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(1.貴州民族大學生態(tài)環(huán)境工程學院，貴陽 550025； 2.凱里學院大健康學院，貴州 凱里 556011)

劍葉金雞菊(CoreopsislanceolataL.)是菊科金雞菊屬多年生草本植物，頭狀花序大而艷麗，原產于北美，20世紀初作為觀賞花卉引入青島、廬山等地[1-2]。劍葉金雞菊生態(tài)適應性強，且能借助克隆生長快速擴增形成單一優(yōu)勢種群，排擠本土物種，影響生物多樣性[3]。劍葉金雞菊已從最初引種栽培的庭園逸生、擴散成為入侵物種，在華東、中南廣泛分布[4-5]，甚至擴散到了西北[6]和西南地區(qū)。國內外對劍葉金雞菊的研究，一方面集中在資源的開發(fā)利用，關注劍葉金雞菊的化學成分及其生物活性[7-8]，或是從花卉資源的角度研究劍葉金雞菊的種子生物學特性[9]；另一方面，關于劍葉金雞菊生物入侵方面的研究也越來越受重視。目前已有關于劍葉金雞菊的化感作用[10]、光合作用[11]、逆境生理[5]、對環(huán)境變化的響應[12]和對群落結構的影響[2,13]等方面的研究，探討劍葉金雞菊的生理生態(tài)特征與其入侵能力之間的關系。

劍葉金雞菊有較強的無性生殖能力，在早期通過密集型克隆生長快速擴增來搶占生境，而在后期主要進行游擊型克隆生長，形成間隔相對較遠的分株，利于種群的擴散[3-4]。入侵物種快速占據新生境、形成優(yōu)勢種群排擠本土物種的能力，還與有性生殖產生種子的潛力和種子萌發(fā)成苗的特性密切相關。然而，目前尚未見對劍葉金雞菊種子產量的動態(tài)變化以及不同時期所產種子的萌發(fā)能力方面的報道，缺乏種子特性與其入侵機制關系方面的研究。因此，本試驗通過對劍葉金雞菊的結實動態(tài)與種子萌發(fā)特性進行研究，為探索劍葉金雞菊的入侵機制和綜合治理提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

劍葉金雞菊取自貴州省凱里市的一個野外居群(26°31′N，107°53′E，海拔690 m)。試驗地位于云貴高原東緣，屬亞熱帶季風區(qū)，氣候溫暖，雨量充沛。劍葉金雞菊的頭狀花序生于莖端，在試驗地于5月中下旬始花。隨著頭狀花序總苞的展開，周圍黃色的舌狀花先開，隨后中間的管狀花由外而內依次開放，每天開1～2輪。在頭狀花序開放后的6～7 d，外圍的舌狀花開始枯萎，管狀花也從外向內逐漸脫落，整個花序的開放時間為8～9 d。種子成熟所需時間極短，管狀花謝花后只需8～9 d，黑色的瘦果即可成熟。劍葉金雞菊的盛花期可持續(xù)到8月上旬，直到11月初還有零星的頭狀花序開放。劍葉金雞菊6月初即有種子(瘦果)成熟，一直持續(xù)到11月還有零星植株產生少量種子。

1.2 人工授粉試驗與傳粉者觀察

2016年6月，在劍葉金雞菊的盛花期，以整個頭狀花序為單位分別進行同株授粉、異株授粉和不授粉3種處理，另設自然對照，每處理設10個重復。3種處理的頭狀花序均在總苞片張開前套上硫酸紙袋，進行相應處理后繼續(xù)套袋至花序開放完畢。同株授粉處理用同株上的不同花序(套袋防止異源花粉污染)進行人工授粉，而異株授粉采用的是20 m以外植株的花粉。為保證授粉效果，每種授粉處理每天進行1次，連續(xù)進行3～4 d。全部處理的頭狀花序均在總苞開放后用相機記錄管狀花總數，結實后統計各處理中頭狀花序產生的種子數。結實率(%)=(種子數/管狀花序數)×100%。選擇晴好天氣，結合樣線法與定點觀察法進行訪花昆蟲調查。用相機拍攝訪花昆蟲，結合用捕蟲網捕捉傳粉昆蟲標本，鑒定主要傳粉昆蟲種類。

1.3 開花動態(tài)和種子產量測算

通過前期觀察，確定劍葉金雞菊在6—11月均能產生種子，但種子產生的高峰主要在前期，而10—11月僅有零星的植株產生零星的種子。故本試驗重點考察從始花到9月底的花序數量和種子產量。2017年6月，在樣地內隨機選取18株劍葉金雞菊掛牌標記，統計始花期至6月底、6月底至7月底、7月底至8月底、8月底至9月底共4個時段內各植株產生的已謝花結實的花序數。在每個時段內，每個植株隨機選取5個結實的花序，考察種子數量。將花序數和5個花序的平均種子數相乘，估算每株劍葉金雞菊在該時段內產生的種子總數。8月底至9月底部分植株的花序數少于5，則以實際產量為準。最后將各時段的花序數和種子數量累計相加，算出一株劍葉金雞菊年產花序數，估算出種子的年產量。

