菏澤牡丹的傳粉生態(tài)學(xué)特性研究

呂惠楠，魏建華，劉林德*，張 莉，孫 杰，劉志浩，孔憲海

（1.魯東大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，山東煙臺(tái) 264025；2.煙臺(tái)三維巖土工程技術(shù)有限公司，山東煙臺(tái) 264002）

牡丹（Paeonia suffruticosa）為芍藥科（Paeoniaceae）芍藥屬（Paeonia）植物，又名富貴花等，為多年生落葉灌木［1］。牡丹在西周時(shí)期就已經(jīng)被應(yīng)用、栽培和觀賞，我國也是牡丹全球種植面積最廣和品種最齊全的國家［2］。

菏澤牡丹屬于中原牡丹，觀賞價(jià)值高，為我國目前主栽品種［3］。關(guān)于菏澤牡丹的傳粉生態(tài)學(xué)研究未見報(bào)道，基于此，對(duì)生長在菏澤地區(qū)和生長在煙臺(tái)地區(qū)的牡丹分別進(jìn)行傳粉生態(tài)學(xué)特性比較研究，以期對(duì)菏澤牡丹的栽培育種、異地栽培、花期控制等提供更加詳盡合理的理論指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 研究地點(diǎn)概況

本研究分別在菏澤的牡丹園與煙臺(tái)的魯東大學(xué)牡丹園內(nèi)進(jìn)行，后者由魯東大學(xué)菏澤校友在2010 年興建，牡丹引自菏澤。因?yàn)闅夂蛟?，魯東大學(xué)牡丹園內(nèi)的菏澤牡丹開花時(shí)間較菏澤地區(qū)晚10 d 左右。

1.2 試劑與儀器

聯(lián)苯胺，購自酷爾化學(xué)科技（北京）有限公司；紅四氮唑，購自天津市福晨化學(xué)試劑有限公司。

日立TM-1000 掃描電鏡（SEM）、相機(jī)（HDRCX390E）。

1.3 研究方法

1.3.1 花粉活力檢測

牡丹花粉活力的檢測采用TTC 法測［4］。使用10%蔗糖溶液配制0.5%TTC 溶液，將花朵散粉后不同天數(shù)（1～7 d）的花粉置于載玻片上，取TTC 溶液滴于花粉處，蓋上玻片，放在內(nèi)置濕濾紙的平皿中，37 ℃遮光環(huán)境下2 h 后顯微鏡觀察并統(tǒng)計(jì)變紅花粉的百分比。

1.3.2 柱頭可授性檢測

使用聯(lián)苯胺-過氧化氫法測定牡丹柱頭可授性［5］。使用1% 聯(lián)苯胺、3% 過氧化氫與水配制體積比為4 ∶11 ∶22 的反應(yīng)液，取兩地不同時(shí)期的花朵，用刀片切下柱頭，將其浸入反應(yīng)液中。若反應(yīng)液變?yōu)樗{(lán)色且出現(xiàn)氣泡，說明柱頭具可授性。

1.3.3 柱頭的掃描電鏡觀察

在菏澤地區(qū)取不同發(fā)育時(shí)期的牡丹花朵，F(xiàn)AA 固定液固定8～24 h，保存后送至魯東大學(xué)觀察；煙臺(tái)地區(qū)牡丹直接采自牡丹園后攜至實(shí)驗(yàn)室。切下花柱（連同少量花盤），置于培養(yǎng)皿中，培養(yǎng)皿中提前鋪有干濾紙，干燥后使用導(dǎo)電雙面膠（直立）粘到掃描樣品臺(tái)上，在日立TM-1000 掃描電鏡下觀察并拍照。

1.3.4 訪花昆蟲及訪花行為觀察

在牡丹園內(nèi)隨機(jī)選擇植株并標(biāo)記，在開花后7 天內(nèi)連續(xù)觀測，觀察訪花昆蟲種類和訪花行為。期間每天7:00—18:00 的每小時(shí)內(nèi)連續(xù)觀察30 min。統(tǒng)計(jì)訪花昆蟲所屬的目、頻率及其訪花行為。

2 結(jié)果與分析

2.1 花粉活力檢測結(jié)果

花粉活力檢測結(jié)果見圖1。煙臺(tái)地區(qū)牡丹與菏澤地區(qū)牡丹的花粉活力在開花初期（1～2 d）差異不顯著。菏澤地區(qū)牡丹花粉活力在開花后3 天內(nèi)逐漸升高，到第4天才開始緩慢下降，到第7 d 活力降至較低水平；而煙臺(tái)地區(qū)牡丹的花粉活力在開花后2 天達(dá)到最高，3 d 后便開始下降，且下降較快。生長在菏澤和煙臺(tái)的牡丹的花粉活力隨時(shí)間變化速度不同，但在開花后4 天內(nèi)都表現(xiàn)為較高水平。

2.2 柱頭可授性檢測結(jié)果

圖1 牡丹的花粉活力

菏澤地區(qū)牡丹與煙臺(tái)地區(qū)牡丹柱頭可授性見表1。在第1 天內(nèi)具有一定的強(qiáng)度，第2 天內(nèi)達(dá)到最強(qiáng)，并且1～3 d內(nèi)，兩地區(qū)牡丹的柱頭可授性無顯著差異；第4 d煙臺(tái)地區(qū)牡丹柱頭可授性開始迅速下降，至第6 d 無可授性；菏澤地區(qū)牡丹柱頭可授性則在第5 d 才開始顯著下降，至第7 d 柱頭可授性消失。綜上所述，菏澤地區(qū)牡丹與煙臺(tái)地區(qū)牡丹柱頭可授性都是在開花后先增強(qiáng)再逐漸降低，直至失去可授性，而煙臺(tái)地區(qū)牡丹柱頭可授性下降較快，柱頭壽命較短。

