蔣 強，唐健民，羅亞進，鄒 蓉，熊忠臣，柴勝豐，韋 霄

(1.廣西雅長蘭科植物國家級自然保護區(qū)管理中心，廣西百色 533209；2.廣西壯族自治區(qū)中國科學(xué)院廣西植物研究所，廣西喀斯特植物保育與恢復(fù)生態(tài)學(xué)重點實驗室，廣西桂林 541006)

0 引言

蘭科植物是被子植物中物種最為豐富的類群，具有極高的物種多樣性，廣泛分布于除兩極和極端沙漠干旱地區(qū)以外的各種陸地生態(tài)系統(tǒng)中[1]。蘭科植物在植物界系統(tǒng)演化上屬于進化最快、最高級的類群之一。蘭科植物花的結(jié)構(gòu)具有多樣化、精巧化及傳粉系統(tǒng)形式多樣化的特點[2]，其花部的高度特化與昆蟲協(xié)同進化的關(guān)系十分密切，被認(rèn)為是與傳粉者高度適應(yīng)的一個科。蘭科植物一般需要特定的傳粉者實現(xiàn)傳粉受精，如果傳粉者受到威脅和減少，就會直接影響植物的結(jié)實能力，從而危害和影響蘭科植物的生存。因此，對蘭科植物與昆蟲間的相互關(guān)系及人工授粉的研究，一直是傳粉生物學(xué)家和植物系統(tǒng)學(xué)家研究的熱點。蘭科植物傳粉學(xué)研究最早見于1890年達(dá)爾文所著的《蘭花的傳粉——蘭花借助于昆蟲傳粉的技巧》一書中，而目前蘭科的研究主要集中在歐洲和北美等溫帶地生群類中。我國較早的蘭科傳粉生物學(xué)研究見于1999年Luo等[3]對舌喙蘭利用食源性欺騙傳粉方式引誘芒康條蜂對其傳粉的研究，這是亞洲蘭科植物傳粉生物學(xué)領(lǐng)域的首次研究報道。2002年金效華[4]對滇西槽舌蘭的傳粉生物學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，彎腿金龜是滇西槽舌蘭唯一的傳粉者，并存在2種不同的傳粉機制。2005年劉可為等[5]研究發(fā)現(xiàn)杏黃兜蘭通過模仿食源性植物黃花香，靠花香和鮮艷花色吸引長尾管蚜蠅、莫蘆蜂等多種傳粉者訪花進入杏黃兜蘭的囊狀唇瓣內(nèi)，起到傳粉的作用。我國蘭科植物傳粉生物學(xué)的研究資料相對較少，每年的文獻增量僅2-3篇，主要是附生類型比較多，如肉餅兜蘭[6]、臺灣獨蒜蘭[7-8]、琴唇萬代蘭[9]、足莖毛蘭[10]、兔耳蘭[11]、杏黃兜蘭[5]等。我國蘭科植物有150多屬、1 000余種，而且有不少的特有屬和特有種。因此，對蘭科植物傳粉生物學(xué)和生態(tài)學(xué)的研究有著廣闊的前景。

天貴卷瓣蘭(Bulbophyllumtianguii)，蘭科石豆蘭屬[12]，是2005年在廣西雅長蘭科國家自然保護區(qū)內(nèi)發(fā)現(xiàn)的新種蘭科植物，廣西特色的蘭花物種，主要分布于喀斯特石山表面或腐殖樹莖上，花色絢麗奪目，花形奇異，金黃色花瓣內(nèi)卷猶如皇妃般高雅且氣質(zhì)內(nèi)斂，非常美麗。新物種的發(fā)現(xiàn)及其保護對物種的生存和發(fā)展至關(guān)重要，物種保護很大程度上取決于其自身的生物學(xué)特性，需要對其生態(tài)學(xué)、傳粉生物學(xué)、種群生物學(xué)、繁育生物學(xué)以及其他生物學(xué)分支學(xué)科進行研究。傳粉過程受種群所處環(huán)境的影響，可能是一些物種導(dǎo)致瀕危的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，如花部特征、花器官的壽命、花開放式樣和交配系統(tǒng)，它們與傳粉者及其傳粉行為的適應(yīng)度是影響后代生殖遺傳的主要因素[13]。如果不了解所要保護物種的繁育系統(tǒng)和傳粉等特征，就很難保證繁育、保護甚至是野外種植復(fù)壯項目的可行性和可信性，因此必須對天貴卷瓣蘭的傳粉生物學(xué)和生態(tài)學(xué)進行研究，為研究其保護策略奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗地點位于廣西雅長蘭科國家自然保護區(qū)老屋基天坑(24°50′15″N和106°24′56″E)，樣品為生長健康、長勢良好的天貴卷瓣蘭野外居群，種群個體分布較多。天貴卷瓣蘭為附生草本，具匍匐根狀莖。假鱗莖在根狀莖上，卵狀圓錐形或狹卵形，頂端具1枚葉，干后黃色。葉革質(zhì)長圓形，先端鈍而微凹，基部收狹呈長5-10 mm的柄。傘形花序，頂生具2-3朵花；花苞片長圓形舟狀，密被紫紅色細(xì)點；花淡黃色具紫褐色脈紋，側(cè)萼片狹披針形，基部上方扭轉(zhuǎn)且兩枚側(cè)萼片彼此粘合而平行伸展；唇瓣卵狀披針形，綠褐色，基部與蕊柱足連合而形成可動的關(guān)節(jié)，基部具凹槽、邊緣具睫毛，唇盤具2條肉質(zhì)、具緣毛的縱脊，花期2-3月[14]。授粉試驗時間為2019年2-4月。

