（植物学专业论文）四种凤仙花属impatiens+l植物的传粉生物学研究.pdf

摘要 在种间水平上对中国产4 种凤仙花属砌阳右j 鲫sl 植物的传粉生 物学进行了比较研究。结果如下： 1 4 种凤仙花属植物在形态学和花部特征上具有明显差异。单 花雄性期与雌性期之比均大于2 5 。华凤仙和瑶山风仙花雄蕊脱落前， 花粉活力始终保持在较高水平，随单花期延续花粉活力缓慢下降。从 开花第1 天至第3 天早晨对单花花蜜量进行了测量，表明华凤仙和瑶 山风仙花每日分泌的花蜜量呈上升趋势；4 种供试植物的花蜜糖含量 均在3 0 以上。4 种植物具有较高的p 0 值，表明其繁育系统为异交 型。检测华凤仙和瑶山风仙花的繁育系统，表明两者自交亲和，但不 存在自动自交和无融合生殖。华凤仙具有明显的异交优势，瑶山风仙 花白交和异交的座果率和结籽数差异不显著，表明两种供试植物具混 合式交配系统性质，传粉过程需要传粉者。 。 2 共有2 9 种隶属于蜜蜂科、天蛾科等7 科的昆虫访问4 种供 试植物的花朵。华凤仙和瑶山风仙花的传粉者涉及多个昆虫类群，主 要为蜂类、蝶类和天蛾；山地凤仙花和湖南风仙花的传粉者种类相对 较少，未见有鳞翅目昆虫访花，优势传粉者为中型长吻蜂类。昆虫访 花高峰期一般出现在1 0 ：o o 一1 2 ：0 0 和1 4 ：o o 一1 6 ：o o 两个时间段。在研 究的2 个不同年份中，传粉昆虫的种类和数量存在一定差异。不同供 试物种的传粉者种类、数量、访花行为及频率的观察表明，传粉者可 能对花部结构施以选择压力，因而对塑造植物花部特征具有重要作 用。 3 4 种凤仙花属植物去花部处理的结果表明，翼瓣的存在，对 传粉成功具有非常重要的意义；去旗瓣和去唇瓣处理对座果率的效应 与旗瓣大小、唇瓣大小和深度等因素有关。去花部处理试验结果表明， 翼瓣和唇瓣在吸引昆虫传粉和保障传粉有效性方面具有重要作用。 4 采用去除花蜜距的方法研究了蜂类盗蜜行为对传粉成功的影 响。结果表明，距的缺失没有对传粉成功带来明显的障碍，推测花蜜 窃取者可能以类似“信使”或“调度员 的身份调节居群传粉过程， 其活动可能促使花粉传送到更远的距离，在一定程度上促进异交，增 加雌性适合度，很可能是植物应对近交衰退的一种拮抗机制。 关键词：凤仙花属；传粉生物学；花部特征；传粉成功；花蜜窃取者 a b s t r a c t t h ec o m p a r a t i v ep 0 11i n a ti o nb i 0 1 0 9 yo ff o u rs p e c i e so f 蚴芒j p 乃sl d i s t r i b u t e di nc h i n ai ss t u d i e df i r s t l y r e s u l t s a r ea sf o l l o w s ： 1 t h e r ea r es o m er e m a r k a b l ed i f f e r e n c e si nv e g e t a t i v ea n d f l o r a lm o r p h 0 1 0 9 yo ft h ef o u rs p e c i e s m a l ep h a s e1 a s t sf o r 1 0 n g e rt i m et h a nf e m a l ep h a s e t h ep 0 1 l e nv i a b i l i t yo fb o t h 五 c h i n e n s i st 、q 瞩e y sa l n a i m a c r o v e x i i i a 、 a r 。 y a o s h a n e n s i s f l o w e r sm a i n t a i nh i g h1 e v e l ，a n dd e c r e a s es l o w l y b e f o r e a n d r o e c i u ma b s c i s s i o n b o t hs p e c i e ss e c r e tm o r en e c t a ro nt h e s e c o n dd a yo fa n t h e sist h a nt h ef i r s td a y t h en e c t a ro ft h e f o u rs p e c i e sc o n t a i n so v e r3 0 s u g a r t h e r ei sah i g hp oi n e a c hs t u d ys p e c i e s ，a n ds u g g e s tt h a t t h e y h a v eo u t c r o s s i n g r e p r o d u c ti v es y s t e m s t h et e s t so fr e p r o d u c ti v es y s t e m so f 上 c h i n e n s i sa n di m a c r o y e x i 2 i ay a r y a 0 s h a n e n s i sl n d l c a 乞e 弋b a 弋 b o t h s p e c i