表1 菏澤地區(qū)與煙臺(tái)地區(qū)牡丹柱頭可授性檢測結(jié)果

2.3 柱頭的掃描電鏡觀察

采用TM-1000 掃描電鏡觀察到的菏澤地區(qū)與煙臺(tái)地區(qū)牡丹柱頭圖像。菏澤地區(qū)牡丹開花1 d 的柱頭表面乳突細(xì)胞發(fā)育不明顯，只有少量花粉附著（圖2a）；開花2 d的柱頭上乳突細(xì)胞發(fā)育明顯，有大量花粉附著，此時(shí)柱頭具有最強(qiáng)的可授性（圖2b）；開花3 d 牡丹的柱頭形態(tài)沒有明顯變化；開花4 d 柱頭開始干癟，乳突細(xì)胞皺縮，可授性也開始下降。煙臺(tái)地區(qū)牡丹開花1 d 乳突細(xì)胞開始發(fā)育，表面附著花粉較菏澤地區(qū)牡丹更豐富；開花2 d 的柱頭表面有大量花粉附著，乳突細(xì)胞開始發(fā)育；開花3 d牡丹的柱頭大部分乳突細(xì)胞較飽滿，部分出現(xiàn)萎縮，黏液面積更大；開花4 d 的牡丹柱頭開始干癟，乳突細(xì)胞大量皺縮，柱頭頂端黏液較多，此時(shí)柱頭可授性也開始急劇下降。

2.4 訪花昆蟲及其行為

兩地牡丹的訪花昆蟲主要有膜翅目（Hymenoptera）、鱗翅目（Lepidoptera）、雙翅目（Diptera）和鞘翅目（Coleoptera）。牡丹訪花昆蟲的訪花頻率如圖3 所示。兩地牡丹的訪花昆蟲主要集中于10:00—16:00，且膜翅目為主要訪花昆蟲。菏澤地區(qū)牡丹的膜翅目訪花昆蟲數(shù)量隨時(shí)間逐漸增加，在14:00—16:00 期間達(dá)到最高。煙臺(tái)地區(qū)牡丹的膜翅目訪花昆蟲的訪花頻率總體上相對(duì)穩(wěn)定，同時(shí)在10:00—12:00 和14:00—16:00 出現(xiàn)兩個(gè)小高峰；10:00 前和12:00—14:00 膜翅目訪花昆蟲相對(duì)較少，原因可能是早間溫度較低，且空氣濕度較大，膜翅目的活動(dòng)能力較弱，而12:00—14:00 期間溫度較高，導(dǎo)致膜翅目訪花昆蟲數(shù)量減少。煙臺(tái)地區(qū)牡丹的鱗翅目、雙翅目和鞘翅目訪花昆蟲的數(shù)量和頻率比菏澤地區(qū)要高，但這三個(gè)目的訪花昆蟲訪花時(shí)間短且都是隨機(jī)訪花，為不穩(wěn)定訪花昆蟲。

圖2 菏澤地區(qū)與煙臺(tái)地區(qū)牡丹柱頭電鏡掃描圖

兩地牡丹的膜翅目訪花昆蟲主要為蜂類，蜂類訪花時(shí)前足抱握花藥，取食花粉，這期間也會(huì)用后足收集花粉；有些蜂類訪花昆蟲也直接落到花朵上，其身體和腿上的采粉毛上會(huì)黏有大量花粉，訪花結(jié)束后會(huì)飛到空中整理花粉，再飛到其他的花朵上，起到傳播花粉的作用。

圖3 牡丹訪花昆蟲的訪花頻率

3 討論

本研究中，生長在菏澤地區(qū)的牡丹和生長在煙臺(tái)地區(qū)的牡丹其花粉活力在開花初期（1～4 d）均處于較高水平，且花粉的壽命都可維持7 d 左右，但煙臺(tái)地區(qū)牡丹花粉活力達(dá)到最高時(shí)間比菏澤地區(qū)牡丹提前1 天，且下降速度較快。

生長在煙臺(tái)地區(qū)的牡丹柱頭可授性維持時(shí)間較短，且下降迅速。牡丹花柱頭的形態(tài)隨開花時(shí)間的變化而變化，且其形態(tài)與其可授性有一定聯(lián)系：開花后4 天起，柱頭開始干癟，同時(shí)其可授性開始下降，直至柱頭變黃干枯，可授性消失。從柱頭的亞顯微形態(tài)上來看，煙臺(tái)地區(qū)牡丹比菏澤地區(qū)牡丹更早開始出現(xiàn)干萎跡象，柱頭可授性下降也較快。生境的不同是菏澤地區(qū)和煙臺(tái)地區(qū)花粉活力和柱頭可授性表現(xiàn)出差異的重要原因。煙臺(tái)地區(qū)處于沿海，晝夜溫差較大，風(fēng)力較強(qiáng)，牡丹花的雌蕊和花粉失水較快，且白天溫度較高，所以在煙臺(tái)地區(qū)的牡丹柱頭可授性下降較快，壽命較短。因此在培育收籽牡丹時(shí)最好選擇在氣候溫和，晝夜溫度相差較小的地區(qū)。

本研究中，鱗翅目、雙翅目和鞘翅目是牡丹的不穩(wěn)定訪花昆蟲，訪花行為并無特定規(guī)律，對(duì)牡丹花的傳粉作用只是被動(dòng)傳粉，對(duì)牡丹的傳粉作用很有限。