1.2 試驗地概況

廣西雅長蘭科國家自然保護區(qū)位于廣西百色樂業(yè)縣境內(nèi)，地理坐標(biāo)是24°44′16″-24°53′58″N和106°11′31″-106°27′4″E，保護區(qū)東接大石圍天坑群風(fēng)景旅游區(qū)，西毗南盤江，北起狗論山，南至草王山，屬于桂西中亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，地處云貴高原東南緣，是云貴高原向廣西丘陵過渡的山原地帶，山脈走向大致北西至南東，以花坪谷地為中線，南北部較高，中間較低，區(qū)內(nèi)溝谷縱橫，疊峰連綿[15]。

1.3 方法

1.3.1 伴生植物的調(diào)查

根據(jù)地形和實際植被分布情況開展調(diào)查，采用線樣帶法沿一條線穿過研究區(qū)域，觀察并統(tǒng)計兩側(cè)的植物及其種群個體數(shù)。

1.3.2 開花物候觀察

觀察統(tǒng)計天貴卷瓣蘭(圖1)的單株花期、居群花期，對居群所有植株進行開花物候觀察，每隔一段時間統(tǒng)計樣群內(nèi)花朵開放的數(shù)量?；ㄩ_放的判定標(biāo)準(zhǔn)為花被張開，昆蟲能夠進入花內(nèi)并傳粉；花凋謝的標(biāo)準(zhǔn)為花瓣向內(nèi)閉合，花被開始萎蔫。

圖1 天貴卷瓣蘭花

1.3.3 繁育系統(tǒng)試驗

開花前套網(wǎng)袋，阻止昆蟲進入花內(nèi)(圖2)。隨機選取即將盛開的花朵，取下網(wǎng)袋按照以下方式分別進行人工處理：(1)不作任何處理；(2)自交，人工自花授粉；(3)異交，異株異花授粉(花粉未碾碎)；(4)異交，異株異花授粉(花粉碾碎成粉末狀)。結(jié)實率的統(tǒng)計在所有套袋花全部凋謝后，以子房膨大作為繁殖成功的標(biāo)準(zhǔn)。

Fig.2 Field bagging experiments ofBulbophyllumtianguii

2 結(jié)果與分析

2.1 天貴卷瓣蘭的伴生植物

天貴卷瓣蘭主要的伴生植物介紹如下。

喬木：細(xì)葉云南松Pinusyunnanensis、化香樹Platycaryastrobilacea、大葉櫟Quercusgriffithii、栓皮櫟QuercusvariabilisBlume等。

灌木：小葉枇杷Eriobotryaseguinii(Levl.) Card.ex Guillaumin、米念芭Tirpitziaovoidea、三對節(jié)Clerodendrumserratum、狹葉桃葉珊瑚Aucubachinensis、粗糠樹EhretiadicksoniiHance、滇鼠刺IteayunnanensisFranch、圓葉烏柏SapiumrotundifoliumHemsl、南天竹Nandinadomestica、長柱十大功勞MahoniaduclouxianaGagnep、藍(lán)黑果莢蒾Viburnumatrocyaneum、毛穗杜莖山MaesainsignisChun等。

藤本：紅腺懸鉤子RubussumatranusMiq、懸鉤子薔薇Rosarubus、灰氈毛忍冬Loniceramacranthoides、燈油藤Celastruspaniculatus、亮葉雀梅藤SageretialucidaMerr等。

草本：黃精Polygonatumsibiricum、千里光Senecioscandens、螞蝗七Chiritafimbrisepala、銹色蛛毛苣苔Paraboearufescensfimbrisepala、通泉草Mazuspumilus、狹葉鳳尾蕨PterishenryiChrist、光石韋Pyrrosiacalvata、瓜子金Polygalajaponica、毛四葉華Galiumbungei等。