e s a r e s e l f c o m p a t i b l eb u th a v e n o ta u t o n o m o u s s e l f p o l l i n a t i o na n da p o g a m y t h e r ei so b v i o u so u t c r o s s i n g a d a v a n t a g ei n上l 叻抽已j 7 s j n os i g n i f i c a n td i f f e r e n c ei s o b s e r v e di nf r u i ts e ta n ds e e ds e tb e t w e e ns e l f p 0 1 1 i n a t i o n f l o w e r sa n dc r o s s p 0 1 1 i n a t i o no n e si n上切l a c ，d y 8 z j j av a r i 归d 幽a 门鲫s j &t h e s er e s u l t ss h o wt h a tb o t hs p e c i e sh a v em i x e d m a t i n gs y s t e m ， t h ef l o w e r sr e q u i r em u l t i p l ep 0 1 1 i n a t o r st o e n s u r ep 0 1li n a ti o ns u c c e s s 2 i nt o t a lo f2 9s p e c i e so fi n s e c t sf r o m7f a m i l i e sv i s i t t h ef l o w e r so fp l a n t ss t u d i e d p o l1i n a t o r so f 动无2 8 露s j sa n d 上刃魉凹d 阳! i ：j f av a r j 厂a d 刮 a 刀e 旧s j sa r ec o m p r i s e do fs e v e r a l d i f f e r e n tt a x o ns u c ha sb e e s ，b u t t e r f li e sa n dh a w k m o t h s h o w e v e r ， t h ei n s e c ts p e c i e si nz 励口刀芒j c p 肠a n d 五五“刀a ，7 e 仃s j s a r e1 e s st h a nt h a ti nt h eo t h e rt w op l a n t s 五崩侈刀舌j c d j aa n d 上力“门a 刀e ，7 s j sa r en o tv i s i t e db yl e p i d o p t e r ai n d i v i d u a l sb u t f e r ti1iz e d m a i n l yb y m e d i u m 1 0 n g t o n g u e d b e e s m o s t p o lli n a t o r sa p p e a ri ns t u d yp o p u l a t i o n sd u r i n g1 0 ：o o 一1 2 ：0 0a n d 1 4 ：o o 一1 6 ：o o ，a n dv i s i tf l o w e r sa c t i v e l y t h ei n s e c ts p e c i e sa n d t h en u m b e ro fi n d i v i d u a l sa r ev a r i a b l ei nt w od i f f e r e n ty e a r s t h eo b s e r v a ti o n st os p e c i e s ， n u m b e r ， b e h a v i o u ra n df r e q u e n c y o fp o l l i n a t o ri n d i c a t et h a tt h ep 0 1 1 i n a t o r sm a ya p p l ys e l e c t i o n p r e s s u r eo nf l o r a lt r a i t s ，s ot h e ya r ev e r yi m p o r t a n ti nm 0 1 d i n g f l o r a lm o r p h 0 1 0 9 y 3 t h er e s u lt so fe x p e r i m a n t a lr e m o v a lo ff l o r a ls t r u c t u r e s s h o wt h a t1 a t e r a lu n i t e ds e p a li ss i g n i f i c a n ti np o l l i n a t i o n s u c c e s s ：t h ee f f e c to fd o r s a lp e t a lr e m o v a lo r1 0 w e