陳垣，徐博瓊，郭鳳霞*，白剛，張藎鳳，張勇

(1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)甘肅省作物遺傳改良與種質(zhì)創(chuàng)新重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅省中藥材規(guī)范化生產(chǎn)技術(shù)創(chuàng)新重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅省藥用植物栽培育種工程研究中心，農(nóng)學(xué)院，生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院，甘肅 蘭州 730070；2.甘肅天士力中天藥業(yè)有限責(zé)任公司，甘肅省特色藥用植物資源保護(hù)與利用工程實(shí)驗(yàn)室，甘肅省特色藥材規(guī)范化可追溯栽培工程技術(shù)研究中心，甘肅 定西 748100；3.河西學(xué)院甘肅省河西走廊特色資源利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅 張掖 734000)

暗紫貝母花器官特征及有性繁育系統(tǒng)研究

陳垣1,2，徐博瓊1，郭鳳霞1*，白剛1，張藎鳳1，張勇3

(1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)甘肅省作物遺傳改良與種質(zhì)創(chuàng)新重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅省中藥材規(guī)范化生產(chǎn)技術(shù)創(chuàng)新重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅省藥用植物栽培育種工程研究中心，農(nóng)學(xué)院，生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院，甘肅 蘭州 730070；2.甘肅天士力中天藥業(yè)有限責(zé)任公司，甘肅省特色藥用植物資源保護(hù)與利用工程實(shí)驗(yàn)室，甘肅省特色藥材規(guī)范化可追溯栽培工程技術(shù)研究中心，甘肅 定西 748100；3.河西學(xué)院甘肅省河西走廊特色資源利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅 張掖 734000)

采用田間試驗(yàn)與顯微鏡檢相結(jié)合的方法，對(duì)漳縣人工栽培的暗紫貝母花器構(gòu)造和傳粉生物學(xué)進(jìn)行研究，旨在揭示其花器官特征和有性繁育系統(tǒng)，為暗紫貝母的育種提供科學(xué)依據(jù)。結(jié)果表明，經(jīng)鱗莖播種栽培3年的暗紫貝母植株單花頂生，偶見(jiàn)2花，花兩性，初現(xiàn)花蕾綠色，花暗紫色，有淡黃色格紋，開花期5-6月，單花壽命6～8 d，花鐘形，同被花，花被6，2輪，離生雄蕊6枚，5枚緊圍雌蕊，1枚外圍，子房上位，柱頭3裂，短裂片外露，毛狀有分泌物。開花前柱頭高于雄蕊，開放后雄蕊高出柱頭，開花當(dāng)天花粉量最大，活力最高并維持3 d時(shí)間。花被長(zhǎng)1.5 cm的綠蕾柱頭已具較強(qiáng)可受性?；ㄋ庨_裂與強(qiáng)柱頭可受性同步，但后者持續(xù)期更長(zhǎng)(6 d以上)。單花花粉數(shù)約6000粒、胚珠數(shù)在160顆以上，花粉胚珠比(P/O)37.5，雜交指數(shù)(OCI)為4。傳粉媒介為風(fēng)媒和蟲媒，訪花者為蜂類、蠅類和蜘蛛，但數(shù)量極少，有性繁育系統(tǒng)應(yīng)屬于部分自交親和，異交，需要傳粉者。

暗紫貝母；花器官特征；花粉活力；柱頭可受性；繁育系統(tǒng)

暗紫貝母(Fritillariaunibracteata)是藥材川貝母的主要基原植物之一，鱗莖入藥，味苦、甘，微寒，歸肺、心經(jīng)，具有清熱散結(jié)，化痰止咳等功效，用于治療肺熱燥咳、散結(jié)消癰等癥[1]。其鱗莖中有多種生物堿、皂苷和人體必需微量元素等[2-3]。暗紫貝母野生于海拔3200～4500 m的草地上，我國(guó)主產(chǎn)于四川、甘肅、青海等地，分布范圍十分有限[4]。