1.4 種子萌發(fā)和出苗試驗

分別在6月底采集早期成熟的種子，在10月初采集晚期成熟的種子，采后立即開展種子萌發(fā)和出苗試驗。其中，種子萌發(fā)試驗在2016年和2017年連續(xù)進行了2年，而出苗試驗只在2017年進行了1年。種子萌發(fā)試驗在鋪有浸濕脫脂棉的培養(yǎng)皿中進行，每個培養(yǎng)皿中隨機放置50粒形態(tài)大小基本一致的種子，設3次重復。將培養(yǎng)皿放置在光照狀況相對良好的試驗室邊臺上，保持窗戶開放，使試驗條件盡可能接近室外自然狀況。培養(yǎng)過程中每天換一次蒸餾水并記錄發(fā)芽情況。當胚根長度約為種子直徑的一半時視為種子發(fā)芽，培養(yǎng)時間為3周。

發(fā)芽率(%)=(萌發(fā)的種子總數/50)×100%；

平均發(fā)芽時間=∑(ti×ni)/∑ni；式中ti為從試驗開始的天數，ni為當天發(fā)芽的種子數。

出苗試驗和萌發(fā)試驗操作類似，區(qū)別在于用花盆代替培養(yǎng)皿，基質為取自劍葉金雞菊生境中去除表土后混勻的泥土。每個花盆中放置50粒種子，澆水使種子半沒于土中，設3次重復。培養(yǎng)地點和發(fā)芽試驗一致，每天澆水，并記錄出苗情況，培養(yǎng)時間為4周。

出苗率(%)=(出苗的種子總數/50)×100%；

平均出苗時間=∑(ti×ni)/∑ni；式中ti為從試驗開始的天數，ni為當天出苗的種子數。

1.5 數據分析

對人工授粉試驗的結實率以及不同時期的頭狀花序數量和種子產量數據進行單因素方差分析，并利用LSD檢驗進行不同處理間的比較。對早期和晚期種子的發(fā)芽和出苗數據進行t檢驗。所有數據分析均用SPSS 19.0統計軟件完成。

2 結果與分析

2.1 劍葉金雞菊的繁育系統

如表1所示，劍葉金雞菊自然對照的結實率最高，異花授粉處理結實率次之，而套袋后不授粉和自花授粉處理幾乎都不結實。單因素方差分析結果表明，套袋處理對劍葉金雞菊的結實率產生了極顯著的影響(F=64.092，p<0.001)。自然對照與其它處理間的差異均達到了極顯著水平(p<0.001)，異花授粉處理與套袋后不授粉，以及自花授粉2種處理間的差異也都達到了極顯著水平(p<0.01)。由此判斷，劍葉金雞菊是自交不親和的物種，需要依靠異交產生種子。觀察到訪問劍葉金雞菊的昆蟲共有12種，其中傳粉昆蟲有中華蜜蜂(Apiscerana)、幽矍眼蝶(Ypthimaconjuncta)、黃粉蝶(Euremablanda)、無標黃粉蝶(Euremabrigitta)、鹿蛾(Amatasp.)、食蚜蠅(Syrphidaesp.)、黑額光葉甲(Smaragdinanigrifrons)、葉甲(Chrysomelidaesp.)等。能幫助劍葉金雞菊實現有性生殖的傳粉昆蟲種類眾多，蜂類、蝶類、蛾類、蠅類和甲蟲類均有，最主要的傳粉昆蟲為中華蜜蜂(A.cerana)。

表1 人工授粉試驗結果

注：表中數值為平均數±標準誤，同一列內不同小寫字母表示處理間的差異顯著(p<0.05)。下同。

2.2 劍葉金雞菊的花序數量和種子產量

單因素方差分析結果表明，劍葉金雞菊的頭狀花序數(F=24.162，p<0.001)、單花序種子數(F=48.645，p<0.001)和單株種子產量(F=33.704，p<0.001)在不同時期均有極顯著的差異。3個指標的最高值均在早期獲得，而隨著花期的持續(xù)，頭狀花序數、單花序種子數和單株種子產量均呈下降趨勢(表2)。除了7月份和8月份的頭狀花序數之間、8月份和9月份的單花序種子數之間沒有顯著差異外，3個指標在其它時期之間的差異均達到了顯著水平(p<0.05)。平均每株劍葉金雞菊可產生約135個頭狀花序，每個花序平均產生約93粒種子，每株的種子總產量約12 600粒(5 128～25 433粒，n=18)。值得注意的是，6月底前產生的種子平均達到了7 740.50粒，說明劍葉金雞菊的種子主要是在早期產生的。

