喇叭唇石斛的花部特征與繁育系統(tǒng)

劉江楓

(福州市于山風(fēng)景名勝公園管理處，福建 福州 350001)

植物繁育系統(tǒng)是指直接影響后代遺傳組成的所有有性特征，是了解植物生活史的重要基礎(chǔ)，其核心是交配系統(tǒng)[1-2]。喇叭唇石斛(Dendrobiumlituiflorum)為蘭科(Orchidaceae)石斛屬植物，生于林中樹干上，具有較高的觀賞價值。喇叭唇石斛分布于中國、印度、老撾、緬甸、泰國、越南等地[3]，我國主產(chǎn)于廣西和云南。由于生境破壞及人為過度采挖，喇叭唇石斛野外種群數(shù)量急速下降，現(xiàn)已被列為國家二級重點保護野生植物[4]，并被列入《瀕危野生動植物種國際貿(mào)易公約》(CITES)附錄Ⅱ中，在世界自然保護聯(lián)盟物種紅色名錄中的瀕危等級為極危(CR)[5]。目前，有關(guān)喇叭唇石斛的研究較少，主要集中在快繁技術(shù)方面[6-8]，有關(guān)其花部特征與繁育系統(tǒng)的研究尚未見報道。因此，本研究分析了喇叭唇石斛的開花物候、花部特征及繁育系統(tǒng)，以期為其保護與利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

以栽培于福州市于山蘭花圃內(nèi)的63叢喇叭唇石斛為試驗材料。

1.2 試驗方法

1.2.1 開花物候觀察 2021年3月—5月，從第1朵花開放開始觀察并記錄開花物候，直至花期結(jié)束。隨機選擇10朵即將開放的花蕾并掛牌標(biāo)記，記錄單花開放與枯萎時間。按照肖宜安等[9]的方法描述群體開花水平。

1.2.2 花部結(jié)構(gòu)測定 隨機選擇30朵當(dāng)日開放的花朵，使用電子游標(biāo)卡尺測量花苞片、萼片、花瓣、唇瓣、蕊柱、子房連花梗的大小，每朵花重復(fù)3次，并在體視顯微鏡(XTL-340Z)下觀察微形態(tài)結(jié)構(gòu)。

1.2.3 花粉活力與柱頭可授性測定 分別以開花1、3、5、7、9、11、13、15、17、19 d的花朵進行花粉活力與柱頭可授性測定，各處理隨機選取3朵，重復(fù)3次。(1)花粉活力采用2,3,5-氯化三苯基四氮唑(TTC)染色法測定。將各處理花朵中的花粉塊取出，放入離心管并加入2 mL體積比為0.5%的TTC溶液，用鑷子輕輕摩擦花粉塊使花粉粒均勻分散，于37 ℃恒溫箱中暗培養(yǎng)14 h后[10]，在顯微鏡下隨機選取5個視野觀察其染色情況?；ǚ刍盍?%=(染色花粉數(shù)/觀測花粉數(shù))×100。(2)柱頭可授性采用聯(lián)苯胺—過氧化氫法判斷。將各處理花朵柱頭置于注有聯(lián)苯胺∶過氧化氫∶水=4∶11∶22溶液(聯(lián)苯胺與過氧化氫體積比分別為1%和3%)的載玻片上，以氣泡量及反應(yīng)液呈藍(lán)色的深淺度作為柱頭可授性強弱的判斷標(biāo)準(zhǔn)。

1.2.4 雜交指數(shù)估算 參考Dafni[11]的標(biāo)準(zhǔn), 分別對花朵直徑、雌雄器官空間位置與成熟情況進行雜交指數(shù)(out crossing index, OCI)估算，并以三者的估算結(jié)果之和作為喇叭唇石斛OCI值。若OCI=0，表示閉花受精；OCI=1，表示專性自交；OCI=2，表示兼性自交；OCI=3，表示自交親和，有時需要傳粉者；OCI=4，表示以異交為主，部分自交親和，且需要傳粉者。

1.2.5 人工控制授粉 共設(shè)置6個處理：(1)自然授粉 (未套袋, 未去雄, 未授粉)；(2)人工自花授粉；(3)人工同株異花授粉；(4)人工異株異花授粉；(5)人工不去雄套袋，未授粉；(6)人工去雄套袋，未授粉。其中，自然授粉處理供試花朵數(shù)為58朵，其余各處理供試花朵數(shù)為15朵。授粉14 d后統(tǒng)計授粉結(jié)實率。結(jié)實率/%=(結(jié)實數(shù)/花朵總數(shù))×100。

1.3 統(tǒng)計與分析

采用Excel和SPSS 22.0軟件進行數(shù)據(jù)整理與分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 開花物候和花部綜合特征

喇叭唇石斛群體花期為3月下旬至5月上旬，單株花序1～3 d全部開放。3月28日群體第1朵花開放，3月30日進入始花期(5%個體開花)，4月6日進入盛花期(50%以上個體開花)，5月6日進入終花期(95%個體開花結(jié)束)，群體花期持續(xù)時間約40 d，單花花期為(21.70±2.06) d。喇叭唇石斛為總狀花序，具2～3朵花；花苞片白色，卵形；萼片長圓狀披針形；花瓣近橢圓形，唇瓣周邊為紫色，內(nèi)面有一條白色環(huán)帶圍繞的深紫色斑塊，近倒卵形，中部以下兩側(cè)圍抱蕊柱成喇叭形，邊緣具不規(guī)則的細(xì)齒，上面密被短毛；蕊柱粗短，蕊喙??；花粉團4個，每2個為1對；藥帽圓錐形，被細(xì)乳突，先端邊緣全緣(圖1)。喇叭唇石斛花部性狀特征見表1。