然而，暗紫貝母生長(zhǎng)環(huán)境特殊, 氣候冷涼，藥材生長(zhǎng)周期長(zhǎng)(4年)，藥材產(chǎn)量低，因采挖過(guò)度，野生資源已趨于枯竭[4]，市場(chǎng)價(jià)格昂貴。自然條件下，暗紫貝母主要依賴鱗莖無(wú)性繁殖。由于種子具有明顯的后熟和休眠特性，種子落地后一般很難滿足其萌發(fā)條件，自然有性繁殖率很低，野生馴化栽培時(shí)也多以鱗莖繁殖為主，但采用鱗莖繁殖，一方面引起種質(zhì)資源的退化，另一方面繁殖系數(shù)低且消耗了部分商品鱗莖，成本高，采用種子繁殖，其繁殖系數(shù)可提高50倍以上[5-7]。植物的繁育系統(tǒng)是植物內(nèi)在遺傳特性和外界環(huán)境相互作用的結(jié)果，是種群有性生殖的紐帶，對(duì)植物的遺傳變異和進(jìn)化過(guò)程均有著重要的意義[8]。植物的花被特征、花粉活力、柱頭可受性及雜交指數(shù)(outcrossing index，OCI)等指標(biāo)均是反映植物有性生殖能力的重要依據(jù)[9-16]。暗紫貝母作為市場(chǎng)緊缺的名貴中藥材，隨著野生資源生態(tài)環(huán)境擾動(dòng)加大，現(xiàn)有的資源已難以滿足市場(chǎng)的需求，馴化栽培是保障藥源的重要措施，利用種子繁殖無(wú)疑成為保護(hù)野生資源，提高資源利用率的有效途徑。盡管前人對(duì)不同海拔的暗紫貝母花朵和果實(shí)大小進(jìn)行了比較[4]，并對(duì)其組培快繁技術(shù)進(jìn)行了探索[14]，上述研究對(duì)暗紫貝母種子繁育策略的制定提供了一定參考，甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)對(duì)甘肅貝母(F.przewalskii)種子灌漿特性和種子發(fā)芽特性的研究系統(tǒng)而深入，種子繁殖技術(shù)已趨成熟[5-7]，但至今對(duì)暗紫貝母等川貝母基原植物的有性繁育特性的系統(tǒng)研究尚少見(jiàn)報(bào)道，嚴(yán)重限制了川貝母種子繁育。因此，在適生地對(duì)馴化栽培的野生暗紫貝母花被特征及有性繁育特性開展深入研究具有重要意義，可為川貝母基原植物種子繁育和品種保純提供科學(xué)依據(jù)，有利于促進(jìn)野生川貝母資源的可持續(xù)發(fā)展，實(shí)現(xiàn)中藥資源的現(xiàn)代化管理。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況與試驗(yàn)材料來(lái)源

試驗(yàn)區(qū)位于甘肅省定西市漳縣南部山區(qū)石川鄉(xiāng)菜子川村，東連岷縣蒲麻鎮(zhèn)，南與岷縣禾馱鄉(xiāng)接壤，西靠四族鄉(xiāng)，北接草灘鄉(xiāng)，地處東經(jīng)104°19′41″，北緯34°35′29″，海拔3100 m的山坡，無(wú)霜期126 d，年平均降雨量500 mm，屬典型高寒陰濕氣候，氣候冷涼，土層深厚肥沃，適宜暗紫貝母生長(zhǎng)發(fā)育。試驗(yàn)地為栽培1年當(dāng)歸后撂荒3年的農(nóng)田。試驗(yàn)材料為2013年野生暗紫貝母鱗莖馴化種植栽培的種株，經(jīng)甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)中草藥栽培與鑒定系陳垣教授鑒定確認(rèn)為暗紫貝母，種鱗莖采自四川紅原縣，馴化栽培采用撒播，覆土厚度3 cm，播種后覆蓋遮陽(yáng)網(wǎng)，面積0.267 hm2，2014年返青后揭去遮陽(yáng)網(wǎng)。

1.2 花部形態(tài)觀察

從2015年返青后5月1日暗紫貝母花蕾顯現(xiàn)開始，田間選取具有代表性的20株單花植株掛牌標(biāo)記，從現(xiàn)蕾開始至開花結(jié)束，定位每天觀察記錄單花結(jié)構(gòu)、花粉散出和花朵萎蔫情況，采用游標(biāo)卡尺測(cè)定花冠長(zhǎng)度(corolla length)和花冠直徑(corolla diameter)等生長(zhǎng)發(fā)育指標(biāo)。以花被全開放為100%標(biāo)準(zhǔn)，將花被開度劃分為4個(gè)級(jí)別，即1)閉合，開花前，花被尚未開放；2)微開，開花當(dāng)天，花被開張度25%以下，用0 d表示；3)半開，花被開張度50%左右；4)開，花被全開，開張度達(dá)100%。

