三叶木通开花生物学研究初报

凯里学院本科毕业论文 学科代码： 学 号：2009407072 本科毕业论文(设计)三叶木通开花生物学研究初报学 院： 环境与生命科学学院 专 业： 生物科学 班 级： 09生本 学生姓名： 田栋伟 指导教师： 杨 芩 2012 年 月 日10 目 录 目 录I三叶木通开花生物学研究初报II摘要II关键词IIAbstractIIKey wordsIII1前言11.1 三叶木通的开发利用现状11.2研究目的与意义12材料与方法22.1 材料22.2 方法22.3 数据分析33.实验结果33.1 开花动态、散粉特性33.2 花粉活力及密度检测结果43.3 柱头分泌粘液情况43.4柱头可授性检测结果54.讨论6参考文献：8致 谢12三叶木通开花生物学研究初报田栋伟凯里学院环境与生命科学学院 09生物本 指导老师 杨 芩摘要：以三叶木通为试材，观察其开花动态、散粉规律；用TTC法测定三叶木通花粉的活力和寿命；采用联苯胺过氧化氢法测定柱头的可授期，初步研究三叶木通有性繁殖系统的活性机制。结果表明：（1）三叶木通的花粉寿命一般为5d，花粉活力及花粉量在散粉后的4h即达到峰值，然后逐渐下降至失去活力。（2）三叶木通的单朵花期一般为7d; 单株花期为11天左右；开花1d后即可分泌粘液，在花后第4d时，粘液分泌量达到最大值；柱头在开花后27天内均具有可授性，在第4d时具最强可授性。（3）三叶木通的开花日期较花粉散粉日期早3-4d，使得柱头的强可授期与花粉具有高活力的时间基本吻合，说明其初步适应了传粉机制。关键词：三叶木通；柱头；柱头可授性；花粉；花粉活力。The Preliminary Study of Akebia Flowering BiologyCollege of Environmental and Life Science, Kaili UniversityTian Dong-wei Directed by Yang Qin Abstract: As test materials, Akebia is observed the flowering dynamics, shedding law; TTC method for the determination of the Akebia pollen vitality and life; benzidine - hydrogen peroxide determination of stigma may grant period, preliminary study Akebiaactive mechanisms of sexual reproduction system. The results show that: (1) Akebia pollen life generally 5d, pollen viability and the amount of pollen shedding after 4h peak, and then gradually decreased to lose its vitality.(2) single flower flowering Akebia general 7d; plant flowering period is about 11 days; mucus secretion after flowering 1d, the mucus secretion reached a maximum after flowering 4d; stigma after flowering7 days can be granted, with the strongest granted 4d. (3) the Akebia flowering date the more pollen shedding date as early as 3-4d makes the strong stigma may grant pollen with high dynamic agreement, its initial adapted to pollination mechanism.Key words: Akebia trifoliate；stigma；stigma receptivity；pollen；pollen viability1前言1.1 三叶木通的开发利用现状三叶木通(Akebia trifoliate（Thunb.）Koidz.）