（森林培育专业论文）风箱果（Physocarpus+amurensis）繁育特性及繁殖体系研究.pdf

摘要 摘要 风箱果( p h y s o c a r p u sa m u r e n s i s ) ，蔷薇科风箱果属落叶灌木，该属全世界约2 0 种，主产北美，在我国分布仅一种，而且是古老的残遗种。它是优良的观赏灌木，亦有 较高的药用价值。目前该种在我国的种群数量和分布范围正在日趋缩减，已经处于濒危 状态，急待保护。然而，目前国内外有关该物种的生殖特性及其濒危机制的研究几乎还 是空白。基于此，本研究以分布于黑龙江尚志市帽儿山的风箱果为研究对象，对风箱果 开展了传粉结实特性、种子休眠的解除、自然条件下的克隆繁殖特征等繁育特性的研 究，同时采用组织培养的方法对其进行人工繁殖等方面的研究，通过野外观测和室内实 验，首次对观赏和药用价值较高的风箱果进行了系统的繁育特性研究，初步确定其濒危 机制，并进步提出科学有效地恢复和扩大风箱果种群的技术措施，为保护风箱果这一 濒危物种作出了贡献。主要得到以下结论： 1 风箱果的花期从6 月初到7 月初，花期大约2 6 d ，花部形态有以下变异，雄蕊 2 8 3 3 ，雌蕊通常2 枚，偶3 4 枚。风箱果在自然条件下不能进行自花传粉，有性繁 殖需要传粉者。传粉媒介主要是蝇类、蜂类和蚁类等，但种类和数量较少，传粉效 率较低；自然条件下，座果率、结籽率较低，分别为3 78 0 和1 29 3 ，而果实由1 个心皮发育的占初果数的6 4 1 8 ，果实由2 个心皮发育的占初果数的3 5 8 2 。风箱 果座果率和结籽率低的主要原因是胚珠败育，而胚珠败育的重要原因是传粉不成 功，进而导致多数胚珠不能完成受精作用，最后败育。 2 风箱果结实率很低，瞢羹果中含l 8 粒种子。果实中含1 之粒种子的果实比例最 大，占所采果实的6 4 4 7 ，平均每个果实中含2 9 8 粒种子。果实出种量在同一植株 间和不同植株间的差异不显著( p o0 5 ) ，这反映了风箱果母树的有性生殖基本同 步，果实的发育程度比较接近；不同母树种子重量分异具有极显著差异( p o 0 1 ) ； 种子千粒重为1 3 8 9 ，平均含水量为1 0 3 3 ，生活力达8 7 7 8 ；种子的萌发实验表 明：不同植株问种子的发芽率差异不显著( 扮o 0 5 ) ，平均发芽率为2 1 4 4 ，但播种 出苗率仅为5 5 6 。结实率和播种出苗率低，是风箱果自然更新不良，种群难以延 续和扩展的重要因素。 3 风箱果种子成熟后具有休眠特性，单纯清水浸种，发芽率较低( 2 8 3 3 ) ；为打破其 休眠，采用不同方法，其中5 0m g lg a 3 + 4 k n 0 3 的混合药剂处理7 2 h 的萌发效果 最好，发芽率达到9 0 ，而1 0 0m g l 和2 0 0m g lg a 3 极显著地提高了种子发芽势 ( p o 0 1 ) 、低温处理2 8 d 能显著提高发芽势和发芽率( _ p o 0 5 ) ，对打破休眠也能 达到较好的效果。播种深度对风箱果种子萌发有很大的影响，出苗率随播种深度的 增加明显下降。 4 自然条件下，风箱果主要靠克隆繁殖维持种群，很难见到实生幼苗。对风箱果自然 条件下的克隆繁殖特征进行了研究，地下根茎的构筑型基本上属于游击的稀疏线 东北林业大学博士学位论文 型；风箱果地下根茎能存活多年，根茎上有潜伏芽：根茎的直径随长度变化为抛物 线型；分枝夹角较为稳定，多为3 0 。和7 0 。风箱果的克隆繁殖是其长期适应环境的 结果，相对于有性繁殖，克隆繁殖的后代有更强的生存能力。 5 对风箱果组织培养的各种影响因子作了初步研究，最佳外植体用休眠腋芽和播种幼 苗的顶芽能成功诱导产生不定芽，生根移栽成活率高。腋芽在m s 和w p m 两种培 养基上均能分化，但以m s 上的长势最佳。诱导萌发培养基为：w p m + t d zo 0 1 m g l ；增殖培养基为：m s + n a a1 0m g l + b a1 0m g l ；壮茁培养基为： m s + n a a2 0m l + b a0 6n a g l ；生根培养基为：m s + i b a0 1 m g l ；生根组培苗 移栽成活率达到6 5 以上。以幼苗顶芽为外植体，诱导培养基：m s + b a1 0 m g l + n a a10r a g ，l ；增殖培养基：m s + b a0 8 m g l + n a a0 4m g l ；壮苗伸长培养 基：m s + i b ao 5m g l + g a 30 3m g l ；虽然在增殖阶段获得了大量的不定芽，但生 根过程中生根率低，而且根的状态不好，因此进行了试管外生根技术的探索。