1.3 花粉活力的測(cè)定

花粉活力采用張志良[15]的0.5%TTC(2，3，5-氯代三苯基四氮唑)方法測(cè)定，即從不同發(fā)育階段的花朵中用鑷子輕輕取下1枚花藥，經(jīng)處理使花粉完全散出于準(zhǔn)備好的載玻片上，滴加1滴0.5%TTC染色，充分混勻后蓋上蓋玻片，置于有濕潤(rùn)濾紙的培養(yǎng)皿中置37 ℃黑暗靜置15 min，然后在光學(xué)顯微鏡(4×)和LY-SUPER HP CCD萬(wàn)能成像系統(tǒng)下觀察，根據(jù)花粉染色情況確定花粉活力，紅色表示花粉活力強(qiáng)，淺紅色表示花粉有活力，但活力弱，無(wú)色或黃色則說(shuō)明花粉無(wú)活力。統(tǒng)計(jì)蓋玻片視野內(nèi)紅色、粉紅色和無(wú)色花粉粒數(shù)，每枚雄蕊觀察5個(gè)視野，每朵花重復(fù)觀察3枚雄蕊，共觀察統(tǒng)計(jì)15個(gè)視野(n=15)，最后計(jì)算花粉活率。

花粉活率(pollen vigor rate，%)=視野內(nèi)淡紅和紅色花粉粒總數(shù)×100/視野內(nèi)花粉?？倲?shù)
強(qiáng)活力花粉粒率(strong-pollen rate，%)=視野內(nèi)紅色花粉粒數(shù)×100/視野內(nèi)花粉?？倲?shù)
弱活力花粉粒率(weak-pollen rate，%)=視野內(nèi)粉色花粉粒數(shù)×100/視野內(nèi)花粉?？倲?shù)

1.4 柱頭可受性的測(cè)定

參照Dafni等[10]的方法，采用聯(lián)苯胺-過(guò)氧化氫法對(duì)柱頭可受性測(cè)定。即將聯(lián)苯胺-過(guò)氧化氫反應(yīng)液(1%聯(lián)苯胺∶3%過(guò)氧化氫∶水=4∶11∶22)滴在凹式載玻片上，然后用鑷子小心取出不同發(fā)育期花朵的柱頭分別浸入反應(yīng)液中。在顯微鏡(10×)下觀察有無(wú)氣泡產(chǎn)生。若柱頭周圍的反應(yīng)液呈現(xiàn)藍(lán)色并伴有大量氣泡出現(xiàn)，則說(shuō)明柱頭具有可受性，反之則說(shuō)明柱頭無(wú)可受性。每個(gè)處理花朵重復(fù)測(cè)定3次，每次從5個(gè)角度觀察。

1.5 花粉量-胚珠比(P/O)的測(cè)定

將花藥尚未開裂的綠色花蕾輕輕剝開，用鑷子小心取出未開裂的雄蕊1枚，將花藥擠碎于載玻片上，滴入0.5%TTC，蓋上蓋玻片黑暗染色15 min，將蓋玻片表面用鉛筆劃分為6格，在光學(xué)顯微鏡(10×)下統(tǒng)計(jì)每格花粉粒數(shù)(pollen)，重復(fù)3個(gè)花蕾。取心皮在體視顯微鏡下用解剖針劃開，計(jì)數(shù)胚珠數(shù)(ovule)，重復(fù)3次。用平均單花花粉量除以單花胚珠數(shù)得到P/O值。按Cruden[9]的標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)算花粉量-胚珠比(the pollen-ovule ratio，P/O)，P/O為2.7～5.4 時(shí)，其繁育系統(tǒng)為閉花受精；P/O為18.1～39.0時(shí)，繁育系統(tǒng)為專性自交(obligate autogamy)；P/O為31.9～396.0 時(shí)，繁育系統(tǒng)為兼性自交(facultative autogamy)；P/O為244.7～2588.0時(shí)，繁育系統(tǒng)為兼性異交(facultative outcrossing)；P/O為2108.0～195525.0時(shí)，繁育系統(tǒng)為專性異交(obligate outcrossing)。

1.6 雜交指數(shù)(OCI)的計(jì)算

參照任明迅[16]的方法,按照Dafni[11]的標(biāo)準(zhǔn),根據(jù)花朵大小和開花行為對(duì)繁育系統(tǒng)綜合評(píng)判,即首先根據(jù)花朵直徑確定雜交指數(shù),若花朵直徑<0.1cm 記為0,0.1～0.2cm 記為1,0.2～0.6cm 記為2,>0.6cm 記為3;其次以花藥開裂時(shí)間與柱頭可受性之間的時(shí)間間隔為依據(jù),若雌雄同時(shí)成熟或雌蕊先熟記為0,雄蕊先熟記為1;最后根據(jù)柱頭與花藥的空間位置,若柱頭與花藥在同一高度記為0,空間分離記為1。以上三者之和為雜交指數(shù)(outcrossingindex,OCI)值。雜交指數(shù)越大,異交程度越高,越需要傳粉者[11,16]。具體評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)詳見(jiàn)表1。