表2 各時期頭狀花序數量和種子產量

2.3 劍葉金雞菊的種子萌發(fā)和出苗

如表3所示，2年的種子萌發(fā)試驗均表明，后期成熟的種子(10月初采集)發(fā)芽率高于前期成熟的種子(6月底采集)。但只有在2017年的試驗中，二者發(fā)芽率之間的差異達到了極顯著水平(t=12.438，p<0.001)。無論是前期還是后期采集的種子，在室溫下培養(yǎng)，2～3 d即有種子陸續(xù)發(fā)芽，發(fā)芽率48%～86%，3～4 d即有種子開始出苗，兩期種子出苗率均超過了50%。在平均發(fā)芽時間、出苗率和平均出苗時間方面，前期成熟的種子和后期成熟的種子之間，均不存在顯著差異(表3)。以上試驗結果說明，劍葉金雞菊種子成熟后不存在休眠特性，有立即萌發(fā)成苗的潛力。

表3 早晚期種子的發(fā)芽和出苗情況

3 結論與討論

劍葉金雞菊套袋后不授粉，或者自花授粉處理后，絕大多數花序都不結實，說明該物種自交不親和。本研究結果與曾建軍等[4,14]的研究結果均表明，劍葉金雞菊的交配系統為異交，種子需要通過不同植株之間的異交產生。劍葉金雞菊雖需異交才能結實，但能為其傳粉的昆蟲眾多，泛化的傳粉系統使得劍葉金雞菊能相對輕易地獲得異源花粉，不影響種子的產生。本試驗只是在白天對訪花昆蟲進行了調查，考慮到夜間活動昆蟲傳粉的可能性，估計其有效的傳粉者應該更多。劍葉金雞菊克隆生長能力強，在早期通過密集型生長搶占生境，在后期則通過游擊型生長分散同一基因型植株在種群中的分布[3-4]。有性生殖產生的種子利于入侵物種的擴散和初期種群的建立，而無性生殖則有利于在新生境中快速形成單一優(yōu)勢種群[15]。劍葉金雞菊可能正是通過同時發(fā)揮有性生殖和無性生殖的雙重優(yōu)勢，才成為廣泛分布的入侵物種。

另外，發(fā)現管狀花中有薊馬活動，而套袋處理無法隔離此類小型昆蟲。這類小型昆蟲帶來的外來花粉，可能是套袋自花授粉以及套袋不授粉處理中有極個別種子產生的原因。劍葉金雞菊頭狀花序中，能產生種子的是中間逐步成熟的管狀花。在進行人工授粉操作時，一個花序只有部分花開放，而且花粉孔裂，能用于授粉的花粉數量較少?；趧θ~金雞菊的開花和散粉特點，即便進行了多次授粉，但花粉量依然可能不足，這應該是造成人工異花授粉結實率偏低的原因。

劍葉金雞菊花序多，種子產量大，有性生殖能力極強，本研究中高產植株的種子總產量超過了25 000粒。劍葉金雞菊在入侵日本后平均每個花序產生98粒種子，是北美原產地的兩倍多[16]，和本研究的結果較為相近。入侵物種一般具有種子產量大、易于萌發(fā)的特點，因而擴散和傳播能力強[17]。平均每株劍葉金雞菊種子產量超過12 000粒，其中大部分是在6月底前產生的，且種子成熟后立即可以發(fā)芽和出苗，在當年就具備極強的種群建成潛力。合適的溫度更適宜劍葉金雞菊種子發(fā)芽[18]。本研究中，種子發(fā)芽和出苗試驗分別在夏季和初秋進行，10月份的溫度更為溫和，這可能是后期采收種子的發(fā)芽率和出苗率均較高的原因。即便因水分限制等原因，條件暫時不適宜，劍葉金雞菊的種子也可以在地下保持活力，轉入休眠狀態(tài)，形成種子庫，以躲避不良環(huán)境的影響[19]。劍葉金雞菊種子產量巨大，而這種二次休眠特性更是有助于其占據新生境、形成新種群，強化其入侵能力。

劍葉金雞菊具有花期長、花序數多，有效的傳粉昆蟲多、結實早、種子產量高、種子萌發(fā)率和出苗率高等特征,表明其有性繁殖系數極高，擴散風險極大。結合劍葉金雞菊的結實特征和萌發(fā)特性，采取防除措施不能遲于有性生殖的早期，以防止種子的產生。下一步，可以動態(tài)監(jiān)測不同時期成熟的種子落地后的成苗和后續(xù)生長狀態(tài)，以便在自然狀態(tài)下，更準確地評價劍葉金雞菊的有性繁殖種群建成能力。