欧报春二型花柱的繁育特性研究

二型花柱植物通常具有自交不亲和性,在不同植物中所表现的可育性不同。欧报春(Primula vulgaris)是典型的二型花柱植物,为了探究欧报春的繁育特性,通过温室栽培,对欧报春的长花柱和短花柱的花部特征、花粉和花柱形态、花粉活力、柱头可授性、花粉/胚珠比、杂交指数、杂交亲和性、花粉管观察进行研究。结果表明,(1)长花柱和短花柱的花冠直径、花冠筒长度、柱头高度、花药高度和花筒中部直径均表现出两型性;(2)花粉和柱头观察发现花粉极轴长、花粉赤道轴长、花柱直径、柱头乳突细胞和花粉数量均有差异;(3)长花柱的花粉/胚珠比为384.20,短花柱为369.70,属于兼性异交类型;长花柱和短花柱的花粉活力和柱头可授性能在较长时间内维持较高活力;(4)长花柱杂交指数值为5,短花柱为4,表明繁育系统类型为异交,部分自交亲和,需要传粉者;6种授粉组合均能结实,异型花间授粉的结实数明显高于同型自花授粉和异株同型授粉;短花柱为母本的异型花间授粉组合亲和性优于其他组合;欧报春存在自交不亲和性,长花柱的自交不亲和性低于短花柱。

二型花柱植物金荞麦的繁殖生态学研究

通过野外实验观察和人工控制套袋等方法,从金荞麦的花部基本特征、开花动态、花粉胚珠比(P/O)、花粉活力、柱头可授性、杂交指数、套袋实验及访花昆虫等方面对其繁殖生态学进行了研究。结果显示:(1)金荞麦在同一居群中同时具有长柱型(L-型)和短柱型(S-型)两种花型,短花柱花直径(7.25±0.11mm)显著大于长花柱花直径(6.79±0.11mm),长花柱花的柱头和花药高分别为3.39±0.04mm和1.80±0.02mm,短花柱花的柱头和花药高则分别为1.89±0.04mm和3.19±0.06mm,表现出互补式雌雄异位的花部特征。(2)金荞麦8～10月开花,单花序的花期为15～23d,单花的花期为1～3d,开花进程中,内轮雄蕊先散粉,外轮雄蕊后散粉;S-型花的花粉活力高于L-型花的花粉活力,但其单花花粉量低于L-型花,显示了两种花型的自我调控机制。(3)套袋实验表明,金荞麦自花自交不亲和,但具有型内和型间亲和性,L-型和S-型花的P/O值分别为810±40.48和526.5±42.24,表明其繁育系统为兼性异交,需要传粉者,但L-型花更倾向异交。(4)金荞麦的主要访花昆虫为膜翅目(Hymenopter-a)、双翅目(Diptera)、鳞翅目(Lepidoptera)、半翅目(Hemiptera)和蜻蜓目(Odonata)19个科37种昆虫,其中,两种花型拥有12种共同的访花昆虫,L-型花访花昆虫14种,S-型花访花昆虫35种,表明S-型花对昆虫具有更强的吸引力。研究表明,金荞麦是典型的二型花柱植物,虽然具有严格的自交不亲和性,但显示一定的型内亲和性。

二型花柱植株金荞麦繁殖特征

开花物候及繁殖分配是植物适应环境的重要因素。对金荞麦开花物候、繁殖分配及策略进行了研究。结果如下:金荞麦的花果期为每年的8—11月,9月集中开花,其集中开花模式有助于吸引昆虫传粉,提高繁殖成功率;金荞麦单花开花持续时间为1—2 d,种群花期均为85d。L型花序花期为15—26d,S型花序花期为14—27d,两者没有显著差异;L型单花序开花数为26—131朵,S型单花序开花数为36—147朵,两者没有显著差异。L型和S型花序开花动态呈现单峰曲线,在花序开花后第11天L型和S型都达到最大值,分别为7.30%和7.20%,且两种花型具有较高的开花同步性,这有助于其繁殖适应性的提高。同一个花型中,雌蕊长、雄蕊长之间存在极显著负相关,但雌雄总长不存在显著差异,表明雌蕊长、雄蕊长可能存在权衡关系;金荞麦的繁殖器官和营养器官生物量在L型和S型间不存在显著差异,但其花生物量与植株生物量表现出极显著正相关关系。金荞麦L型花生物量分配极显著大于S型,而总生物量不存在显著差异,说明金荞麦植株的营养生长与有性繁殖间存在权衡关系。

软紫草二型花柱植株结实特性的比较研究

对软紫草二型花柱植株结实特性的观察结果表明:3个样地中长花柱植株的分枝数、每株花数及结实率均高于短花柱植株;在S1和S2中,长花柱植株的单株种子产量、结籽率和种子千粒重均高于短花柱植株;S3中长花柱植株的单株种子产量和结籽率高于短花柱植株,而种子千粒重却低于短花柱植株。统计分析显示,软紫草2种花型植株的结实特性在各样地中存在不同程度的差异,而同一花型植株的结实特性在不同样地间多表现出差异显著,说明软紫草的结实特性受花型和生境的双重影响,且生境比花型对其结实特性的影响更大。