试管 外生根以1 0 0m g l 和2 0 0m g ln a a 处理3 0 m i n 效果最佳，生根成活率分别为 9 3 1 0 和8 8 。 6 风箱果濒危原因分析：风箱果自然种群内植株数量稀少，自然更新能力差，现有分 布区域狭窄，生态幅度小，且已经呈现萎缩趋势。由于所处生境的特殊性( 周围多 为岩石包围，土壤有限) 以及风箱果自身的生物学特性( 本身为克隆植物，自然条 件下主要靠无性繁殖维持种群繁衍) ，使种群扩展受到极大的限制。有性繁殖过程 中，由于传粉不成功而导致多数胚珠不能完成受精作用，最后败育，进一步造成结 实率低。种子具有浅休眠特性，种子实际萌发率较低( 3 0 ) ，播种出苗率更低 ( 00 5 ) i nt h es e e dn u m b e ra m o n gs a m ea n d d i f f e r e n tm a t e r n a lp l a n t ，a n di tm e a n st h a tt h es e x u a lr e p r o d u c t i o no ft h em a t e r n a lp l a n tw a s n e a r l ys y n c b a o n o u sa n dt h ef r u i tg r o w t hw a sa tt h es i m i l a rs t a g e b u th i g h l ys i g n i f i c a n t d i f f e r e n c e sr p 0 0 5 ) i n t h eg e r m i n a t i o np e r c e n t a g ea m o n gd i f l 、e r e n tm a t e r n a l p l a n t ，g e r m i n a t i o np e r c e n t a g e a v e r a g e d2 14 4 ，b u tt h es e e d l i n ge m e r g e n c er a t e sw a so n l y5 5 6 i nt h es o i l o v e r a l l ，t h e m a i nc a u s ef o rc o n t i n u i n ga n de x t e n d i n gt h ep o p u l a t i o ni si n f e r i o rc a p a b i l i t yo ft h el o w f r u i t i n gs e ta n ds e e d l i n ge m e r g e n c er a t e s l o ws e e d l i n gr e c r u i t m e n tm a yb ec a u s e db yl o w s e e dp r o d u c t i o na sac o n s e q u e n c eo fp o l l i n a t o ri i m i t a t i o no ri fs e e di n p u ti ss u f f i c i e n t ，b y l a c ko ff a v o r a b l ec o n d i t i o n so rm i c r o s i t e sf o rs e e d l i n ge s t a b l i s h m e n t 3 s e e do fpa m u r e n s i sc a np r o d u c ed o r m a n c ya f t e rt h es e e dm a t u r es e e ds o a k i n gi nf l e s h w a t e rg a v el o wg e m l i n a t i o np e r c e n t a g e ( 2 8 3 3 ) i no r d e rt ob r e a kd o r m a n c y , w eu s e d d i f f e r e n tm e t h o d st h eb e s to n ew a st h a tt r e a t e dw i t hm i x t u r es o l u t i o n ( 5 0 m g lg a 3 + 4 k n 0 3 ) f o r7 2 h ，w h i c hg a v e9 0 g e r m i n a t i o np e r c e n t a g ea n d t h eg e r m i n a t i o ns i t u a t i o n w a si m p r o v e ds i g n i f i c a n t l y 1 0 。