表1 植物繁育系統(tǒng)的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)Table1 Criterionofplantreproductionsystem雜交指數(shù)Outcrossingindex(OCI)繁育系統(tǒng)Reproductionsystem0閉花受精Cleistogamy1專性自交Specialautogamy2兼性自交Pluralisticautogamy3自交親和,異交,需要傳粉者Self-compatibili-ty,heterogamy,requiredpollinators4部分自交親和,異交,需要傳粉者Partiallyself-compatibility,heterogamy,requiredpollinators

1.7 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2003軟件制圖，SPSS 11.5軟件進(jìn)行方差分析，采用Duncan法進(jìn)行多重比較。圖中數(shù)據(jù)點(diǎn)為平均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)誤(mean±SE)。

2 結(jié)果與分析

2.1 暗紫貝母植株形態(tài)及花被特征觀測(cè)結(jié)果

田間觀察表明，在定西市漳縣石川鄉(xiāng)馴化栽培的野生暗紫貝母為百合科貝母屬多年生草本藥用植物，單子葉，莖直立，葉線狀披針形，互生，無(wú)葉柄(圖1)。2013年經(jīng)鱗莖播種后5葉及以上單株開始開花，花單生于莖頂，偶見(jiàn)頂部抽生2朵花，花朵大，初現(xiàn)花蕾綠色，成熟花暗紫色，花柄較長(zhǎng)，花彎曲下垂?；▋尚裕换?，花被未分化為萼片和花瓣(sepals and petals)，花被6，2輪，表面有黃褐色小方格花斑，先端不卷曲；花鐘形，花被片長(zhǎng)2.5～3.2 cm，內(nèi)3片寬約10 mm，外3片寬約6 mm；單體雄蕊(stamen) 6枚，2輪，5枚雄蕊圍繞雌蕊(pistil)，1枚雄蕊距離較遠(yuǎn)，雄蕊由花藥和花絲組成，成熟花雄蕊長(zhǎng)約為花被片的一半，花絲黃綠色，花藥較長(zhǎng)，藥隔明顯；合生雌蕊1枚，柱頭3裂，裂片短，毛狀，濕型，表面有分泌物(exudate)，長(zhǎng)0.5～1.2 mm，子房上位，花下位，子房圓柱形，紫色和黃綠色縱向相間。綠色花蕾中柱頭高出雄蕊，裂片外露，當(dāng)花被轉(zhuǎn)為紫色開放后，雄蕊花絲伸長(zhǎng)，將花藥頂出，使柱頭低于花藥，包在5枚雄蕊中間，既方便自交，又保護(hù)柱頭(圖1)。田間觀察到訪花昆蟲有黃蜂、蜜蜂、蠅類、蜘蛛等，但數(shù)量極少。

圖1 漳縣石川鄉(xiāng)栽培暗紫貝母開花株形態(tài)及花被特征Fig.1 The flower shape and perianth characteristic for the F. unibracteata plants cultivated in Shichuan town of Zhang County A：馴化地生境Domesticated field surrounding；B：現(xiàn)蕾單株 Budding plant；C：開花前花器形態(tài)Floral organ shape before opening；D：柱頭長(zhǎng)出雄蕊 Longer stigma than the stamen；E：開花單株 Blooming plant；F：花被Perianth；G：開花Opening flower；H：柱頭短于雄蕊Shorter stigma than the stamen.