rs e p a l r e m o v a li sc o r r e l a t e dw i t ht h es i z ea n dd e p t ho ft h ef l o r a l s t r u c t u r e t h er e s u l t sa l s os u g g e s tt h a td o r s a lp e t a la n d1 0 w e r s e p a lp l a yi m p o r t a n tr o l e s i n a t t r a c t i n gp o l l i n a t o r sa n d e n s u r i n ge f f e c t i v ep o l l i n a t i o n 4 w ei n v e s tig a t e dt h ei n f l u e n c eo fn e c t a rr o b b i n go n p 0 1 1i n a ti o nv i at h em e t h o do fn e c t a rs p u rr e m o v a l r e s u lt ss h o w t h a tt h er e m o v a lo fs p u rd i d n ta f f e c tp o lli n a ti o ns u c c e s s e v i d e n t l y w ec o n c l u d et h a tr o b b e r sm a yr e g u l a t ep 0 11i n a t i o n p r o c e s sa s “m e ss e n g e r s o r“d is p a t c h e r s ，a n dt h ea c ti o n m a yf o r c ep 0 1 1 i n a t o r st ot r a n s f e rp 0 1 1 e nt o1 0 n g e rd i s t a n c e ， p r o m o t ec r o s s p 0 11i n a t i o nr a t e ，i n c r e a s ef e m a l ef i t n e s s ， s o r o b b e i n gm a yb ea na n t a g o n i s t i cp r i n c i p l ea g a i n s ti n b r e e d i n g d e p r e s si o n k e yw o r d s ：坳芒j 已门sp o l l i n a t i o nb i o l o g y ，f l o r a lt r a i t s ， p o l li n a ti o ns u c c e s s ， n e c t a rr o b b e r v 湖南师范大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本 论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文 的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本 人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：有蓼存 妇夕年于月岁口日 学位论文作者签名：枸茅稀如p c 7 1 年，月岁口日 湖南师范大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定， 研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属湖南师范大学。 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和借阅。本人授权湖南师范大学可以将本学位论文的 金部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 1 、保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密团。 删名：唷季帮在絮零警日 导师签名：去1g 哪日期：幽。产r 月岁。日 四种风仙花属( 砌彤f 拓埘l ) 植物的传粉生物学研究 1 引言 传粉生物学是研究与传粉事件有关的各种生物学特性及其规律 的一门学科。传粉是种子植物有性繁殖过程中的必经阶段，花粉的运 动在很大程度上控制着植物基因在个体和种群水平上的流动【1 1 。由于 植物固着生长的习性，其花粉传递过程需借助一定的载体，跨越一定 的时空，正是花粉携带精子从雄性结构运动到雌性结构表面这一复杂 而巧妙的过程，为研究物种进化提供了一条捷径。18 世纪后半叶，两 位德国科学家k 6 l r e u t e r 和s p r e n g e l 的经典工作为传粉生物学的建立奠 定了基础0 2 ，3 1 。此后，传粉生物学进入长达半个多世纪的缓慢发展时 期。