c 的积温为2 9 0 3 o c 。干燥度o6 4 。 1 4 4 风箱果的研究现状 国外对风箱果的研究未见报道，国内研究较少，周丽华等 1 研究了国产蔷薇科绣 线菊亚科( s p i r a e o i d e a e ) 8 属9 种植物花粉形态，其中户a m b ! y e r ? s i , y 的花粉是最大的， 并观察到合沟现象，合沟出现时通常观察到三沟在一极汇合，在另一极常不汇合，外壁 纹饰为穴状或条纹状穴状。作者认为穴状是蔷薇科最原始的外壁纹饰。杨健等 ”4 1 对风箱果的栽培技术进行了报道。周以良1 0 7 和国家林业局国有林场和林木种苗工作总 站6 f 记载了风箱果的种子繁殖方法。 1 4 5 风箱果研究中存在的问题 综上所述可见，虽然人们对风箱果进行了一些研究，但开展的并不深入，存在的问 题主要有： ( 1 ) 风箱果的分布地虽然有记载，但确切的资源现状和破坏程度却不清楚。 ( 2 ) 基础生物学特性如生活史过程、传粉、繁育特性缺乏研究。 ( 3 ) 遗传多样性和遗传结构研究属于空白。 ( 4 ) 稀有原因及濒危机制急待研究。 ( 5 ) 有待制定合理有效的保护与持续利用的策略。 ( 6 ) 有效的人工繁殖扩大种群的途径电需要进一步探索。 东北林业大学博士学位论文 2 研究的目的、意义及内容 2 1 研究的目的和意义 由于人口的激增和社会经济的迅猛发展，造成了世界范围内具有潜在农业和经济价 值、医疗价值以及尚未被开发利用和没有发现价值的植物物种的迅速消失，这已经引起 了人们普遍的关注和焦虑。我们目前所面i 临的生物多样性的危机是前所未有的，它已经 不是一个科学和经济上的问题，而是影响人类生存质量的最基本问题。因此，对珍稀濒 危物种的保护研究成为世界范围内研究的热点。当今生物多样性保护的着眼点是减缓现 有物利z 的灭绝速率，特别是减缓单种科、单种属的灭绝：其次是研究防止生态系统中的 旗舰种、关键种灭绝的措施；此外，从物种生存的生物学机制和外部生态环境着手，探 讨物种灭绝的可预防性【”j 。 生物多样性是人类赖以生存的物质基础，然而，随着科学技术的发展，人类征服和 改造自然的能力更加增强，对自然的影响可谓无处不在。由于人口的急剧增加，人类活 动的加剧，全球环境迅速恶化，生物多样性急剧下降，进一步威胁到人类自身的生存。 保护生物多样性保护丰富的生物资源，保护人类的生存环境，已成为人类急需解决的 重大问题之一 12 “。 风箱果的冠大、花密，花期较长，是优良的观赏灌木，有很大的应用前景；除此之 外其根系发达，并且无性繁殖能力强，能产生大量的横走根茎，因此可作防护林和水 土保持林下木；最近研究表明，从风箱果树皮中提取的三萜类化合物具有抗卵巢癌、中 枢神经肿瘤、结肠肿瘤等作用f l ” ；目前该树利，的分布范副和种群数量正在日益缩减， 我们近年来的调查表明，帽儿山风箱果的自然居群集中分布于海拔8 0 0 m 以上的石壁、 悬崖边缘的石沟中( 图版l i 1 ) ，生境类似于“孤岛”，由于狭窄的生境，使种群扩展受 到极大限制，种子散布范围很窄。自然条件下风箱果呈簇状分布，主要靠无性繁殖维持 种群，约5 0 6 0 簇无性系，数量很少，加之近年来分布区内开发旅游资源，使其生境受 到严重威胁( 图版i i _ 2 ) ，已经处于濒危状态，急待保护。 当前，我国的野生花卉资源和栽培品种的开发和利用还很不够，与此同时，野生资 源在逐渐减少，栽培品种退化，甚至丢失或灭绝，我国的野生花卉资源开发和利用及保 护已势在必行。为了保护自然资源在短期内获得大量的育种材判，就必须对风箱果的生 殖特性进行系统的研究。本论文通过对风箱果的有性繁殖和无性繁殖的研究，建立和完 善风箱果的繁殖体系，促进和改善风箱果繁育和苗木培育状况，促进其应用，为风箱果 的种子繁殖、资源保存和引种驯化提供理沦依据，同时成功建立风箱果有效的组织培养 繁殖体系，并为以后遗传育种、树种改良和生理生态学研究工作奠定基础，也为其它树 种的离体研究提供有利的借鉴；更重要的是使该濒临灭绝的物种得以保存，因此本项研 究既具有重要的科学意义，又具有重要的实践意义。 2 研究的目的、意义及内容 2 2 研究内容 本研究虬风箱果为对象，探讨其繁育特性和建立繁殖体系，主要包括以下几方面内 容： 1 ) 通过野外定点观测风箱果的花期物候、采用各种套袋实验检测繁育系统、以及自然 条件下访花昆虫的捕捉和鉴定、访花行为的观察和室内实验，研究风箱果的传粉机 制，探索其自然条件下有性生殖能力。 2 ) 通过对风箱果种子结实特征及种子繁殖力的统计分析和实验结果，将种子学与生态 学知识相结合，了解种子生产与环境因子问的关系，以阐明风箱果种子对其未来种 群命运的影响。 