别名：八月瓜、八月炸，属木通科（Lardizabalaceae），木通属（Akebia Decne.）。多年生落叶木质，藤本，野生攀援植物1。叶为三出复叶；小叶卵圆形，长宽变化很大，顶端钝圆、微凹或具短尖，边缘浅裂或呈波状。花单性紫色，雌雄同株或同序。花期4月中旬。果实肉质浆果状，长卵形，成熟后深紫色，沿腹缝线开裂，现出白瓤， 9月中旬成熟。主要分布在我国长江流域大部分地区1-3。其藤茎为中药木通，果实为中药蓣知子，具有治喉痹、理咽喉妨塞不通、疏肝理气、活血止痛、除烦利尿、抗菌消炎、抗癌抗菌功效等4,5。目前，国内外对三叶木通的研究主要集中在种质资源分析、化学成分测定、开发利用和形态性状研究等方面3-9。例如：方元平、谢碧霞、武曙红等对三叶木通资源的开发利用进行了研究，尤其是武曙红对黔东南州三叶木通资源的深入研究，对黔东南州木通资源的开发提供了指导依据1。张铮、高黎明、刘伦沛等对其化学成分进行了相关检测2-4；同样，国外的研究者也对三叶木通的化学成分研究表现出浓厚的兴趣，如Yoshihiro M,etal等对木通中三萜的成分含量进行了研究测定8。1.2研究目的与意义贵州省黔东南地区的三叶木通资源较为丰富1，花粉与柱头的活性是三叶木通繁殖机制的关键。.而有关三叶木通柱头可授性和花粉活力的研究尚未见报道。植物的传粉过程始于花药开裂和成熟，花粉的散出，携带着雄配子或其前体的花粉粒，必须在具有活力时到达适宜的接受柱头，才能保证受精过程的顺利进行10。因此，开展植物柱头可授性变化规律和花粉活力的研究，对生产栽培中花期管理，及提高植物育种的效率有着重要的实际意义。本研究通过对三叶木通开花动态、散粉规律，柱头和花粉在开花散粉后不同时间内的情况进行细致观察和实验分析，并统计其在自然状态下的坐果率情况，初步总结了三叶木通有性繁殖系统的活性机制，为今后开展三叶木通生产栽培和育种工作提供基础资料。2材料与方法2.1 材料本研究室外试验在凯里学院环境与生命科学学院三叶木通种植实验基地进行；室内试验在凯里学院环境与生命科学学院实验室内完成。以栽培三年的三叶木通为试验材料，处于半自然状态下，能够反映种植地自然状态下三叶木通有性生殖系统的活性机制。2.2 方法2.2.1 开花动态、散粉特性 参照关文玲等对蝴蝶花开花动态的观察方法，记录三叶木通群体花期及开花动态11。于花蕾期选取20株，每株标记10朵花，记录各株开花情况。具体操作为：从初花期开始，每天在早晨7:00，中午12：00，下午6:00利用放大镜对三叶木通的花进行观察。记录其开花时间，单朵花期、单株花期，群花花期，散粉时间以及散粉特性。2.2.2花粉活力及花粉密度的测定在三叶木通植株散粉期时，进行花粉的采集并带回实验室。将花粉均匀地分配到有标记的载玻片上。然后用TTC（2,3,5triphenyl tetrazolium chloride）法测定花粉的活力和寿命12.具体操作：在撒有花粉的载玻片上滴加12滴TTC溶液。盖上盖玻片，放置在35恒温箱中15分钟，然后将载玻片置于显微镜下观察并统计盖片中央部位35个视野中全部花粉量以及红色花粉所占比例。凡被染成红色的花粉，说明其活力强；淡红次之；未染色或无变化的花粉则不具活力12。2.2.3 柱头黏液分泌情况在初花期，对200朵三叶木通花进行挂牌标记。每天中午采集标记好的20朵花的柱头带回实验室。借助解剖镜观察不同时期柱头的粘液分泌情况和柱头的颜色变化，并做好记录。观测10组。（同下2.2.4）2.2.4 柱头可授性检测用联苯胺过氧化氢法测定柱头的可授性13。即：将每天中午采集开花后不同天数的柱头，浸入含有联苯胺过氧化氢反应液（1%联苯胺：3%过氧化氢：蒸馏水=4：11：22，体积比）的双凹载玻片凹陷处。用410双目显微镜观察柱头反应的情况。若柱头迅速变蓝并伴有大量气泡产生，表明其具有强可授性；柱头变蓝并产生气泡，说明其具较强可授性；柱头呈蓝色且伴有少量气泡，表明其具有可授性；若柱头无变化，则说明柱头无可授性13-14。2.3 数据分析花粉活力测定所得数据运用Excel 软件进行数据的录入和计算，运用SPSS11.5 (SPSS Inc. Chicago, IL, USA) 软件进行统计分析。3.实验结果3.1 开花动态、散粉特性通过对三叶木通花期的细致观察，其为总状花序，腋生；同一花序下，一般有2-3个花；花瓣多数为3，极少数为4；花初期，花瓣未完全绽放时为粉色；随后，完全绽放，变为紫色，此时，柱头完全外露；花凋零期，为深紫色，花瓣多数掉落。三叶木通的单朵花期为7天左右；单株花期为13天左右，且在晴天时的单株花期较阴天时的花期短；群花花期为25天左右。