A.花朵；B.花朵不同部位(B1～B6分別為中萼片、側(cè)萼片、花瓣、唇瓣、子房連花梗和合蕊柱、花苞片)；C.花朵唇瓣；D.合蕊柱 E.花粉塊與藥帽。圖1 喇叭唇石斛花部特征Figure 1 Features of floral organs of D.lituiflorum

表1 喇叭唇石斛花部性狀特征Table 1 Floral characteristics of D.lituiflorumcm

2.2 花粉活力與柱頭可授性

由表2可知，喇叭唇石斛開花第1天的花粉活力為61.65%，隨后開始上升，第3天和第5天分別達到77.37%和79.90%，顯著高于其他開花天數(shù)的花粉活力，第7天開始逐漸下降，第19天的花粉活力僅12.93%。由表2還可見，開花當(dāng)天柱頭已具可授性，隨后逐漸增強，第5天柱頭具強可授性，第7天部分柱頭開始僅具較強可授性，第19天部分柱頭已不具可授性。

表2 喇叭唇石斛花粉活力及柱頭可授性1)Table 2 Pollen viability and stigma receptivity of D.lituiflorum flower

2.3 雜交指數(shù)估算

參考Dafni[11]的標(biāo)準(zhǔn)，喇叭唇石斛的花朵直徑為(4.396±0.753) cm(n=30)，花朵直徑>6 mm時OCI值記為3；花粉與柱頭空間位置上存在分離，兩者無法接觸，OCI值記為1；花粉和柱頭同步成熟，OCI值記為0。因此，喇叭唇石斛的OCI值為4，其繁育系統(tǒng)以異交為主，部分自交親和，需要傳粉者。

2.4 人工控制授粉結(jié)實率

由表3可知，自然授粉、人工自花授粉、人工同株異花授粉、人工不去雄套袋和人工去雄套袋結(jié)實率均為0，人工異株異花授粉結(jié)實率為80%，表明喇叭唇石斛不存在無融合生殖和自動自花授粉，自交不親和，必須依靠傳粉媒介才能夠完成傳粉。

表3 不同授粉方式下喇叭唇石斛結(jié)實率比較Table 3 Comparison of fruit setting rates of D.lituiflorum by different pollination techniques

3 討論

本研究表明，喇叭唇石斛群體花期為3月下旬至5月上旬，單株花序1～3 d全部開放，單花花期為(21.70±2.06) d，開花后11 d內(nèi)花粉活力均保持在50%以上，柱頭仍具較強可授性，有利于傳粉者在較長時間內(nèi)完成授粉與結(jié)實。蘭科植物精巧的花朵結(jié)構(gòu)及其與昆蟲的協(xié)同作用一直受學(xué)者們的關(guān)注[12]。喇叭唇石斛花紫紅色，花藥與柱頭之間存在蕊喙，唇瓣內(nèi)面有一條白色環(huán)帶圍繞的深紫色斑塊，中部以下兩側(cè)圍抱蕊柱成喇叭形。由于栽培地未發(fā)現(xiàn)喇叭唇石斛傳粉者，其花部特征與傳粉者之間的相互作用還有待進一步在原生境中開展研究。

自交不親和是開花植物抑制自交、促進異交，維持遺傳多樣性的一種遺傳機制[13-14]。蘭科植物中自交不親和的種類有近一半來源于石斛屬[15-17]。雜交指數(shù)分析表明，喇叭唇石斛繁育系統(tǒng)為異交，部分自交親和，需要傳粉者。人工控制授粉試驗表明，喇叭唇石斛不存在無融合生殖和自動自花授粉，人工自花授粉與同株異花授粉的結(jié)實率均為0，人工異株異花授粉的結(jié)實率為80%，說明喇叭唇石斛繁育系統(tǒng)為專性異交，需要傳粉者才能完成授粉與結(jié)實。喇叭唇石斛自然授粉結(jié)實率為0，可能是由于本研究為遷地栽培，缺乏有效傳粉者，未能完成自然授粉與結(jié)實，這與劉芬等[18]有關(guān)扇脈杓蘭的研究結(jié)果相似。雜交指數(shù)分析僅作為植物繁育系統(tǒng)的初步評判[11]，而人工控制授粉直接關(guān)注柱頭與花粉的識別對結(jié)實率的影響，是更為有效的檢測方式[19]。綜合來看，喇叭唇石斛繁育系統(tǒng)應(yīng)為專性異交。

為了繁衍后代，植物會演化出必要的生殖補償機制[18]。喇叭唇石斛存在有性繁殖和無性繁殖兩種繁殖方式。遷地保護是保護珍稀瀕危蘭科植物的重要方法之一，但離開原生境后植物因失去傳粉者以及種子萌發(fā)需要的共生真菌，而無法實現(xiàn)自然結(jié)實與生長繁衍[20]。因此，遷地保護后應(yīng)開展無菌萌發(fā)、新品種培育與產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究，并積極開展原生境的傳粉生物學(xué)、種群動態(tài)、遺傳多樣性、菌根真菌、“回歸”等研究工作，加大宣傳和完善保護機制[21-22]，為喇叭唇石斛保育提供更為堅實的基礎(chǔ)。