3 ) 采用不同方法( 化学药剂、处理时间、药剂浓度等) 处理风箱果种子，旨在探索打 破风箱果种子休眠有效方法，以求寻找出一套既经济又简便，且能获得种实萌发 快，发芽率高的有效催芽方法及对幼苗生长特征进行研究，以期为风箱果的播种、 育苗及扩大种群等方面的研究提供参考资料，并为探讨其自然条件下幼苗稀少的原 因提供理论依据。 4 ) 通过对克隆构件的统计，包括，间隔子长度、分枝角度、分枝强度、克隆分株数 量，可以了解风箱果对环境资源有效性的生态适应对策。 5 ) 对影响风箱果组织培养的各因子如消毒液、外植体的种类、培养基种类、生长调节 物质逐一研究，建立稳定可靠的离体快繁体系，扩大种质资源。 6 ) 用风箱果的嫩枝进行扦插，寻找适合生根成活的各种因子，包括外源激素种类、浓 度、处理时间、基质和适宜的温度、湿度等。 2 3 本文要解决的问题 ( i ) 从理论上解释风箱果种群自然分布少、天然更新差的原因。 ( 2 ) 用何种方式建立人工繁殖体系，以扩大种群。 ( 3 ) 根据研究的结果提出科学有效的保护对策。 东北林业大学博士学位论文 3 风箱果的开花及传粉特性 3 1研究背景 被子植物花朵在大小、形状和颜色上千差万别。就功能而论，一朵花是一个复合器 官，其所有结构都与有性生殖过程相适应。因此，花的形态结构、开花物候与传粉参与 者的进化生态学之间相当紧密地交织在起，系统学家甚至可以依据花的形态特征进行 物种鉴定和系统发育方面的研究【1 2 7 。 有性生殖及与之相关的基因交流对大多数有花植物种群的生存是至关重要的。如果 种群间基因流动的频率很低，将导致近交，很难适应环境的变化，最终导致灭绝。因 此，对于那些种群数量少且片段化的稀有种来说，由于基因漂变和近交，种群间基固流 动的频率太低以至不可避免的导致种群生存力的下降【1 e2 0 】，为了了解某一区域的种群动 态，评估某一特定种的生存力，了解其生殖系统的有效性是很重要的。 许多被子植物具有多样化的生殖方式，一些种兼有自花传粉和异花传粉两种机制 1 2 8 。我国近年来开展了大量有关传粉方面的研究，研究方法和技术手段较为成熟。从 近十年来的研究可以发现，大部分研究集中在花期物候、花粉活力、柱头可受性、传粉 媒介，雌蕊发育以及与环境条件的适应性等方面。邱英雄 96 j 对明党参的繁螭系统、传粉 昆虫、柱头结构等万面进行了研究；肖宜安等旧j ，李世晋等13 ”，孙海芹等1 重点研 究了长柄双花、华南云实、独兰花的开花物候与生殖特性：宋志平等口”研究了黄花蔺的 性表达状态、花粉量与胚珠比、花粉活力以及传粉媒介和繁殖系统；刘林德等【1 ”j 探讨 了华北蓝盆花的开花动态、花朵数量性状特征、花粉及柱头的活力、访花动物的种类、 i 方花频室、行为以及天气变化的影响；周坚等【l “剥鹅掌楸传粉生物学进行了研究：王崇 云等【30 】就植物的交配系统及其进化机制与种群适应进行过综述。这些成果为进一步深入 开展传粉生物学研究奠定了基础。 植物稀有、濒危的原因很多，在众多的致濒因素中，植物生殖生态学显得特别重 要，已成为当今稀有濒危植物保护生物学研究领域中的一个热点问题。稀有濒危植物生 殖生物学的研究对其保护是至关重要的【1 33 , ”。迄今为止，风箱果有关生殖生物学方面 的研究尚未见报道。本文报道其开花和传粉生态学方面的观察结果，以期为探讨其自然 条件下结实量和实生苗数量稀少的原园提供理硷依据。 3 2研究方法 风箱果自然居群分布在帽儿山顶悬崖边缘的石沟中，2 0 0 5 年5 月7 月间，对此自 然居群进行定位观测和调查。 3 2 1 花部形态及开花物候的观察 定点观察风箱果种群花部形态和开花物候。 3 风箱果的开花及传粉特陛 3 2 2座果率和结籽率的计算 在样地随机选取6 株风箱果植株，在每个植株上标记3 4 个花枝，在5 月份花蕾期 及7 月份果实脱落前，查数其花蕾数和初果数、种子数，计算座果率( 座果率= 初果数 花蕾数1 0 0 ) 。根据所调查的种子数、果实数，分别计算每株风箱果的结籽率( 结籽 率= 种子数胚珠数1 0 0 ，胚珠数= 花蕾数8 ，子房2 心皮，每个心皮以4 胚珠计算) 。 分析座果率和结籽率低的原因。 3 2 3 繁育系统的检验 风箱果开花前( 花蕾期) ，随机选取6 株个体，在每株上进行如下处理：自然授 粉；不去雄开花前套袋；去雄不套袋；不去雄开花前套尼龙网。每个处理随机选 取3 4 个花枝进行。自然授粉用于检测自然条件下的传粉率：不去雄开花前套袋用于检 测是否需要传粉者；去雄不套袋和不去雄套尼龙网，自由传粉，检测座果率是否受传粉 者限制。为了便于操作，在去雄、套网( 图版i i 5 ) 、套袋( 图版i i 一6 ) 前将花序中明显 较小的花和花蕾去掉，尽量保留花序中开花时间基本一致的花蕾。 