2.2 暗紫貝母花粉活力和柱頭可受性的測(cè)定

以花被開放當(dāng)天為標(biāo)準(zhǔn)(0 d)，經(jīng)對(duì)不同發(fā)育階段的花朵花粉活力和柱頭可受性測(cè)定顯示(圖2～4和表2)，暗紫貝母花朵在發(fā)育的不同時(shí)期其花粉?？倲?shù)、有活力花粉粒數(shù)均具有極顯著差異(P<0.01)。視野內(nèi)有活力花粉粒數(shù)隨著花朵的發(fā)育呈“正態(tài)分布”趨勢(shì)(圖2)。當(dāng)綠色花蕾長(zhǎng)度達(dá)1.5 cm時(shí)，即在花朵開放和花藥開裂前2 d(-2 d)花粉已具有一定活力，但活力很弱，無(wú)色花粉量最大，占總花粉量的83.7%(圖2～3，表2)。其柱頭浸入聯(lián)苯胺-過(guò)氧化氫液后有連續(xù)藍(lán)色氣泡產(chǎn)生，顯示柱頭已具較強(qiáng)的可受性(圖4和表2)。當(dāng)花蕾長(zhǎng)度增大到1.7 cm，開花前1 d(-1 d)，弱活力花粉粒顯著增多(P<0.05)，花粉活力極顯著增強(qiáng)(t=-3.660，P<0.01)，無(wú)色花粉量極顯著下降，占總花粉量的47.1%(P<0.01)，視野內(nèi)仍未觀察到強(qiáng)活力花粉粒，但柱頭周圍藍(lán)色氣泡明顯增多，柱頭可受性明顯增強(qiáng)(圖3和表3)。當(dāng)花朵長(zhǎng)度達(dá)2.5 cm，花被變?yōu)榘底仙?，花被微開，即為開花當(dāng)天(0 d)，視野內(nèi)花粉粒最多，花粉活力最強(qiáng)，平均花粉粒數(shù)達(dá)150粒以上，有活力花粉粒在100粒以上，均極顯著高于其他發(fā)育階段的水平(P<0.001)，強(qiáng)活力花粉粒大量出現(xiàn)，因花粉量增大，導(dǎo)致無(wú)色花粉量有所增加，但占總花粉量的比率下降為38.4%(圖2～3)，此階段柱頭聯(lián)苯胺-過(guò)氧化物酶活性也最強(qiáng)，柱頭可受性達(dá)到最高，并維持至少3 d以上時(shí)間，花粉活力最強(qiáng)持續(xù)時(shí)期與柱頭可受性最強(qiáng)持續(xù)時(shí)期相一致，但強(qiáng)活力花粉粒僅維持3 d時(shí)間(圖3～4和表2)。開花后第1天(1 d)視野內(nèi)花粉粒數(shù)量居第2位，平均花粉粒數(shù)也在150粒以上。同時(shí)，由于大量成熟花粉粒開始破裂，內(nèi)含物泄出，導(dǎo)致統(tǒng)計(jì)的有活力花粉粒比率極顯著下降(P<0.01)。開花第2天(2 d)開始花粉粒數(shù)量極顯著減少，但強(qiáng)活力花粉粒比例仍維持在較高水平，與前2 d差異不顯著(P>0.05)。開花后第3天(3 d)花粉量和活性均極顯著下降(P<0.01)，視野內(nèi)強(qiáng)活力花粉粒消失，僅觀察到少量弱活性花粉粒，并出現(xiàn)拖尾現(xiàn)象，柱頭反應(yīng)氣泡產(chǎn)生有所減少，即柱頭可受性呈減弱趨勢(shì)(圖3～4和表2)，至開花后第4天花瓣萎蔫閉合，視野內(nèi)花粉粒數(shù)量極少，且全部失去活性，柱頭表現(xiàn)為較弱可受性，局部已喪失可受性，開花后第6天萎蔫花被開始脫落，子房明顯膨大。顯然，隨著花朵發(fā)育進(jìn)程的遞進(jìn)，花粉量染色比率呈增大-減小趨勢(shì)，故無(wú)色花粉量隨總花粉量和染色比率的變化而變化。

2.3 暗紫貝母花朵花粉量-胚珠比(P/O)結(jié)果

經(jīng)對(duì)綠色花蕾(-2 d)花藥花粉粒和單花胚珠統(tǒng)計(jì)，暗紫貝母成熟花蕾中每枚雄蕊含花粉粒約(1016±340)粒，單花含花粉(pollen)量約(6096±2040)粒，平均胚珠(ovule)數(shù)為160粒，P/O值為24.14～48.43，平均37.5。按Cruden[9]的標(biāo)準(zhǔn)，P/O在31.9～396.0 范圍，繁育系統(tǒng)為兼性自交(facultative autogamy)。

圖2 漳縣石川鄉(xiāng)暗紫貝母開花過(guò)程中花粉粒數(shù)變化Fig.2 Changes of the pollination grains for F. unibracteata flowers during their development in Shichuan town of Zhang County圖中數(shù)據(jù)為平均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)誤(n=15)，不同小寫字母表示P<0.05差異顯著，大寫字母表示P<0.01差異極顯著。The data in the Figure indicate means±SE(n=15). Different small letters mean significant difference at P<0.05, capital letters mean great-significant difference at P<0.01.

圖3 漳縣石川鄉(xiāng)暗紫貝母花朵發(fā)育階段花粉粒數(shù)量和活性變化動(dòng)態(tài)Fig.3 The numbers and viability of the pollination grains for F. unibracteata flowers from Shichuan town of Zhang County A：開花前2 d Two days before opening (-2 d)；B：開花前1 d One day before opening (-1 d)；C：開花當(dāng)天 Opening day (0 d)；D：開花后1 d One day after opening (1 d)；E：開花后2 d Two days after opening (2 d)；F：開花后3 d Three days after opening (3 d).下同The same below.4×, 10×, 40×：放大4倍、10倍和40倍Magnifies objects 4 times, 10 times and 40 times; 5/100 (mm), 5/100 (mm), 2/10 (mm): 比例尺及刻度單位Scale ruler and unit; 數(shù)字Numbers：清晰度 definition of objects.