柱头多为4-6个，少数为7-8个（表1）表1. 三叶木通具有不同花柱数花朵数比率差异 Table 1. Akebia Stigma Statistics 项目/Items花柱数/Number of style2 3 4 5 6 7 8 9实际花朵数/ 3 35 132 173 127 56 18 6Number of flower比率（%） 0.55 6.36 24.00 31.45 23.09 10.18 3.27 1.10Rate（%）三叶木通的花粉散粉日期较开花日期晚3-4d；三叶木通的花药初期饱满，呈现淡红色，花药纵裂，随后散粉，呈现出紫色，花粉量很大，但随后时间推移，花粉量渐少，且花药萎缩干燥变黑（图1）。在天气晴朗时，花药多数才会纵裂散粉，花粉暴露出药室腔，呈现粉末小粒状。而在阴天亦或下雨时，花药散粉散粉不明显，甚至不散粉。在花药散粉时，花已完全开放，柱头外露，柱头粘液明显，属于湿性柱头，花粉大量附着于其上；但在下雨时，柱头上的花粉量不明显。在花期时，能够观察到蝇类、蜂类在花朵上，而在花凋零期，柱头变黑，在部分柱头上黏着死亡的蝇类，由此看出，柱头的粘液量非常大，且对花粉的黏着力也很大。3.2 花粉活力及密度检测结果根据离体花粉活力的测定结果（见表2）可知：散粉4h后的花粉染色率（60.63%）显著高于其他不同时期的花粉染色率，说明三叶木通植株的花粉在散粉4h后具最强活力。8h以内的花粉量较高，以后逐渐较少。花粉活力与花粉量呈现出比例关系增减。表2. 三叶木通花粉活力测定结果表Table 3. Determination Results Table of Akebia Pollen Vitality散粉后时间（TimeAfter Shedding pollens） 花粉活力（%） 花粉密度 (Pollen viability) （Pollen density）grain/visual filed 1h 42.22103.122h 52.11111.674h 60.63 113.288h 43.83 107.0716h 39.44 94.161d 36.2187.572d 30.63 72.343d 22.35 61.694d 11.10 40.335d 1.66 22.463.3 柱头分泌粘液情况表3 木通柱头分泌粘液及可授性的检测结果Table 4 Test for mucus secretion and receptivity of stigma of Akebia trifoliate开花后日期（天）/Date after blooming 分泌粘液/Mucus 可授性/Receptivity0d -1d （+） (+)2d + +3d + +4d +（+） + 5d + + 6d +（+） +7d - （+） -8d （+） 注： ：示柱头未分泌粘液或不具可授性； +：示柱头分泌粘液或具可授性；+：示柱头分泌较多粘液或具较强可授性；+：示柱头分泌大量粘液或具强可授性；+：示柱头具最强可授性；（+）：示不同个体的柱头分泌粘液情况或可授性有所差异。Note：means stigamas have no secret mucus or no stigama receptivity ；+: means stigamas secreted mucus or have receptivity；+: means stigamas secreted more mucus or have high receptivity；+: means stigamas secreted the most mucus or have higher receptivity；+: means stigama havethe highest receptivity；(+):means some stigamas secreted mucus or receptivity ,some did not(have individual difference).表3表明，三叶木通植株在开花不足1d时间内，柱头不分泌粘液且呈现绿色；由于植株的柱头存在个体差异，有的柱头在开花1d后即可分泌粘液，柱头部分呈现出紫色；此后粘液量的分泌逐渐增多，花后第4d时，分泌的粘液量达到最多，柱头颜色由紫色渐变为紫褐色；第6天以后分泌量急剧减少，在第8d时，柱头变黑变干。