3 3结果与分析 3 3 1花部形态、花期和开花习性 风箱果花两性，伞房状花序，顶生，总花梗和花梗密被星状毛，雄蕊2 0 3 0 ，雌蕊 2 4 】。通过观察，花为整齐花，五基数，有淡淡的香气，萼片5 枚三角形，内外两面 均被星状毛；花序直径25 45 c m ，高2 2 3 o c m ，花梗长1 18 c m ，小花直径约 17 c m ；雄蕊2 8 3 3 ，花药紫色，花丝长2 8 6 42 6 r a m ，少见o 5 6 r a m 长的短花丝，花柱 长4 3 2 46 4 m m 。花瓣倒卵形，白色，宽45 5 r a m ，长5 6 m m 有不规则的缺口；雌蕊 通常2 枚，偶3 4 枚，外被星状毛，基部合生。子房上位，2 心皮，l 室，通常4 胚 珠，稀5 6 胚珠，边缘胎座。 花蕾( 图版i ：2 ) 首先出现在向阳枝条的顶部，经过一周左右显蕾基本结束。在自 然群落中，接受阳光较多的山坡上部、下部植株顶端枝条上的花蕾数明显比山坡中部庇 荫处的花蕾数多。在此期f s j 多以晴朗天气为主，气温较高，空气湿度比较低；开花始期 最早为6 月7 日，大约一周后有6 5 7 0 的花开放，此时达到风箱果的盛花期，持续 3 4 d ，随后逐渐凋落，此时天气多以阴雨天为主，而且伴有大风。有不明显的二次开花 现象，开花末期最晚在7 月2 日，花期约为2 6 d 。 小花开放时萼片明显裂开，从露出花瓣到花瓣完全展开需要8 h 左右。雌蕊被雄蕊 包裹( 图版i ：1 ) ，雄蕊花药先开裂，开裂方式为背向纵裂；花将凋谢时，花药全部开 裂，花粉散毕之后，萼片逐渐闭合。一般经历以下几个步骤：1 萼片与花瓣分离，但是 并没有露出花蕊：2 花瓣丌始丌放，花瓣之间有重叠，花瓣直立，刚露出花蕊；3 花瓣 开展，露出花蕊，但是花瓣并不在一个平面上；4 花瓣完全展开，在一个平面上；此 后，又经历5 花瓣少数凋落( 1 2 片) ；6 花瓣多数凋落( 3 5 片) ；7 花瓣全部凋落，萼 片向上卷，闭合。从花开始开放到花瓣脱落，萼片闭合需要约5 d 时间。 整个花序开放的持续时间大约5 8 d ，花序上的小花开放顺序大致是从边缘到中央 ( 图版i ：1 ) ，从显蕾到开始开放需要1 6 d 左右，一般经历以下几个步骤：花序生长 在两片叶子之间，并由萼片紧紧包被，花蕾较密集，整个花序宽约o 7 e r a ，长约0 9 c m ；整个花序稍稍展开，小花的花蕾明显可见，小花从4 5 朵到4 0 5 0 朵不等，其 中2 0 3 0 朵居多；花梗伸长，花梗长5 7 m m ，总花梗长1c m 左右；小花明显膨 大，直径3 m m 左右，整个花序的直径为12 - 2 c m 。 3 3 2 座果率和结籽率 风箱果不同植株的花蕾数、初果数、种子数、座果率及结籽率统计结果见表3 - 1 。 由表3 - 1 可知，风箱果个体间的座果率和结籽率存在明显不同。在自然状态下，风箱果 单株的座果率和结籽率较低，座果率庄1 7 6 7 7 72 7 之问，平均座果率为3 78 0 ， 结籽率在5 5 7 - 3 23 9 之间，平均为1 29 3 。风箱果结实率低，原因之一可能与分布 区的土壤贫瘠和干早缺水有密切的关系，另一个原因可能是当年花期时降雨较多，风较 大，阻碍f 常传粉。座果率的变化范围较大，可能由于不同植株所处地理位置的环境条 件( 光照、风力大小等) 存在明显差异，访花昆虫访问不均匀进而导致授粉刁；均匀。 表3 - 】风箱果在自然条件一f f f 3 座粜奎和结籽率 t a b l e3 1t h ef l u i ts e ta n ds e e ds e to f p h y s o c a r p u sa m u r e n s i si nn a t u r e 4 0 0 1 1 7 2 8 3 2 3 6 4 7 4 4 5 8 3 4 5 0 5 4 1 9 3 4 3 5 5 6 3 12 6 1 4 6 5 3 1 】4 3 95 0 2 90 6 1 76 7 2 28 8 4 04 3 7 72 7 1 1 0 9 67 3 55 7 77 3 1 41 0 3 3 3 繁育系统 座果率与结籽率的高低与传粉形式有关。为了探讨风箱果的传粉形式，各选取了 3 4 个花枝进行了套网、套袋、去雄试验。自然授粉的座果率和结籽率分别为3 7 8 0 和 1 29 3 。而去雄不套袋，试验结果为，座果率3 , 6 8 ，结籽率06 6 。不去雄套纸袋， 试验结果为座果率和结籽率均为0 。套尼龙网试验结果，座果率为14 2 结籽率为 o 3 ( 表3 2 ) 。去掉雄蕊，实际上等于断绝了自花花粉来源，在没有昆虫的情况下，传 粉过程则难以进行。