圖4 漳縣石川鄉(xiāng)暗紫貝母花朵發(fā)育階段柱頭在聯(lián)苯胺-過(guò)氧化氫液中反應(yīng)變化動(dòng)態(tài)(-2～3 d)Fig.4 Dynamic changes of the stigma receptivity reactive to the aniline-hydrogen peroxide for F. unibracteata flowers during development from Shichuan town of Zhang County

2.4 暗紫貝母的花部形態(tài)變化

經(jīng)對(duì)20株暗紫貝母單花朵發(fā)育動(dòng)態(tài)測(cè)定結(jié)果顯示(表3)，暗紫貝母花朵開放過(guò)程中，花冠顯著伸長(zhǎng)(F=4.706，P<0.05)，極顯著加寬(F=40.441，P<0.01)。開花前2 d，花冠直徑已大于0.6 cm，長(zhǎng)度也在2.4 cm以上。從5月22日開花當(dāng)天(0 d)至5月24日開花第3天(3 d)，花冠直徑95%的置信區(qū)間為1.448～1.779 cm,平均1.633 cm，標(biāo)準(zhǔn)差0.455 cm，變異系數(shù)27.84%?；ü陂L(zhǎng)度95%的置信區(qū)間為2.657～2.860 cm，平均2.758 cm，標(biāo)準(zhǔn)差0.318 cm，變異系數(shù)11.52%。開花后花冠加長(zhǎng)但不顯著(P>0.05)，而花冠直徑極顯著加寬(P<0.01)，顯然暗紫貝母屬于大花類型，花朵營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)與生殖生長(zhǎng)并進(jìn)。

2.5 暗紫貝母雜交指數(shù)的評(píng)判

依照Dafni[11]的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)(表1)，根據(jù)花朵直徑對(duì)其雜交指數(shù)評(píng)判表明，暗紫貝母成熟花朵的平均直徑范圍>0.6 cm(表1)，OCI記作3。暗紫貝母花藥未開裂前柱頭已具有較強(qiáng)的可受性，花藥開裂時(shí)間與柱頭強(qiáng)可受性具有高度同步性(表2和圖3～4)，OCI記作0(表1)；在綠色花蕾中6枚雄蕊花藥始終高于柱頭，當(dāng)花被變紫并開放后，即在開花當(dāng)天(0 d)，雄蕊開始高出柱頭，6枚雄蕊花藥與柱頭間有空間分離(圖1G～H)，OCI記作1。綜合上述結(jié)果，暗紫貝母開放花朵OCI總和為4，其繁育系統(tǒng)應(yīng)屬于部分自交親和，異交，需要傳粉者，這與花粉量-胚珠比(P/O)的估算結(jié)果基本接近。

表2 暗紫貝母花朵發(fā)育過(guò)程中花粉活力和柱頭可受性的比較Table 2 Comparison of pollen viability and stigma receptivity for F. unibracteata flowers during flowering process

注：“-”表示開花前；“+”表示柱頭具可受性；“++” 表示柱頭可受性強(qiáng)；“+++” 表示柱頭可受性很強(qiáng)。表中數(shù)據(jù)為平均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差(n=20),同列不同小寫字母表示P<0.05差異顯著，不同大寫字母表示P<0.01差異極顯著。

Note: ‘-’ means before anthesis; ‘+’ means receptivity in stigmas; ‘++’ means strong receptivity; ‘+++’ means the strongest receptivity. The data in the table indicates the means±SD. Various small letters in the same column mean significant difference atP<0.05; capital letters mean great significant difference atP<0.01.

表3 暗紫貝母花朵發(fā)育階段花冠形態(tài)變化Table 3 Shape changes of the flower corolla during opening process for F. unibracteata

注：表中數(shù)據(jù)為平均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差(n=20)；同行不同小寫字母表示在P<0.05差異顯著，不同大寫字母表示在P<0.01差異極顯著。

Note: the data in the Table indicate the means±SD (n=20); various small letters in the same line mean significant difference atP<0.05; capital letters mean great significant difference atP<0.01.

3 討論

3.1 暗紫貝母花朵雌雄蕊空間錯(cuò)位，柱頭可受性持續(xù)期長(zhǎng)

