陳靈鷙，楊春華，舒思敏，李修文，何凌斐

(四川農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科技學(xué)院草業(yè)科學(xué)，四川 雅安 625014)

扁穗牛鞭草(Hemarthriacompressa)是禾本科牛鞭草屬多年生根莖型草本C4植物，主要分布在熱帶、亞熱帶地區(qū)，少數(shù)分布于北半球溫帶濕潤(rùn)地區(qū)。我國(guó)野生扁穗牛鞭草資源豐富，由于其生長(zhǎng)速度快、再生力強(qiáng)、產(chǎn)量高、適應(yīng)性廣、抗逆性強(qiáng)、管理方便、生產(chǎn)成本低，被廣泛應(yīng)用于長(zhǎng)江流域及沿海各省的草地畜牧業(yè)生產(chǎn)及生態(tài)環(huán)境建設(shè)中[1-4]。 3個(gè)扁穗牛鞭草品種 ‘廣益’(Guangyi)、‘重高’(Chonggao)和‘雅安’(Yaan)在中國(guó)亞熱帶溫暖濕潤(rùn)區(qū)廣泛種植，其社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)價(jià)值已得到肯定，并越來(lái)越受到重視。近年來(lái)，隨著野生種質(zhì)資源的收集與挖掘，特別是在耐粗放管理草坪上的應(yīng)用，為扁穗牛鞭草利用開(kāi)辟了新領(lǐng)域[5]。然而，扁穗牛鞭草有性生殖能力弱，野生或人工栽培條件下結(jié)實(shí)率很低。生產(chǎn)利用方面，通常采用匍匐莖扦插繁殖，繁殖材料不利貯運(yùn)，栽植耗費(fèi)工時(shí)，建植成本增大。有性生殖的瓶頸在很大程度上限制了扁穗牛鞭草的推廣應(yīng)用。良種繁育工作方面，由于“花而少實(shí)”的限制，已有的3個(gè)扁穗牛鞭草品種均由無(wú)性系選育產(chǎn)生，遺傳基礎(chǔ)較為單一，進(jìn)一步育種工作難以取得較大成果?！盎ǘ賹?shí)”已成為長(zhǎng)期困擾研究者的難題，要想在雜交育種選育優(yōu)質(zhì)新資源上有所突破，就必須對(duì)扁穗牛鞭草生殖生物學(xué)特性進(jìn)行全面細(xì)致的研究。

花粉散布是植物種群生活史中重要的生命活動(dòng)現(xiàn)象之一，是種子植物受精的必經(jīng)階段?；ǚ圻\(yùn)動(dòng)在很大程度上決定了植物個(gè)體間的基因流動(dòng)和群體的交配方式，對(duì)種群遺傳與變異起重要作用[6-7]。對(duì)于風(fēng)媒傳粉植物，由于受環(huán)境因子影響較大，花粉散布規(guī)律更是影響植物繁殖的關(guān)鍵所在。本試驗(yàn)采用玻片捕捉法對(duì)空氣中花粉密度日變化、花粉散布格局進(jìn)行研究，以期了解不同天氣下扁穗牛鞭草花粉散布規(guī)律，在此基礎(chǔ)上探討其傳粉機(jī)制和繁育系統(tǒng)關(guān)系，為深入揭示扁穗牛鞭草“花而少實(shí)”內(nèi)在機(jī)制提供理論依據(jù)，并為種質(zhì)資源創(chuàng)新提供實(shí)踐基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1試驗(yàn)地概況 試驗(yàn)地位于四川農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)科學(xué)系基地(38°08′ N,103°14′ E)。海拔600 m，屬北亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候區(qū)。近20年氣象資料表明：年均溫16.2 ℃，最熱月(7月)均溫30.3 ℃，最冷月(1月)均溫3.6 ℃，極端最高溫37.7 ℃，年降水量1 774.3 mm，年蒸發(fā)量1 011.2 mm，相對(duì)濕度79%，年日照時(shí)數(shù)1 039.6 h，年無(wú)霜期304 d，≥10 ℃年積溫5 231 ℃·d。試驗(yàn)地土壤系白堊紀(jì)灌口組紫色沙頁(yè)巖風(fēng)化的堆積物形成的紫色土，土壤含有機(jī)質(zhì)14.62 g/kg，全氮1.91 g/kg，全磷0.06 g/kg，全鉀11.58 g/kg，速效氮100.63 mg/kg，速效磷4.73 mg/kg，速效鉀338.24 mg/kg，pH值為6.2。