没有完成传粉的果实则自行脱落。不去雄套袋，试验结果表明风箱 果在自然条件下不能进行自发的自花传粉，有性繁殖需要传粉者。花枝套网试验和去雄 不套袋试验结果表明，风箱果能座果，说明其能通过风传播花粉，但座果率和结籽率比 自然授粉低很多，与传粉过程受到障碍有很大关系，可以初步推断风箱果既是风媒植物 又是虫媒植物，主要是靠虫媒传粉。座果率和结籽率高低与传粉昆虫种类和多度有关。 在自然条件下，风箱果子房的授粉率很低，座果率平均为3 78 0 ，结籽率为 3 风箱果的开花及传粉特性 1 2 9 3 ( 表3 2 ) 。花前标记的1 1 2 7 个花蕾，败育花蕾占总花蕾数的比例最高，达到 6 2 2 士8 7 0 ，而果实由1 个心皮发育的占总花蕾数的2 2 0 1 士3 7 7 ，果实由2 个心皮发 育的占总花蕾数的1 57 9 士54 1 ( 图3 - 1 ) 。果实由1 个心皮发育的占初果数的6 4 1 8 ， 果实由2 个心皮发育的占初果数的3 58 2 ，在1 个心皮发育的果实中，随着种子数量 的增加，果实所占的比例显著下降( 图3 2a ，p 00 5 ) ，含l 粒种子的果实总数占初果 数的6 4 8 0 士61 2 ，而含4 粒种子的仅占6 6 3 士1 1 2 ；在2 个心皮发育的果实中，随着 种子数量的增加，果实所占的比例也显著下降( 图3 2b p 00 5 ) ，含2 粒种子占的比 例最高，也仅为2 57 5 士18 9 ，胚珠全部发育( 含8 粒种子) 的只占到3 3 8 4 - 1 8 7 ，说 明风箱果座果率和结籽率低的主要原因是胚珠败育，而胚珠败育的重要原因是传粉不成 功。 表3 。2 风箱果的基本繁育系统的检测 t a b l e3 - 2t e s to f b a s i cb r e e d i n gs y s t e mo f p h y s o e a r p u sa m u r e n s i s arc 幽3 - 1 自然条件f 风箱果花蕾发育成果实的比例( 平均值士标准误差) a ：败育的花蕾占总花蕾的百分比；b ：1 心压发育的花蕾占总花蕾的百分比： c ：2 个心皮发育的花蕾占总花蕾的百分比。 f i g3 1t h ep r o p o r t i o no ff l o w e ro fp h y s o e a r p u sa m u r e n s i sd e v e l o p e dt of r u i ti nn a t h l efm e a nv a h 1 e s ：ks e ) a ：t h ep r o p o r t i o no fa b o r t e df l o w e rb u d st oo l i n g i n a f l o w e rb u d s ；b ：t h ep r o p o r t i o no ff r u i td e v e l o p e do n e c a r p e lt oo r i n g i n a lf l o w e rb u d s ；c ：t h ep r o p o r t i o no f f r u i td e v e l o p e dt w oc a r p e lt oo r i n g i n a lf l o w e rb u d s 一c。吾do点覃蔓暑牡并躅电 衷北林业大学博士学位论文 h 蓁 1234 种子熬 n m 曲口i _ , f s e e 出 23 4 5 6 78 种子簸 n 1 1 h b 盯o f s e e d s 图3 - 2 风箱果心皮中含不同种子数的果实所占比例( ) ( 平均值标准误差) a ：i 心皮发育的果实所占比例；b ：2 心皮发育的果实所占比例。 f i g3 - 2t h e 科o p o r t i o no f f r u i tw i t hd i f f e r e n ts e e d si nt h ec a r p e l so fp h y s o c a r p u sa m u r e n s i s ( m e a nv a l u e s = t ： s e ) a ：t h ep t o p o r t i o no f f r u i td e v e l o p e do n ec a r p e l ；8 ：t h ep r o p o r t i o no f f r u i td e v e l o p e dt w oc a r p e l 3 3 4 传粉媒介和行为 野外定点观察表明，风箱果的访花昆虫有蚁类、蜂类、蝇类、瓢虫和甲虫( 图版 i ：3 8 ) 。