植物花的壽命隨物種的不同而異，產(chǎn)花粉能力低的花朵一般壽命較長(zhǎng)，柱頭可受性可維持較長(zhǎng)時(shí)間，整個(gè)柱頭活力期間，花粉活性可被激活，但單花間差異很大[17-18]。脅迫生境下，大量同時(shí)開花更易出現(xiàn)異交，以改善后代的抗逆性[17]。圓葉風(fēng)鈴草(Campanularotundifolia)高山居群長(zhǎng)時(shí)間的柱頭活力和高效率的傳粉效果完全可以抵消由于活動(dòng)昆蟲少和頻率低造成的不利影響[19]。青藏高原東部海拔影響暗紫貝母花大小和形態(tài)，高海拔區(qū)花和花粉量均大，但結(jié)種子數(shù)少[4]。本研究2013年在甘肅省漳縣石川鄉(xiāng)3100 m海拔范圍內(nèi)采用鱗莖栽培暗紫貝母，2015年對(duì)開花植株觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，鱗莖栽培3年的暗紫貝母種群開花期在5-6月，單花壽命為6～8 d，單花頂生彎曲，偶見(jiàn)2花植株，初現(xiàn)花蕾綠色，后逐漸轉(zhuǎn)為暗紫色，花被2輪未分化，離生雄蕊5枚緊圍雌蕊，1枚外圍，柱頭3裂被毛，有分泌物，這種花部特征實(shí)現(xiàn)了其在高寒區(qū)極有限的適溫范圍內(nèi)，盡可能捕獲光能,短距離高效率為庫(kù)容輸送養(yǎng)料，同時(shí)吸引昆蟲，并為其提供潛伏花內(nèi)安全傳粉的條件，以彌補(bǔ)單株光合面積小，傳粉昆蟲數(shù)量少的缺陷。暗紫貝母開花前后雌雄蕊空間錯(cuò)位，開花當(dāng)天花粉量最大，有活力和強(qiáng)活力花粉粒率均最高。綠色花蕾柱頭已具較強(qiáng)的可受性，花藥開裂時(shí)間與強(qiáng)柱頭可受性同步，其花粉活力的最高時(shí)期正是柱頭可受的最佳時(shí)期，但強(qiáng)活力花粉粒僅維持3 d時(shí)間，而柱頭可受性持續(xù)期在6 d以上，后期由于花粉量急劇減少，并有弱性花粉拖尾現(xiàn)象，導(dǎo)致花粉活率高，這與張曉軍等[20]對(duì)平貝母的研究結(jié)果相似，說(shuō)明強(qiáng)活力花粉粒數(shù)指標(biāo)更能反映花朵花粉活力狀態(tài)。暗紫貝母花朵大小差異性大，開花后花被加寬加長(zhǎng)明顯，說(shuō)明開花后單株有限的生長(zhǎng)量集中在花部，雄蕊高出柱頭能把花藥中的花粉聚攏在柱頭上方，雄蕊2輪著生還可增大訪花昆蟲花粉量攜帶部位面積，提高高寒稀有傳粉者的偶次訪問(wèn)中被同時(shí)帶出花粉量大，散布面廣，外力抖落花粉還易落于下方柱頭可促進(jìn)自花授粉，花的彎曲下垂可保護(hù)花不被鳥食、陽(yáng)光灼傷和風(fēng)力損傷，但卻不利于花粉落于柱頭實(shí)現(xiàn)自交。顯然，暗紫貝母的離生雌蕊與柱頭空間錯(cuò)位可能與花彎曲下垂、花被不分離、柱頭可受性持續(xù)期長(zhǎng)、強(qiáng)活力花粉持續(xù)時(shí)間短聯(lián)系在一起，形成了適應(yīng)自交、風(fēng)媒和蟲媒傳粉異交的花部特征。

3.2 暗紫貝母繁育系統(tǒng)為部分自交親和，異交，需要傳粉者

為了適應(yīng)外界多面的環(huán)境，植物形成了各種各樣的繁育系統(tǒng)類型[8,13]。有性繁殖是通過(guò)有性過(guò)程產(chǎn)生雌雄配子形成種子，進(jìn)而繁殖后代的一種繁殖方式，有完整的個(gè)體發(fā)育周期[21]。自然界中，很難見(jiàn)到絕對(duì)的異交或者絕對(duì)自交的植物類群，大部分植物是二者兼有的混交模式[17]。自然授粉既包含自花授粉，也包含異花授粉，育種工作中一般根據(jù)異交率判斷繁育類型[21]。張曉軍等[20]研究表明，平貝母(F.ussuriensis)繁育系統(tǒng)是以自花傳粉為主，蟲媒異花傳粉為輔的兼性自交。本研究結(jié)果顯示，川貝母基原植物暗紫貝母屬于大花類型，花朵直徑為1.448～1.779 cm(>0.6 cm)，花藥開裂時(shí)間與柱頭可受性具有同步性，花藥與柱頭之間出現(xiàn)空間分離的現(xiàn)象，其雜交指數(shù)(OCI)總和為4，單花含花粉量約6000粒左右，平均胚珠數(shù)為160，P/O值平均約37.5。綜合評(píng)判，暗紫貝母繁育系統(tǒng)應(yīng)屬于部分自交親和，異交，需要傳粉者。傳粉媒介主要為風(fēng)媒和蟲媒，田間觀察到稀有訪花昆蟲有蜂類、蠅類、蜘蛛等，這種異交和自交的交叉式繁殖方式傳粉效率高。