1 9 世纪下半叶，随着达尔文进化论的兴起以及兰科植物的传粉 这一经典著作的发表，传粉生物学再度焕发出蓬勃的生机，其中尤以 d 删i n 对兰科植物欺骗性传粉和“拟交配现象的研究令人瞩目【4 】。 2 0 世纪初，k m u t h 在其著作h a n d b o o ko ff l o w e rp o l l i n a t i o n 中系统 总结了当代传粉生物学的研究成果，标志着经典传粉生态学( c l a s s i c a l p 0 1 l i n a t i o ne c o l o g y ) 时代的到来【5 一。其后近半个世纪，对达尔文“适 应性”理论的争议不断，传粉生物学又进入到一个相对缓慢的发展时 期。2 0 世纪4 0 年代起，“综合进化论 的兴起为传粉生物学的复苏和 发展注入了新的活力，并赋予其崭新的研究内容，研究者们开始关注 传粉者和传粉媒介的协同进化，对植物交配系统的定量研究成为一个 活跃的研究领域忉。2 0 世纪7 0 一8 0 年代，传粉生物学研究技术取得惊 硕士学位论文 人的进步，主要表现在对花粉流进行检测时，应用了荧光染色和显微 技术、放射性同位素标记、人工控制环境因子以及多种分子生物学技 术( 如微卫星d n a 、i 讧l p 、鼬廿d 、a f l p 等) ；与此同时，电子微 粒计数器和高效液相色谱仪等先进仪器设备的运用，共同推动着传粉 生物学进入全新的实验传粉生物学研究阶段。近3 0 年来，传粉生物学 研究继续广泛而深入地开展，研究热点主要集中在以下几个方面：1 ) 植物性表达的多样性及其进化；2 ) 传粉机制与交配系统；3 ) 花部特 征和传粉者的相关性及进化机制；4 ) 花粉散布规律以及花粉流和基 因流的检测；5 ) 传粉系统的演化和群落水平上的传粉生态学研究。 在这一时期，d a 缸i 【8 】，k e 锄s & 1 1 1 0 u y e 【9 j ，h e 玎e r a l o j h 砌e r & b 撇t t 【l j 等研究者们的出色工作，极大地推动了传粉生物学的发展。如今，在 经历2 0 0 多年的发展之后，传粉生物学已成为种群生物学和进化生物 学中的热门领域，在研究方法和内容上都达到了历史上的巅峰状态。 可以预见，在不久的将来，伴随着传粉生物学的进一步发展，被子植 物生活史中最精彩的篇章传粉，将展现出更为动人的魅力。 其实早在2 0 0 0 多年前，中国古代人民就已把大麻的雌雄性别区分 开来，尔雅载：“汉麻雄者名臬麻，雌者名苴麻”，这可看作是 我国人民对植物有性繁殖的最早认识。然而，传粉生物学研究漫长而 光辉的历史中，直到2 0 世纪8 0 年代，才开始出现中国研究者们的身影， 至1 9 9 6 年，我国仅有2 3 篇涉及传粉生物学方面的文章【1 1 1 。1 9 9 5 年后， 由于国家自然科学基金“中国主要濒危植物保护生物学研究”项目的 推动，我国传粉生物学研究工作得以迅速开展，其以保护濒危植物为 四种凤仙花属( 珈册f 耙，l 儿) 植物的传粉生物学研究 目的，主要针对传粉过程和花粉散布规律进行研列1 2 。1 5 】。除此之外， 我国学者还开展了对水生植物黄花蔺三砌刀d 如硼以撇的繁育系统， 露蕊乌头彳c d ”砌聊移聊，z 绷办跏不同海拔居群的传粉生态学等物种水 平上的传粉生物学研究，以及对滇西北马先蒿属眦“伽括l 植物与 传粉者行为的比较研究和山姜属彳枷切r ( ) x b 植物花柱卷曲性机制等 种间水平上的比较研究【9 】。2 0 0 7 年生物多样性更是推出了一期 传粉生物学专辑，研究内容涉及十多种植物且各有侧型2 0 ，2 1 1 。然而， 尽管近1 5 年来我国的传粉生物学研究取得了较大的进展，但与美国等 发达国家相比其差距仍然很大，迫切需要在更高的广度和深度上开展 传粉生物学研究。 风仙花属( 却口f 彪珊l ) 是被子植物中一个极大的属，已有超过 9 0 0 个物种被发现，其多样化程度之高，在高等植物中极为罕见【2 2 1 。 该属植物具典型的两侧对称花，花部结构复杂：2 枚或4 枚侧生萼 片，其大小和颜色随物种不同而异；1 枚唇瓣( 特化的下部萼片) ， 形态多样，先端一般延伸为距，距的末端储藏和分泌花蜜；1 枚旗瓣， 其富于变化且十分醒目；2 枚翼瓣( 侧生联合花瓣) ，任何1 枚翼瓣 在本质上为2 枚花瓣的联合；一个由5 枚雄蕊联合而成的雄蕊群，呈 帽状结构覆盖于雌蕊上部，花丝较短或不显著；雌蕊由5 心皮合生而 成，胚珠多数。正是该属植物的多样性和花部结构的复杂性，使其成 为研究物种进化的理想材料。 凤仙花属植物的传粉生物学资料，最早见于1 9 2 8 年r o b e r t s o n 对上c 印p 珊话和上艘肌砌的传粉者的观察【2 3 】。此后，j 锄e s 和m a n i i l 硕士学位论文 掣2 5 】将上c 印绷睹列为一种重要的蜂鸟传粉植物并对其进行了研究。 上泖p 珊捃是一种分布于北美东部地区的风仙花属植物，r u s t 对其传 粉生态学有过详尽报道【2 6 1 ，z i n u n e m a n 和c o o k 对其盗蜜现象进行了 深入研究2 7 1 ，w i l s o n 和t l l o m s o n 研究了其花粉移出和落置效应【2 8 1 ， w i l s o n 报道了花冠口部的大小对熊蜂传粉的适应机制以及传粉的选 择作用2 9 1 ，w a l t e r s 和s t i l e s 研究了林冠荫庇度和斑块大小对传粉者访 花的影响【3 0 1 。