蝇类和蜂类有时只访问花序上的几朵花，有时则对花序上所有的小花都有拜 访。它们用附肢攀附着花丝、花药或花瓣在花序上爬动，取食花粉或花蜜。在取食过程 中，其附肢、头部和腹部能不断地触碰到花药和柱头。一些大的蝇类较活跃，其行为和 蜂类相似，拜访的花序较多，主要在花盘上舔吸花粉，个别体型小的蝇类则长时间停留 在小花梗或总花梗上，将每个小花的花药、花柱及花盘舔食一遍。但蝇类和蜂类的数量 极少，而且只在无风晴朗的天气时才出现，在一朵花上停留的时间不长，几秒到+ 几秒 钟，在一丛间停留的时间有数分钟；甲虫只足爬在花序上取食花粉或花蜜，活动较慢； 蚂蚁的活动范围小，一般只在同一枝条匕的花f r t j 访问，在一朵花上停留b , j 间也较短，且 访花频率与植株下有无蚁穴有关，有的植株下无蚁穴，则看不到蚂蚁。 温度、湿度列昆虫的访花有影响b “。上午9 时以前，温度较低，露水较大，极少见 到访花昆虫活动；9 时以后，温度开始升高，露水渐退，访花昆虫陆续出现。15 时之 后，温度下降，防花昆虫的数量迅速减少。阴天及降雨对访花者的访花频率有显著影 响，在风雨来临之前的阴天，一般访花者无一访花，m 。由于风箱果的盛花期多为阴 雨天，且于午后常有大风，从而影响昆虫活动。 3 4 讨论 风箱果开花始期最早为6 月7 同，末期最晚在7 月2 日，果实初熟期在6 月2 2 日，成熟末期在8 月末。资料记载雄蕊2 0 3 0 ，雌蕊2 4 i ”，研究发现有以下变异，雄 蕊2 8 3 3 ，雌蕊通常2 枚，偶3 - 4 枚。 国 0 暮：点d自aoid 墓越蛆蛙林噼 3 风箱果的开花及传粉特性 风箱果既是风媒花又是虫媒花，风媒传粉效率较低，主要以虫媒传粉为主。在访花 昆虫较少的情况下，风媒起到一定的补充作用，这是适应环境的一种方式。实验中观察 到套袋后的花期比没有套袋的明显要长。套袋能够延长柱头和花瓣的寿命，可能是由于 袋内的温度和湿度较高，也可能是由于套袋后，阻碍了花粉落在柱头上，这样子房始终 没有受精【1 3 0 。雌蕊上的星状毛在柱头接受花粉方面起到很重要的作用，当昆虫携带花 粉落在花上后，雌蕊上的星状毛象梳子( c o m b l i k e ) 一样把花粉刷下。星状毛的这个作 用在很多植物种类中都有报道 1 3 5 。 自然条件下风箱果平均座果率( 3 78 0 ) 和结籽率( 1 29 3 ) 都较低，败育的花蕾 占总花蕾数的比例高达6 22 士8 ，7 0 ( 图3 - 1 ) ，而发育成果实的，含有1 2 粒种子的比例 最高( 图3 2 ) ，其它的胚珠都不发育，胚珠败育现象严重，胚珠败育的重要原因是传粉 不成功。有性繁殖受到生物和非生物因素的制约，某些植物既依靠昆虫传粉，又依靠动 物散布种子，花粉量和传粉者的缺乏是制约结实量的重要因素口”。许多因素如光照、大 风、温度、阴雨天气等都可以影响访花者的数量、行为和频率并进而影响植物的传粉和 座果f 2 3 】。气象因素可能也会影响生境昆虫区系，进而影响访花者的种类和数量1 3 “。风 箱果的访花昆虫主要有蚁类、蜂类、蝇类、瓢虫和甲虫，但数量较少，访花频率极低， 使得柱头上的花粉量受到限制，而且在花期阴雨、大风天气较多，严重限制了访花昆虫 的活动，传粉昆虫的数量和访花频率极低，导致风箱果虫媒传粉效率较低。气候、土壤 等非生物因素直接控制着开花和座果。生长在更大环境压力下的植物，常常降低有性生 殖口”。风箱果分布区的地理条件较差，土层较薄，干燥，肥力较差，这也是造成风箱果 座果率、结籽率低的原因。 在自交不亲和种中，自花传粉不结实，由于这个原因，导致一些小种群灭绝“”o 1 1 。风箱果不去雄套袋，不结实( 表3 2 ) ，可能是由于繁育系统具有自交不亲和性， 这可能是导致其濒危的一个原因，有待进一步研究。 对于某一物种的种群动态来晓，把局部生殖效率的结果与环境和分布区联系起来能 够提供重要的信息3 9 j 。由于风箱果风媒传粉效率低，而虫媒传粉又受种类和数量的限 制也相对较低，致使传粉效率较低而造成胚珠败育严重。再加之种群所处立地条件极 差，生存压力较大，导致其座果率和结籽率极低。这可能是造成其以有性生殖方式进行 天然更新不成功的主要原因之一。 3 5 本章小节 通过上述分析认为座果率和结籽率低的主要原因是传粉过程受到阻碍，导致胚珠败 育。而胚珠败育的重要原因是传粉不成功，由于海拨高、风速大，使传粉媒介( 昆虫) 的种类和数量较少，访花频率极低，使得柱头上的花粉量受到限制。而恶劣的气候条 件，加之风箱果的盛花期也正是旅游旺季，人为过渡干扰影响了虫媒传粉作用，则可能 是导致座果率和结籽率低的外在因素。 东北林业大学博：l 学位论又 4 风箱果的结实特性与种子繁殖力 4 1研究背景 环境、遗传因子和种子大小对于种子的繁殖能力有一定的影响f ”o ，1 4 ”。