較小和風(fēng)速比較低時(shí)，花粉的密度較大；反之則較小，詳見表1。

表1 冷蒿花粉粒的密度與氣象因子之間的pearson相關(guān)系數(shù)Table.1 Pearson correlation coefficient between Pollen density of A. frigida and meteorological factors

注：A表示在0.01水平顯著相關(guān)，a表示在0.05水平顯著相關(guān)。

4 結(jié)論

4.1 隨著水平距離的增加花粉數(shù)量總體在減少，二者成負(fù)相關(guān)性，花粉傳播的最大有效距離大于300cm；在11∶00時(shí)-16∶00時(shí)會(huì)出現(xiàn)峰值；花粉?？倲?shù)量在南向最多，東向次之，西向又次，北向最少。

4.2 根據(jù)垂直高度的增加，傳播花粉粒的數(shù)量越少，花粉粒大部分集中在0-40cm高度層面上，其傳播的有效高度要大于100cm。在12∶00時(shí)-14∶00時(shí)會(huì)出現(xiàn)峰值。

4.3 冷蒿花粉傳播受風(fēng)速、溫度、相對(duì)濕度影響較大。風(fēng)速、溫度與花粉粒密度成正相關(guān)；而相對(duì)濕度與花粉粒密度成負(fù)相關(guān)。在溫度比較高、相對(duì)濕度比較小和風(fēng)速比較低時(shí)，冷蒿植株周邊花粉的密度較大。

〔1〕內(nèi)蒙古植物志編委會(huì). 內(nèi)蒙古植物志，第四卷(第二版) 〔M〕.呼和浩特，內(nèi)蒙古人民出版社，1993：593-606

〔2〕占布拉，陳世璜，張昊，等. 冷蒿的特性和生態(tài)地理分布的研究〔J〕. 內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，1999，20(1):1-7

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〔4〕王靜，楊持，王鐵娟. 冷蒿種群在放牧干擾下構(gòu)件的變化〔J〕. 生態(tài)學(xué)報(bào)，2006，26(3)：960-965

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ResearchonPollenofArtemisiafrigidaSpread

CAIPing1，WANTao2*,HANXiao-liang2,GEYun-hui1，XUZhen-peng2

(1XilingolVocationalCollege,Xilinhaohe026000，China；2InnerMongoliaAgriultureUniversity，Hohhot010018，China)

In the Xilin Gol Grassland, monitoring flowering Artemisia frigida pollen in a day and night from the time and space of spreading.4-year results show that: With the increase of horizontal distance, the number of pollen in reducing .The spread of pollen is greater than the maximum effective distance of 300cm; With the vertical height increases, reducing the number of pollen, pollen concentrated in 0-40cm level, the effective height of the pollen vertical transmission is greater than 100cm. 11∶00-13∶00 pollen spread reached a maximum value of 24h; Wind direction, wind speed, temperature, relative humidity and other weather factors can have an impact on the Artemisia frigida pollen spread.

Pollen, Spread, Artemisia frigida.

Q944.42

A

2095—5952(2014)04—0026—04

2014-10-16

內(nèi)蒙古自然科學(xué)基金，2012MS0410，2012MS0420。

蔡 萍(1964-)，女，教授，內(nèi)蒙古錫林浩特市人，主要從事牧草種質(zhì)資源方面的教學(xué)和科研工作。

宛濤wantao425@sohu.com