致謝：漳縣康榮中藥材合作社康彥俊提供試驗(yàn)地和合作，中國(guó)科學(xué)院大學(xué)西北生態(tài)環(huán)境資源研究院博士生陳翔，蘭州大學(xué)碩士生郭愛(ài)峰，甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)本科生王軍、李永明、楊錦強(qiáng)、何炳江、宋重昶參與田間播種。甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)碩士生周傳猛、楊慧珍、王小琴、梁偉、何媛麗、袁洪超、金彥博、郭一青，本科生倪吉星、年想紅、李鵬、湯安參與田間試驗(yàn)，在此一并致謝。

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Studies of the floral organ characteristics and sexual breeding system of Fritillaria unibracteata

CHEN Yuan1,2, XU Bo-Qiong1, GUO Feng-Xia1*, BAI Gang1, ZHANG Jin-Feng1, ZHANG Yong1

1.GansuKeyLaboratoryofCropGenetic&GermplasmEnhancement,GansuProvincialKeyLaboratoryofGoodAgriculturalProductionforTraditionalChineseMedicine,GansuProvincialEngineeringResearchCentreforMedicalPlantCultivationandBreeding,CollegeofAgronomy,CollegeofLifeSciencesandTechnology,GansuAgriculturalUniversity,Lanzhou730070,China; 2.GansuEngineeringLaboratoryofResourceReservationandUtilizationforCharacteristicMedicalPlants,GansuCultivatedEngineeringandTechnologyResearchCenterofStandardizationandTraceabilityforCharacteristicChineseMedicine,GansuTaslyZhongtianPharmaceuticalCo.,Ltd,Dingxi748100,China; 3.KeyLaboratoryofHexiCorridorResourcesUtilizationofGansu,HexiUniversity,Zhangye734000,China

To determine the flower characteristics and sexual breeding system forFritillariaunibracteata, a combination of field tests and microscopy examination was used to study the flower conformation and pollination biology in order to provide scientific information to assist in plant breeding. This species has a single bisexual flower borne at the stem apex. Occasionally there are two flowers when cultivated for three years from bulbs. The immature bud is green and then turns a darker purple covered with light yellow flecks. The flowering period is from May to June but single flowers bloom only 6-8 days. The bell-shaped flower has six perianth segments in two whorls and six apopetalous stamens within, five of which are tightly circumfused to the pistil and the other independent. The epigynous ovary has three short splits on its hairy chapiter which are secretory. The ovary stands higher than the stamens in the young bud, but becomes shorter in mature, open flowers. The pollen quantity, and vigor is maximal on the first day of flowering and pollen is produced for three days. The pistil stigma in a 1.5 cm long green bud was already receptive. Anther dehiscence coincided with the peak in stigma receptivity but stigma receptivity lasted longer (over 6 days) than pollen production. The flower has over 6000 pollen grains and 160 ovules in single flower, resulting in a pollen to ovule (P/O) ratio of 37.5. The out crossing index (OCI) was 4 according to the flower size and behavior. Pollinators included wind and a few wasps, bees, spiders and other miscellaneous insects. Our results suggest that this species should possess a sexual breeding system with partial self-compatibility, heterogamy, and required pollinators.

Fritillariaunibracteata; floral organ characteristics; pollen viability; stigma receptivity; breeding system

10.11686/cyxb2016070

http://cyxb.lzu.edu.cn

2016-03-07；改回日期：2016-05-17

國(guó)家自然科學(xué)地區(qū)基金(31360316和31660158)，甘肅省農(nóng)牧廳中藥材產(chǎn)業(yè)科技攻關(guān)項(xiàng)目(GYC12-06)，甘肅省財(cái)政廳農(nóng)業(yè)科技示范推廣項(xiàng)目(2130106-技術(shù)推廣類)，校企合作和教學(xué)研究項(xiàng)目資助。

陳垣(1963-)，男，甘肅通渭人，教授，博士生導(dǎo)師。E-mail: chenyuan@gsau.edu.cn*通信作者Corresponding author. E-mail: guofx@gsau.edu.cn

陳垣, 徐博瓊, 郭鳳霞, 白剛, 張藎鳳, 張勇. 暗紫貝母花器官特征及有性繁育系統(tǒng)研究. 草業(yè)學(xué)報(bào), 2017, 26(1): 90-98.

CHEN Yuan, XU Bo-Qiong, GUO Feng-Xia, BAI Gang, ZHANG Jin-Feng, ZHANG Yong. Studies of the floral organ characteristics and sexual breeding system ofFritillariaunibracteata. Acta Prataculturae Sinica, 2017, 26(1): 90-98.