1.2試驗(yàn)材料 以‘廣益’扁穗牛鞭草為研究對(duì)象，采用匍匐莖扦插繁殖于60 cm×40 cm 栽植盆中，栽植密度為50株/盆，常規(guī)方式管理，待形成密集株叢后作為花粉源備用。

1.3研究?jī)?nèi)容及方法

1.3.1花粉密度日變化 2008年7-8月，對(duì)晴朗及陰雨天氣條件下花粉密度日變化進(jìn)行觀察。采用玻片捕捉法[8-9]測(cè)定空氣中花粉密度，以載玻片上每平方厘米捕捉到的花粉數(shù)代表該時(shí)間段內(nèi)空氣中的花粉密度。具體做法是，在高度為0.4 m的支架上，按東南西北4個(gè)方向設(shè)置花粉采集器，即一面均勻涂滿(mǎn)甘油的載玻片，涂面朝上置于離花粉源1 m處。06:00-19:00每隔1 h收片一次，并重新置片。在Olympus顯微鏡(型號(hào)CX21)10倍視野下，每張玻片隨機(jī)選擇5個(gè)視野，統(tǒng)計(jì)各時(shí)段捕捉到的花粉數(shù)量。兩種天氣條件下各觀察15 d，結(jié)果取平均值。2009-2010年采用同樣方法重復(fù)試驗(yàn)。

1.3.2花粉短距離傳播 2008年7-8月，在晴朗天氣條件下，于‘廣益’扁穗牛鞭草大量開(kāi)花時(shí)段(16:00-17:00)，順風(fēng)向布設(shè)50 m長(zhǎng)的樣線，沿樣線按1 m間隔布點(diǎn)設(shè)置花粉采集器。1 h后收片，在Olympus顯微鏡(型號(hào)CX21)10倍視野下統(tǒng)計(jì)捕捉的花粉數(shù)。每張玻片隨機(jī)選擇5個(gè)視野，統(tǒng)計(jì)花粉數(shù)量。記錄測(cè)定時(shí)風(fēng)速，分別對(duì)不同風(fēng)速條件[無(wú)風(fēng)(<1 km/h)、一級(jí)風(fēng)(1～5 km/h)、二級(jí)風(fēng)(6～11 km/h)、三級(jí)風(fēng)(12～19 km/h)]下花粉散布距離進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，每種風(fēng)速條件至少統(tǒng)計(jì)5 d。2009-2010年重復(fù)上述試驗(yàn)。

試驗(yàn)期風(fēng)速數(shù)據(jù)由Dynamet型科研級(jí)自動(dòng)氣象站(美國(guó)Dynamax公司制造)測(cè)定。

1.4數(shù)據(jù)處理 試驗(yàn)數(shù)據(jù)均用Microsoft Excel 2003和DPS v6.55進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理、分析及繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1花粉密度日變化 2008-2010年對(duì)‘廣益’扁穗牛鞭草花粉流日變化進(jìn)程重復(fù)觀察發(fā)現(xiàn)，花粉流日變化與開(kāi)花時(shí)間一致，07:00-08:00小部分植株開(kāi)花，空氣中能捕捉到少量花粉粒；16:00-19:00大量開(kāi)花，空氣中花粉密度含量高。晴朗天氣狀況下，各年度間花粉密度日變化差異不顯著(P>0.05)，散布趨勢(shì)相同。陰雨天氣因受降水時(shí)間、降水量、溫度、日照強(qiáng)度等環(huán)境因素影響，各觀測(cè)日相同時(shí)間段收集到的花粉粒數(shù)差異顯著(P<0.05)，但隨時(shí)間變化趨勢(shì)一致。

圖1 不同天氣條件下‘廣益’扁穗牛鞭草花粉密度日變化

不同天氣條件下，‘廣益’花粉密度日變化規(guī)律不同。連續(xù)晴朗天氣條件下，07:00-08:00空氣中花粉密度為3～4粒/cm2；16:00左右能收集到較多花粉粒，17:00空氣中花粉密度達(dá)最大值，65粒/cm2以上；此后，隨開(kāi)花量的減少花粉密度減小。陰天，開(kāi)花時(shí)間推遲，開(kāi)花量少，18:00花粉密度達(dá)最大值(圖1)。不同天氣條件下花粉密度日變化差異表明光周期、環(huán)境溫度，對(duì)‘廣益’扁穗牛鞭草傳粉影響較大。