因上c 唧瑚括具有开花受精和闭花受精两种不同类型的 花，即具备双重繁育系统，在被子植物中较为罕见，不少学者对其繁 殖适合度、近交衰退及进化机制等进行了颇有影响的研究【3 1 3 3 1 。作为 该属在北美地区另一代表性物种，研究者们也较多关注上朋，砌的 传粉生物学，并常将其与上c 印绷括做对比研究【2 6 ，3 1 3 4 1 。然而，由于 北美凤仙花属植物种类单调，其传粉生物学资料有限。此外，已有多 位学者对分布于日本、非洲、苏门答腊等地的多种凤仙花属植物的传 粉生物学研究做过出色的工作【3 孓3 9 1 ，内容涉及传粉者种类的调查和统 计，天蛾和熊蜂传粉的特殊机制，不同生境中的繁殖生态学差异以及 自动自交与单花期的联系等方面。中国作为世界风仙花属植物的地理 分布中心之一，拥有该属1 4 以上的物种，但我国目前对于该属的研 究，主要局限于资源调查和系统分类研究方面，有关传粉生物学研究 的文献报导极为有限，仅见于t i a n 等【4 们对匍匐凤仙花上唧绷和肖 乐希等h 1 1 对华凤仙上c 向拥伽括所做的研究。 综上所述，我国的传粉生物学研究起步较晚，目前的工作仍以观 察传粉现象、描述花部特征和繁育系统类型为主。我国是风仙花属物 四种凤仙花属( 咖矽f f p 嬲l ) 植物的传粉生物学研究 种极富多样性的国家，而其传粉生物学研究却非常薄弱。因此，迅速 开展对该属的传粉生物学研究，十分必要。 本文选择分布于湖南境内的华凤仙等4 种代表不同形态学类型 的凤仙花属植物作为研究材料。鉴于工作量巨大和供试种花期重叠等 原因，其中仅对华凤仙和瑶山风仙花z ，z 口c 加煅f 胞v a r 阳加刀绷豇 的传粉生物学进行了全面系统的研究；对于山地凤仙花上m d 肋治d 肠 和湖南风仙花z 办“刀口刀p 瑚括，则选择最重要的几项内容实施了研究。 本研究旨在揭示供试种的繁育系统特征，阐明花部整合性与花部结构 对传粉成功的重要性以及花蜜窃取者行为对传粉的影响，进而探讨传 粉者对植物花部特征的塑造作用及相互适应机制等，这无论对丰富我 国凤仙花属植物的传粉生物学资料，认识和理解植物与访花动物之间 复杂而微妙的关系，探讨与物种进化有关的问题，还是对凤仙花属资 源保护和可持续利用等都具有重要意义。 2 材料与方法 2 1 材料 野外研究于2 0 0 7 年7 1 0 月以及2 0 0 8 年6 1 1 月在湖南省永州市 江华县大锡乡( 2 4 o4 7 0 4 7 n ，1 1 1o5 4 5 1 1 e ，海拔4 7 0 m ) 完成， 该地属中亚热带湿润季风气候区，年均气温1 7 8 一1 8 3 ，年均降 雨量1 51 3 舢，无霜期3 0 8 天。地带性植被为亚热带常绿阔叶林。 传粉生物学研究材料为华风仙伽彬虎瑚砌加p 珊话等4 种凤仙花 硕士学位论文 属植物的自然居群，每一供试种均选择1 3 个小居群作为观察研究对 象。所有研究材料的凭证标本均保存于湖南师范大学植物标本馆 ( h 问讯j ) ( 表2 1 ) 。 表2 1 实验材料 - i a b l e2 1e x p e r i m e n t a l 删鹏r i a l s 2 2 方法 2 2 1 形态学研究 观察野外居群中的生活个体，采集植物标本，查阅馆藏风仙花属 标本，研究供试物种的形态学特征。 2 2 2 花部特征和开花物候观察 在每一供试种的开花盛期，于花朵开花前一天随机对1 5 2 0 朵花 蕾进行标记，从第二天0 6 ：o o 开始，每3 小时记录一次花各部分开放 和脱落情况，雄蕊脱落视为雄性期终止，除子房以外花各部分完全凋 落则视为单花期结束。花被各部分大小的测量，则随机选取另外1 5 朵开花当天花瓣完全舒展且处于雄性期的花朵，立即解剖并用钢尺测 量旗瓣和翼瓣的长、宽，唇瓣长、宽和深以及距的长度，测量方法详 见图2 2 2 。 华风仙和瑶山凤仙花各有一个小居群被用来检测花蜜分泌节律 四种风仙花属( 肪阳f 溉l ) 植物的传粉生物学研究 和花蜜糖含量。因这两种植物的花朵具细长管状而弯曲的花蜜距，花 蜜充盈于距的尾端而无法在不损伤花朵的情况下测量花蜜糖含量。对 每一供试种，均随机选择5 0 朵开花前一天的花蕾进行标记，并用细 目尼龙网袋套袋以隔离访花者。从开花第一天到开花第三天，每天 0 7 ：o o 0 8 ：o o 摘取一组花朵( 约1 5 朵) ，取唇瓣，剪除距的顶端，使用 微量进样器( 根据花蜜量多少选择1 此，5 皿或l o 此规格) 抽取花 蜜并记录花蜜量。使用手持折光仪检测花蜜可溶性糖含量。 图2 2 2 风仙花属植物花被大小的测量示意图( 以山地凤仙花为例) a ，旗瓣； b ，翼瓣；c ，唇瓣正面观：d ，唇瓣侧面观 f i g 2 2 - 2m e a s u r i e m e n t so fn o i 锄 d i n l e n s i o no f 帅口f f e ，岱n o ，e r s( 麟r l gz 肌。