與天貴卷瓣蘭伴生的蘭科植物有足莖毛蘭Eriacoronaria、多花蘭Cymbidiumfloribundum。

2.2 天貴卷瓣蘭開花物候

由圖3可知，天貴卷瓣蘭的花期從2月15日持續(xù)到3月28日，期間3月11—21日為盛花期，3月18日到達(dá)最高峰。單株平均花期在一周左右，花瓣會很快內(nèi)卷閉合而且授粉會明顯縮短單花的花期。

圖3 樣地內(nèi)植株居群花數(shù)量的變化

Fig.3 Variations in the number of plant population flowers in the plot

2.3 繁育系統(tǒng)

對天貴卷瓣蘭繁育系統(tǒng)試驗的統(tǒng)計結(jié)果見表1。在試驗前期自花授粉、異花授粉和不作任何處理的試驗對比中均沒有結(jié)實，說明天貴卷瓣蘭在自然或人工傳粉情況下結(jié)實率非常低，在自然狀態(tài)下有性生殖的融合性較差。但是在試驗后期通過將花粉碾碎成粉末狀后進行異交傳粉試驗，得到出乎意料的結(jié)果，破壞花粉結(jié)構(gòu)使得天貴卷瓣蘭傳粉獲得成功，且結(jié)實率相當(dāng)高，達(dá)到100%。

表1 天貴卷瓣蘭不同繁育系統(tǒng)的結(jié)實率比較

Table 1 Comparison of seed setting rates in different breeding systems ofBulbophyllumtianguii

日期Date處理方式 Processing mode花數(shù)Number of flower果實數(shù)Number of fruit結(jié)實率Setting per-centage(%)2019 02 22自交授粉(花粉未碾碎)Selfing (pollen is not crushed)1000異交授粉(花粉未碾碎)Outcross (pollen is not crushed)1000不作任何處理Wild pairing10002019 03 03自交授粉(花粉未碾碎)Selfing (pollen is not crushed)1000異交授粉(花粉未碾碎)Outcross (pollen is not crushed)1000不作任何處理Wild pairing1000

續(xù)表1

Continued table 1

日期Date處理方式 Processing mode花數(shù)Number of flower果實數(shù)Number of fruit結(jié)實率Setting per-centage(%)2019 03 18自交授粉(花粉未碾碎)Selfing (pollen is not crushed1000異交授粉(花粉未碾碎)Outcross (pollen is not crushed)2000異交授粉(花粉碾碎)Outcross (pollen is crushed)2020100不作任何處理Wild pairing10002019 04 03自交授粉(花粉未碾碎)Selfing (pollen is not crushed1000異交授粉(花粉未碾碎)Outcross (pollen is not crushed)2000異交授粉(花粉碾碎)Outcross (pollen is crushed)2020100不作任何處理Wild pairing1000

3 討論

天貴卷瓣蘭的花期持續(xù)一個多月，從2月中旬開始至3月下旬，其中盛花期在3月中旬，單株花期在一周左右，傳粉時需要及時進行。在自然狀態(tài)下，天貴卷瓣蘭的結(jié)實率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于蘭科植物結(jié)實率的平均水平20.7%[16]。試驗通過碾碎花粉進行人工授精可顯著提高天貴卷瓣蘭的結(jié)實率，表明人工授粉可顯著干預(yù)天貴卷瓣蘭的交配系統(tǒng)并增加傳粉的成功率，降低敗育率?；ǚ郾砻姘纪共黄?，絕大多數(shù)有萌發(fā)溝或孔溝，花粉壁含有酶、糖類、纖維素和果膠質(zhì)等物質(zhì)[17-18]，這些物質(zhì)有可能堵塞萌發(fā)孔。試驗通過將花粉碾碎成粉末狀，進而提高授粉的成功率，其原因是否在于粉碎后的花粉萌發(fā)孔的疏通或者破裂促使花粉活力提高，下一步仍需要進行花粉電鏡掃描驗證。雖然自然條件下，天貴卷瓣蘭有性繁殖結(jié)實率低，而其無性繁殖能力較強，可以通過分株進行繁殖，但是天貴卷瓣蘭的種群數(shù)量稀少、特殊的生境及人為因素都極大地影響著該物種的生存和保護。因此，廣泛開展傳粉生物學(xué)研究，盡可能多地了解天貴卷瓣蘭的傳粉式樣和傳粉機制仍是今后相當(dāng)長時間內(nèi)的重要任務(wù)。與此同時，還應(yīng)注意將傳粉生物學(xué)研究與居群生物學(xué)研究相結(jié)合來探討天貴卷瓣蘭的花粉流、基因流的方向和范圍，以了解特定類群或特定區(qū)域內(nèi)蘭科植物的進化方式和適應(yīng)輻射特點。