2.2花粉短距離散布規(guī)律 ‘廣益’扁穗牛鞭草為風(fēng)媒傳粉植物，花粉傳播受風(fēng)速影響大。對(duì)不同風(fēng)速條件下花粉散布距離統(tǒng)計(jì)分析表明，隨著風(fēng)速增大，花粉散布距離增加，二者呈顯著相關(guān)(R2=0.874 8)。風(fēng)速越大，花粉源附近收集到的花粉粒越少，無(wú)風(fēng)(風(fēng)速<1 km/h)為44.7粒/cm2，三級(jí)風(fēng)(風(fēng)速12～19 km/h)為24.4粒/cm2。無(wú)風(fēng)(圖2A)及一級(jí)風(fēng)速(圖2B)(1～5 km/h)條件下，絕大部分花粉在離花粉源5 m內(nèi)落下；二級(jí)(圖2C)、三級(jí)風(fēng)速(圖2D)條件下，花粉雖散布較遠(yuǎn)，但絕大部分在10 m內(nèi)落下；三級(jí)風(fēng)速條件下，21 m內(nèi)可收集到花粉粒。

試驗(yàn)地連續(xù)5年的氣象數(shù)據(jù)表明，試驗(yàn)地夏季午后風(fēng)速不超過(guò)三級(jí)，無(wú)風(fēng)及一級(jí)風(fēng)較常見(jiàn)，在此風(fēng)速條件下，花粉主要散布距離在花粉源5 m內(nèi)。部分花粉可能隨氣流上升，傳播到更遠(yuǎn)距離，但受地域及試驗(yàn)條件限制，本研究?jī)H對(duì)花粉短距離散布規(guī)律進(jìn)行討論。

圖2 不同風(fēng)速條件下‘廣益’扁穗牛鞭草花粉散布距離

3 討論

扁穗牛鞭草為風(fēng)媒傳粉植物，種群能否進(jìn)行有效的有性繁殖，傳粉效率至關(guān)重要。花粉從花藥散出到被柱頭捕獲過(guò)程中絕大部分因環(huán)境篩選作用而損失在傳粉過(guò)程中[10-11]。一方面，扁穗牛鞭草花粉密度日變化受光照強(qiáng)度、溫度、降水等因素影響；另一方面，光照強(qiáng)度、溫度、氣壓等影響花粉在散布過(guò)程中生活力的保持。雖然晴朗天氣條件下空氣中花粉密度高，但相對(duì)較高的溫度可能造成扁穗牛鞭草散粉過(guò)程中花粉生活力的喪失。前期研究表明[12-14]，在40 ℃條件下，扁穗牛鞭草散粉后花粉活力迅速降低，壽命不超過(guò)3 h。陰天較低的溫度雖有利于花粉活力的保持，但花粉密度少，成功授粉機(jī)率也相對(duì)減小。花期7-8月高溫天氣條件下，花粉難以存活或萌發(fā)，雖然有較大花粉量以適應(yīng)風(fēng)媒傳粉需要，但實(shí)際傳粉效率仍然很低。

扁穗牛鞭草具有強(qiáng)大的匍匐莖，能通過(guò)克隆生殖快速擴(kuò)繁爭(zhēng)奪有限生存資源，是典型的克隆植物?？寺≈参锏目寺×?xí)性使得個(gè)體在空間和資源利用、逃避環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)等方面有著明顯的優(yōu)勢(shì)[15]，但是克隆生長(zhǎng)嚴(yán)重影響其交配系統(tǒng)[16]。有研究報(bào)道[14,17]扁穗牛鞭草屬于專(zhuān)性遠(yuǎn)交繁育系統(tǒng)，自花授粉不結(jié)實(shí)。采用營(yíng)養(yǎng)體扦插繁殖的扁穗牛鞭草種群，由于克隆生長(zhǎng)使基株不斷擴(kuò)大，基株上每朵花逐漸被同一基株的其他花朵包圍，克隆體系內(nèi)無(wú)法避免的進(jìn)行自花授粉，同時(shí)隨著自花授粉對(duì)花粉量的消耗，減弱了花粉向外散發(fā)，進(jìn)而影響傳粉效率。另一方面，雖然風(fēng)能使花粉散布到較遠(yuǎn)距離，但絕大部分花粉都在重力作用下落在花粉源附近，這就降低了不同基株間交配的機(jī)會(huì)，增加了同株異花授粉和分株間授粉的可能[18]。盡管植物可以通過(guò)雌雄異熟和順序開(kāi)花阻止單一花序內(nèi)同株異花授粉，但同株異花授粉在較大的克隆植物群體內(nèi)是難以避免的[19-20]。因此，人工縮短扁穗牛鞭草花粉落到異花柱頭上的距離，增加異花授粉機(jī)率能否提高扁穗牛鞭草結(jié)實(shí)率還有待進(jìn)一步試驗(yàn)研究。

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