刀出d 肠f o re x 锄p l e ) 钆d o r s a lp e 协l ；b ，l a t e r a l 吼i t e dp e t a l ；c ，舶n tv i e wo fl o w c r p a j ；也l a t e m lv i e wo fl o w c rs 印a 1 2 2 3 花粉胚珠比( p 0 ) 和自然结籽率测定 硕士学位论文 在盛花期采集即将开放的花朵保存于f a a 液中备用。带回实验 室后，取每朵花的雄蕊群置于离心管( 1 5 m l ) 中用1 m 盐酸水解药壁 后，配制成1 m l 花粉悬浊液，用血球计数板在显微镜下计数花粉数， 每朵花重复测量三次，取平均值。分离出来的子房在体视显微镜下解 剖并计数胚珠数。同一朵花的花粉数除以胚珠数，得p o 。自然授粉 花朵每花平均结籽数除以平均胚珠数，即为自然结籽率。 2 2 4 繁育系统的检测 为检测华凤仙和瑶山风仙花的繁育系统类型，对其花朵实施如下 6 种处理：( 1 ) 将尚未开放的花蕾用细目尼龙网袋套袋检测自动自交 能力；( 2 ) 即将开放的花蕾去雄，套袋，检测无融合生殖能力；( 3 ) 将尚未开放的花蕾套袋，开花第二天取其雄蕊群进行白花授粉，并重 新套袋，检测自花自交能力；( 4 ) 将尚未开放的花朵套袋，开花第二 天去雄，授同株异花花粉后重新套袋，检测同株异花自交( 因瑶山风 仙花同一植株上同时开放的花朵数目少且单花期不同步，此种处理未 在其居群内实施) ；( 5 ) 将尚未开放的花朵套袋，开花第二天去雄， 授相隔5 m 以上植株的花粉，并重新套袋，检测异交能力：( 6 ) 对照， 不作人工处理，自然授粉。每组处理取2 5 3 5 朵花作为样本，待果实 成熟但尚未开裂时检测座果率和每花结籽数( 干瘪和败育的种子不计 算在内) 。 2 2 5 花粉活力检测 作者依据d a 伍i 【8 】的方法进行了改进，将等体积的o 2 m 磷酸缓冲 液( p h - 7 2 ) 和0 5 帆溶液混合，用来检测华风仙和瑶山风仙花 四种风仙花属( 砌p 口f f e n sl ) 植物的传粉生物学研究 单花不同时期的花粉活力。套袋开花前一天的花蕾，于开花当天 0 9 ：o o 1 8 ：o o ，每3 小时取5 7 朵花的花粉，用上述溶液检测花粉活力， 染成红色或浅红色的花粉为有活力花粉，未染色者为失活花粉；至雄 蕊脱落前，仍然在每天相同时间对花粉活力进行测量。 2 2 6 访花昆虫种类和访花行为观察 于2 0 0 7 年7 月9 日7 月l8 日和2 0 0 8 年7 月1 1 日2 1 日，对华 风仙的访花昆虫进行观察；2 0 0 7 年1 0 月2 0 日一2 6 日和2 0 0 8 年9 月 l o 日1 0 月3 0 日，对瑶山风仙花的访花昆虫进行观察。白天观察时 间为0 7 ：o o ( 0 8 ：o o ) 至1 7 ：o o ( 1 8 ：o o ) ，夜晚观察时间为1 8 ：o o 0 6 ：o o ， 每3 0 分钟或6 0 分钟为一时段，记录样方内花朵的数目，每一时段内 昆虫的访花次数和在花朵上停留的时间和花间飞行时间，以及昆虫种 类和个体数等。对昆虫访花行为进行摄影或摄像，用捕虫网不定时捕 捉访花昆虫，并检查其身体携带花粉的位置，凭证标本带回实验室后 由相关专家鉴定。昆虫访花频率( 访花次数花小时) 通过计算获得。 对于山地凤仙花和湖南风仙花，则不定期进行观察并捕捉访花者。 2 2 7 去花部处理花朵的座果率和结籽数测定 为检测去除花部结构对4 种供试植物花朵座果率和结籽量的影 响，2 0 0 8 年，在开花盛期各选择一个小居群，对花朵实施如下5 种 处理( 每种处理随机选择2 5 4 5 朵花) ：( 1 ) 用解剖剪剪去唇瓣后端的 距( 图2 - 2 2 ，“x 表示去距位置) ；( 2 ) 用镊子去除唇瓣；( 3 ) 去旗瓣； ( 4 ) 去除两枚翼瓣；( 5 ) 对照，不做处理。所有处理均在开花当日清晨 未有昆虫访问时实施，并进行标记，自然授粉。观察去除花部后昆虫 硕士学位论文 的访花行为。花朵凋谢后，所有经处理的花朵，均用尼龙网袋套袋， 待成熟果实即将开裂时取下套袋，计算座果率，计数每果实内种子数。 湖南风仙花因种群较小，花朵数目不多，文中与本种相关的所有数据 均来源于同一小居群。在此项试验中，我们仅对其实施了去距、去唇 瓣和对照处理。 2 2 8 数据分析 试验数据的统计分析，均使用s p s s1 6 o 软件完成。统计方法包 括正态性和方差齐性检验，t 检验，单因素方差分析( 0 n e w a y a n o v a ) ，卡平方( x 2 ) 检验等。 3 结果与分析 3 1 形态学特征 3 1 1 华凤仙撕f 把凇c 乃切绷妇l ( 图版i ：a ，b ) 一年生草本，高3 0 一6 5 c m 。茎纤细无毛，上部直立，下部横卧， 节略膨大，有不定根。叶对生，无柄或几无柄；叶片硬纸质，线形或 线状披针形，稀倒卵形，长2 一1 2 c m ，宽o 5 1 c m ，有托叶状的腺体， 边缘疏生刺状锯齿，上面绿色，被微糙毛，下面灰绿色，无毛，侧脉 5 7 对，不明显。