种子的大小 和重量因种类的不同差异很大。从进化论观点看，种子大小向最大和最小两个极端分 化，代表了两个明显不同的路线：一个方向是求质量，单株种子粒数少，但种粒大且胚 分化良好；而另一个方向是求数量，单株种子粒数很多，但种粒小且胚少有分化4 “。 干粒重能说明种子的大小和饱满程度。在同一树种中，千粒重数值愈高，则种子愈大而 饱满，即意味着种子含有的贮藏营养物质较多，空粒种子较少。关于种子和幼苗适应生 态学的研究，国内外已有一些报道“3 1 4 4 , ”，但多数研究以草本和乔木为材料。 风箱果的自然更新能力差，推测可能的原因与有性生殖的某个环节存在障碍有关， 包括，传粉过程受到限制、种子产量低以及种子的萌发力弱等方面。有研究表明，濒危 植物较普遍问题是种子产量低、品质差，种子向幼苗的转化率低，形成的幼苗数量少。 没有足够数量的幼苗，种群就难以维持【9 “。迄今为止，国外有关风箱果种子繁殖、栽培 的研究未见报道，国内研究很少【”。 本文作为这方面研究工作的部分，通过对风箱果结实量和种子繁魑力的统计分析 和实验结果，将有助于阐明种群繁殖适应性，以及种子对其未来种群命运的影响，对探 讨风箱果种群的生存力和种群对策非常重要，为风箱果的采种、育苗及扩大种群等方面 的研究提供参考资料，同时为深入揭示该种群的濒危机制提供依据。 4 2研究方法 4 2 1 果实的出种量 选6 株风箱果母树，每株随机选2 0 个果实，以每个果实产出饱满种子的粒数表示 出种量，对其进行统计分析并对同株母树4 个果序的1 0 个果实生产的种子数进行统计 分析。 4 2 2 种子的重量分异 选1 0 株风箱果母树采集果实并脱落种子，随机称取每株的种子干粒重各9 组，研 究风箱果种子的重量分异。 4 2 3采种时间对种子萌发的影响 由于胍箱果种子成熟后有脱落特性，为了探索最适的采种时间，于2 0 0 4 年在种 子成熟期内的不同时间( 7 月l7 日、7 月3 0 日和8 月1 7 日) 采集种子，对3 个时间采 收种子的千粒重、生活力及萌发实验进行测定。 采用四唑染色法测定风箱果种子的生活力；种子干粒重的测定，采用百粒法；播种 4 风莉果的结实特性与种子繁殖力 试验，将3 批种子各3 2 5 粒( 8 月1 7 日4 5 0 粒) 分别播种在以草炭土和蛭石2 ：1 的基质 中，测其出苗率。 4 2 4 种子的荫发实验 ( 1 ) 分别取上述1 0 株风箱果母树的种子进行室内恒温萌发实验，研究种子的萌发 力。另外分别测定上述1 0 株母树种子的干粒重和发芽率( 测定5 0 d ) ，作它们间的相关 性分析，选取相关程度最高的函数作为刻画种子重量与发芽率关系的模型。 ( 2 ) 将上述1 0 株树的种子混合，播种于事先混合好的草炭和蛭石的盆中，每盆播 3 0 粒种子，共取3 组，即为3 次重复，种粒问保持一定的距离，覆一薄层土，放在 2 5 恒温培养室内萌发，统计出苗率。 4 2 5 具体实验方法 风箱果种子均采至帽儿山，除采种期实验于2 0 0 4 年采收外，其它处理种子均于 2 0 0 5 年采收。 种子干粒重的测定，采用百粒法：从纯净种子中随机取1 0 0 粒为一组，共取八组， 即为八个重复，计算平均值由此得出种子千粒重。 种子含水量测定，采用1 0 5 烘干法，随机取出样品三份，放在预先用精度为1 1 0 4 的电子天平称至恒重的称量瓶内，放入干燥箱中，烘至恒重，计算种子含水量，取平均 值。 种子生活力测定：采用05 t t c ( 氯化三苯基四唑，p h 6 8 ) 染色法测定风箱果种 子的生活力。检验设3 个重复，每个重复3 0 粒种子，先把种子浸泡于2 0 3 0 水中4 8 h 。方法是将种子纵剖为二，剖面朝下罱于垫有已浸润t t c 溶液吸水纸的培养皿中， 放入3 8 温箱内温育，染色3 h 后根据种胚的着色程度和部位，按国际种子检验规程上 的标准图鉴定种子的生活力。 种子萌发实验是将消过毒的种子摆放在垫有脱脂棉和滤纸的培养皿中，以胚根刚突 破种皮为萌发标准，在2 5 恒温培养室内催芽，每皿3 0 粒种子为一个重复，每个处理 3 个重复。若无特殊况明，萌发实验均持续3 0 d 。 4 3结果与分析 4 3 1果实的出种量 果实的数量在一定程度上决定着种子的产量，但有时会受到出种量的影响。统计结 果显示，在每个膨大的瞢荚果中，最少有1 粒种子，最多有8 粒( 修正了周以良 1 0 ”报 道的风箱果每个瞢荧果中含种子2 - 5 个的结论) ，平均为2 ，9 8 粒，变异系数高达6 9 。 从果实的出种量频数图可以看出，种子数在5 粒以上的果实很少，仅占1 43 3 左右， 含l 2 粒种子的果实比例最大，占全部果实的6 44 7