3.4柱头可授性检测结果由表3可看出：三叶木通植株在开花后的第4d时具有最强可授性；在开花后的第2d已具可授性且呈现出逐渐增强的趋势；花后第6d，由于柱头的萎缩，可授性急剧减弱，直至第8d，柱头萎缩变干，丧失活力，已不再具可授性。柱头可授性测定的实验效果见图2。结合三叶木通开花动态、花粉活力和其柱头可授性的测定结果，表明三叶木通的开花日期较花粉散粉日期早3-4d，使得柱头的强可授期与花粉具有高活力的时间基本吻合，雌雄性器官的活力具有一定的同步性，说明这有利于自然授粉结果。4.讨论 植物柱头的可授期是花朵成熟过程中的一个重要时期，它在很大程度上影响着自花传粉效率、开花后不同阶段的传粉效率、各种传粉者的相对重要性、雄性和雌性功能之间的相互干扰、不同基因型的花粉之间的竞争以及配子体选择的机会等等15。不同植株的柱头可授期所持续的时间从几小时到十几天不等，如锦带花的柱头在开花后3h具较强可授性，可持续23d16。野生芍药柱头的可授性从开花第1d一直持续到第5d，柱头的最佳可授期在开花后4h左右17。膏桐柱头可授期长达58d且集中在花期的第35d18。对于三叶木通而言，柱头在开花后2d就具有了可授性，最强可授期集中于第45d,且可授期持续56d。三叶木通的可授性具有上述特点，一方面是由自身繁育因素所决定的，即与柱头的过氧化物酶的活性密切相关。过氧化物酶随着开花时间的推进，其活性增强，在最适条件下，达到峰值，之后随时间的延迟，其活性减弱。另一方面，柱头的可授性与其形态特征之间存在密切联系，即三叶木通的柱头只有在柱头呈现出紫色，二裂之后才具可授性。此外，植物柱头的可授期的长短，也会因天气等环境因素而异19.实验研究发现：阴雨天气会使得三叶木通的花期延长，进而也使得柱头的有效可授期相对延长。因此，关于三叶木通植株的杂交或人工授粉实验,选取开花后第45d、呈现紫色且分泌物较多的柱头作为试材，有助于提高有性繁殖试验的成功率。植物花粉活力保持时间的长短，一方面是由遗传因素所决定；另一方面，也会受到环境因素的影响20。如茄的花粉在夏季只能存活1d，在冬季则能维持3d；海枣的花粉活力能够维持1年之久，是植物花粉中寿命最长的21。刺五加的长花丝植株的花粉比中花丝植株高，花粉的活力及其下降快慢随环境的不同而有所差异22。本试验研究中，三叶木通的花药由未成熟到衰败，其颜色经历浅紫色、紫褐色、黑色；成熟花药外向开裂，花粉随之散出（见图1）。花粉活力的测定结果表明：散粉后的28h内，花粉活力达50%左右，又考虑天气等环境因素，因此，选择1d以内的花粉可作为高活力材料进行试验，可相对提高成功率。这点结论为今后人工授粉工作中选取高活力花粉提供了理论依据。研究发现：三叶木通植株雌雄异熟，整个花药开裂散粉期内均有开放的雌花，同时，其花粉活力最高时期基本是其柱头的强可授期。这可看作三叶木通保障生殖成功时在生殖特征上形成的一种进化适应对策。利用这一特点，今后可直接采集植株开花后4d左右的花粉进行人工授粉，为三叶木通的杂交育种和引种栽培提供技术保证。此外，通过对三叶木通雌花及柱头性状的进一步研究发现：（1）雌花形状的突变会导致多个雌花长在同一花托上，与标准雌花形成显著差异见（见图1）；（2）三叶木通的柱头以5个为主，但仍鲜有79个(见表1),且有这些特殊数目柱头的雌花多数长在同一植株上。因此，可通过进一步的引种栽培研究，以确定上述突变性状与坐果率的关系，为三叶木通坐果率的科学试验提供基础材料。 三叶木通开花植株的比例约为30%70%，但坐果率较低，仅为10%左右23 。这可能与三叶木通受精后胚胎的发育有着紧密联系，但仍有待进一步地深入研究。参考文献：1 武曙红. 黔东南州三叶木通资源的开发利用. 河北林业研究.2001,12（4）:330-331.2 谢碧霞，张美琼. 野生植物资源开发与利用. 北京：中国林业出版社，1995：106-108.3 刘伦沛，钱增秀. 三叶木通中主要营养成分含量的测定J. 黔东南民族师范高等专科学校报，2002,20（6）：39-41.4 高黎明，等. 木通属植物化学成分及药理活性研究进展. 西北师范大学报，2004,（1）：108.5 张铮，王喆之.三叶木通不同部位有效成分含量比较研究J.中药材，2005,28（11）：983-984.6 方元平，陈树思. 三叶木通的开发利用. 资源开发与市场. 2000,16（6）：01.7 金有景. 抗癌食药草本M. 北京：中国食品出版社，1989:191-198.8 Yoshihiro M,etal. 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