花单生或2 3 朵簇生于叶腋，无总花梗，紫红色； 花梗细，长2 5 c m ；苞片线形，位于花梗的基部；侧生萼片2 ，线形， 长约1 0 衄，宽约1 姗，先端尖；唇瓣漏斗状，具条纹，基部渐狭成内 弯或旋卷的长距；旗瓣圆形，先端微凹，背面中肋具狭翅，顶端具小 l o 四种风仙花属( 伽即f 胞珊l ) 植物的传粉生物学研究 尖；翼瓣无柄，2 裂，下部裂片小，近圆形，上部裂片宽倒卵形至斧 形，先端圆钝，外缘近基部具小耳；雄蕊5 ，花丝线形，扁，花药卵 球形，顶端钝；子房纺锤形，直立，稍尖。蒴果椭圆形，中部膨大， 顶端喙尖，光滑。种子多数，圆球形，直径约2 m m ，黑色，有光泽。 生于溪流边、水沟旁、抛荒水田中或田边。 3 。1 2 瑶山凤仙花切卿口晓懈脚口册v 甜刀肠yl c h e nv 配) 圮硇，历口阳陀嘧 s x y ，u ，yl c h e n & h n q i n ( 图版i ：c ，d ) 一年生草本，高4 0 一7 0 c m ，无毛。茎肉质，直立，不分枝或中部 以上分枝，下部节膨大，生不定根。叶互生，近无柄或具柄；叶片长 6 1 0 c m ，宽2 5 5 c m ，卵圆形或椭圆状披针形，边缘有锯齿，齿具芒 尖，叶背面灰绿色，腹面深绿色，两面无毛，侧脉6 8 对，弧形。总 花梗单生于上部叶腋，长4 6 c m ，具2 花，稀1 花；花梗长3 4 c m ， 纤细；苞片线形，宿存：花红色；萼片3 ，侧生萼片2 ，绿色，斜卵 形；唇瓣漏斗状，口部斜上，先端钝，末端收缩成稍弯曲或伸直的长 距，顶端具不明显2 裂：旗瓣宽大，圆形或肾形，先端微凹，背部具 绿色鸡冠状突起；翼瓣基部具深红色斑纹，上部裂片狭卵状披针形， 先端楔形，下部裂片半圆形，背面具反折的小耳；雄蕊5 ，花丝线形， 雄蕊无附属体，先端钝；子房长4 5 姗，直立，光滑。蒴果长约2 2 5 c m ， 棒状。种子多数，褐色，近椭圆形。 生于阴湿林下或溪边。 3 1 3 山地凤仙花伽聊f 栅朋d 刀咖d 肠h o o k e r ( 图版i ：e ，f ) 一年生多汁草本，高3 0 一6 0 c m 。茎粗壮，无毛，不分枝，长裸露 硕士学位论文 或上部分枝。叶互生，具长柄；叶片膜质，卵状椭圆形或倒卵形，长 5 一1 2 c m ，宽3 5 c m ，基部楔状狭成长3 4 c m 的叶柄，边缘具圆齿状齿， 齿间具稀刚毛，侧脉5 7 对，上面绿色，被短硬毛，下面灰绿色，无 毛。总花梗单生于上部叶腋，长于叶柄，长2 4 厘米，较粗，具2 花， 结果时伸长；花梗长卜2 c m ；苞片绿色，草质，披针形或卵状披针形， 长3 5 衄，宿存；花浅黄色：侧生萼片2 ，卵圆形或圆形，绿色，膜 质，长6 9 砌，宽6 8 毫米，具3 5 脉；旗瓣圆形，背面中肋增厚， 绿色，具狭鸡冠状突起，顶端突尖；翼瓣无柄，2 裂，基部裂片小， 近圆形，上部裂片较大，斧形，顶端钝圆形，背部具圆形反折的小耳； 唇瓣檐部舟状，口部平展，先端渐尖，基部狭成与檐部等长或长于檐 部内弯或卷曲的距：翼瓣和唇瓣具橙红色条纹；花丝丝状，长5 6 舳， 花药卵圆形，钝；子房线形，渐尖。蒴果长纺锤形，长2 2 5 姗，直 立，具短柄，长喙尖。种子多数，长圆形，长卜2 姗，黄褐色，平滑。 生于溪流浅水中。 3 1 4 湖南风仙花却口虎哪办姗册伽妇yl c h e n ( 图版i ：gh ) 一年生草本，高2 5 6 5 c m ；茎肉质，直立，不分枝或上部分枝， 下部节膨大，具多数纤维状根，上部被疏短柔毛。叶近膜质，互生， 具柄，卵形或卵状披针形，长5 1 4 c m ，宽3 6 c m ，顶端渐尖或短尾尖， 边缘具粗圆齿或圆齿状锯齿，齿间具细刚毛，基部狭成长2 5 4 c m 的 细柄，侧脉5 6 对，上面绿色，疏被贴生短糙毛，下面淡绿色，沿脉 具短毛。总花梗单生于上部叶腋，明显短于叶，劲直：3 4 花，排成 疏总状；花梗细，长5 1 0 衄，基部具苞片；苞片三角状卵形，长2 3 衄， 四种风仙花属( 西即鲥p 珊l ) 植物的传粉生物学研究 稍钝，宿存；花黄色；侧生萼片2 ，斜卵形或近圆形，较厚而不透明， 顶端以下具小尖头，具5 6 细脉。旗瓣圆形，顶端凹，背面中肋具鸡 冠状突起，冠突三角形，急尖，顶端具小尖；翼瓣具短柄，基部裂片 圆形，上部裂片较大，稍长，斧形，顶端圆形，背部具半卵形、反折 的小耳；唇瓣囊状，口部斜上，先端急尖，基部急狭成钩状或内卷的 距；花丝线形，上部扁平；花药尖，药隔分裂；子房纺锤状，长3 4 姗， 尖。蒴果长2 5 3 c m ，棒状，顶端尖。种子多数，椭圆球形，褐色。 生于山谷林下、溪流边或岩石上。 3 2 花部特征和开花物候 供试4 种植物均在夏秋两季开花，其中华凤仙和瑶山风仙花始花 期较早且花期更长( 表3 2 1 ) 。4 种凤仙花属植物单花期长度有明显 差别，最短者为华凤仙，最长者为湖南风仙花。雄性期与雌性期之比 分别为：华凤仙，3 8 ；瑶山风仙花，2 9 ；山地凤仙花，3 o ；湖南风。 仙花，2 6 。山地凤仙花的花蜜糖含量和开花后2 4 小时内的花蜜分泌 量在4 个供试种中最高，而在华风仙中，这2 个数值是最低的( 表 3 2 2 ) 。瑶山风仙花为大旗瓣凤仙花z 聊卯加麟姚的一个变种，与后 者一样具有明显宽大的旗瓣，在凤仙花属植物中较为少见。在本研究 中相比另外3 个供试种的花朵，瑶山风仙花具有更大的旗瓣，其宽度 超过了2 枚翼瓣宽度之和( 2 8 1 1 2 8 2 ) 。4 种供试植物花部特征的 其他差异，主要表现在花朵颜色，唇瓣形态和深度，以及距的长度等 方面( 表3 2 1 ) 。 硕士学位论文 表3 2 - 14 种风仙花属植物的花部特征和开花物候( i n e 锄o rm e a i l 士s d ) t a b l e3 - 2 - lf l o r a lt r a i t s 锄dp h 肌o l o g yo ff o u r 砸p 口晓凇s p e c i e s ( m e 孤0 rm e a 肚s d ) 花 蜜 鼍 t 广 v 图3 2 华凤仙( 1 ) 和瑶山风仙花( 2 ) 开花第一天至第三天的花蜜量( 士ls e ) f i g 3 - 2n e c t a rv o l 啪eo fz 砌打粥船括( 1 ) 锄d 上肋伽厂d v 麟川口v 盯弦厅绷绷s 括( 2 ) t h e 觚t s e c o n d 锄dt 姗d a yo f 锄m e s i s 仕ls e ) 1 4 四种凤仙花属( ，昝，口比珊l ) 植物的传粉生物学研究 华风仙和瑶山风仙花的花蜜分泌具有明显的阶段性，开花当天至 开花后4 8 h 内，每日分泌的花蜜量呈增长趋势，在华凤仙中尤为明显， 其开花第二天的花蜜量接近于第一天的3 倍( 图3 2 ) ，表明花朵在 雌性期内分泌的花蜜量高于雄性期。 表3 2 24 种凤仙花属植物花蜜特征( m e 觚或m e a l l 士s d ) 1 a b l e3 2 2n e c t a rc h 觚蛾e r i s t i c so ff o u r 加掣刎把凇s p e c i e s ( m e 锄0 rm e 锄士s d ) 3 3p 0 和自然结籽率 供试4 种植物的p o 值较高( 表3 3 ) 。c 1 1 l d e n 认为p o 作为一 种反映开花植物繁育系统类型的指标，相比其他形态学特征更保守【4 2 】 依据他的理论，供试4 种植物的繁育系统为异交型，传粉过程需要传 粉者。供试4 种植物的自然结籽率均低于8 0 ，表明它们具有混合式 交配系统的性质( 表3 3 ) 。 表3 - 34 种风仙花属植物p o 和结籽率( m e a n 士s d 或m e a n ) 1 a b i e3 3p oa n ds e e ds e to ff o u r 却口r 记埘s p e c i e s ( m e 锄s d0 rm e a n ) 硕士学位论文 3 4 繁育系统 华风仙和瑶山风仙花去雄套袋和直接套袋两种处理的花朵，座果 率和结籽数为零，表明两种植物不存在自动自交和无融合生殖( 表 3 4 ) 。鉴于此，在对各处理的座果率和结籽数进行统计学分析时，作 表3 - 4 华风仙和瑶山风仙花繁育系统检测的座果率( ) r a b l e3 - 4f m i ts e to f b r e e d 证gs y s t e mt e s to f 上如扬e ，瑟豇锄d 上朋口c 阳v 8 埘缸v 配 y 口o s l 口n e 凇i s 结 籽 数 图3 _ 4 华风仙( 1 ) 和瑶山风仙花( 2 ) 繁育系统检测 f i g 3 4b r e e d i n gs y s t e mo f z 幽西馏懈括( 1 ) 锄d 上小口c r d l ，珏f 砌v 筑) 优衲册p 脚括( 2 ) 者排除了上述数值为零的处理结果。华凤仙人工授粉和自然授粉花朵 的座果率差异不显著( x 2 = 1 0 0 0 ，p = 0 8 0 1 ) ，在瑶山风仙花中亦如此 ( x 2 = o 5 5 2 ，p = o 7 5 9 ) 。华风仙异花授粉结籽数显著高于其他处理 1 6 四种凤仙花属( 砸p 口f 耙琊l ) 植物的传粉生物学研究 ( o 0 1 p 0 0 5 ) ( 图 3 4 ) 。在瑶山风仙花中，自花授粉、异花授粉和自然授粉产生的种子 数差异不显著( 图3 4 ) 。 繁育系统试验结果表明，华凤仙和瑶山风仙花均自交亲和，华风 仙具有明显的异交优势。p o 和自然授粉结籽率的检测结果，表明这 两种凤仙花属植物繁育系统为异交型，虽自交亲合，但在自然状态下 无法完成白花自交，但可通过传粉者的活动实现同株异花自交，其传 粉过程必须依赖传粉者。 3 5 花粉活力 华凤仙开花第一天花粉活力较强，至下午1 8 ：o o 仍有超过7 0 的 花 粉 活 力 术 花 粉 活 力 术 、一， f i g 3 5p o l l e nv i a b i l 时o fz 拍加p 淞试1 ) 锄dz 朋口c r d y 蹦f 砌v 她朋吣加刀p 瑚括( 2 ) 1 7 硕士学位论文 花粉具有活力，至第二天中午以后花粉活力迅速下降( 图3 5 ) 。瑶山 风仙花开花前两天的花粉活力保持在较高水平，到开花第三天，花粉 活力才开始急剧下降( 图3 5 ) 。 检测量华凤仙和瑶山风仙花的雄性期长度，得知前者的雄性期为 1 1 7 天，而后者的雄性期为1 9 7 天( 表3 2 1 ) 。花粉活力和雄性期的 检测结果表明，华凤仙和瑶山凤仙花在雄蕊群脱落前，花粉始终保持 较高的活力，花粉活力属于在开花后逐渐下降的类型，将其与检测过 花粉活力的国产凤仙花属植物匍匐凤仙花上仰娜相比较，情形基 本一致【4 0 1 。 3 6 访花昆虫种类及访花行为 在连续两年的野