绣球茜的二型花柱及其传粉生物学初步研究

首次对绣球茜(Dunnia sinensis Tutch)的花药和柱头高度、花粉和柱头形态,以及人工辅助授粉的结实情况等进行了研究。结果表明:绣球茜在同一居群中同时具有长花柱(Pin型)和短花柱(Thrum)两种花型,长花柱植株的柱头和雄蕊高分别为9.61±0.36 mm和6.79±0.38 mm,短花柱则为6.11±0.56 mm和8.96±0.59 mm,表现出互补式雌雄异位的花部特征。通过人工辅助授粉,两种花型植株的自交和同型植株间异交都不结实,仅在型间异交方能正常结实,说明绣球茜中存在极强的自交不亲和和型内不亲和现象。在花粉与柱头形态方面:长柱型花的单花花粉量(38555.6±6258.4)显著地小于短柱型花(52145.45±8924.5)(t=4.009,P<0.01),长柱花和短柱型花的胚珠数分别为38.73±1.85和39.1±2.25(t=-4.13,P>0.01);长柱型花花粉粒的大小(极径21.27±0.70μm)显著地小于短柱花(21.92±0.79μm)类型(t=3.890,P<0.01),而柱头乳突大小长柱类型要大于短柱类型,表现出明显的二型性。研究结果表明绣球茜是一种典型的二型花柱植物。此外,对其传粉昆虫及昆虫访花行为的观察表明,蝶类(青凤蝶属Graphium)和蜂类(熊蜂Bombus sp.和木蜂Xylocopa magnifica Smith)为绣球茜的主要访花昆虫和传粉昆虫,它们能够在两种不同花型植株之间有效地传粉。

茜草科二型花柱植物滇丁香传粉精确性研究

异型花柱是一种受遗传因素控制的花型多态性现象,其适应意义在于提高不同花型间传粉精确性,从而促进异交。为检验二型花柱植物滇丁香(Luculia pinceana)是如何促进异交并确定有效传粉者的类型,实验统计自然种群中长、短柱型的植株数量,测量花部特征,统计自然种群植株柱头上的型间花粉落置的数量和比例,比较型内、型间花粉的萌发率以及花粉管长度,比较不同人工授粉处理结实情况,观察传粉昆虫类型并测量虫体特征。结果表明(1)滇丁香自然居群中长、短柱型植株的数量没有显著性差异。长柱型的筒深、筒直径、开口直径、雄蕊长和柱头长均显著小于短柱型,而长柱型的叶片长和宽、雌蕊长、花药体积、花粉粒体积、柱头厚均显著大于短柱型。(2)自然种群植株柱头上型间花粉所占比例显著低于型内花粉的比例。(3)型间授粉的花粉萌发率以及花粉管长度均大于型内授粉和混合授粉。(4)型间授粉的结实率显著高于型内授粉的结实率,型内授粉具有一定的结实。(5)夜行性长喙条背天蛾(Cechenena lineosa)是滇丁香的有效传粉者,其吻长和滇丁香的花筒深相适应。本研究表明二型花柱植物滇丁香主要是通过与其花部特征相匹配的长喙天蛾实现有效的传粉,通过促进型间花粉的萌发和花粉管的伸长而有利于型间授粉结实,提高传粉精确性。

身边各种类型的“花”

报春花类:报春花,一种外形比较矮小的草本植物,从名字就知道它是预告春天到来的使者。这类花大多在冬末春初开放,它们一开说明春天即将到来,像是告诉大家:“春天来了”。报春花多数为二型花柱,少数为同型花柱。花药的位置明显低于柱头的为长柱型花;柱头位置明显低于花药的为短柱型花。同型花柱的花中,花药与柱头高度相近。当然,这样的差别绝对不是偶然发生的,而是大自然精巧的设计,这一切都是为了避免自花授粉,增强基因交流以得到更为强壮的后代。

濒危植物安徽羽叶报春两种花型的繁育特性及其适应进化

二型花柱的维持机制和自然选择压力多年来一直是生态学和进化学研究领域的热点之一。通过实验室栽培和野外观察统计相结合的方法,对安徽羽叶报春两种花型(长柱花和短柱花)的形态特征、花粉活力、柱头可授性、花粉/胚珠比、自然授粉及结籽能力、自交亲和性等繁育特性进行了比较研究。结果表明:长、短柱花的花冠直径和裂片宽无明显差异,而花冠筒、雌蕊和雄蕊高、花粉数目及大小、P/O比均有显著差异。在自然条件下,长柱花所接受的总花粉数要明显高于短柱花的总花粉数,但所接受的异型花花粉数和平均每果结籽数两者无显著差异。长柱花和短柱花的花粉和柱头活力相似,均能在较长时间内维持较高活力,仅在开花末期显著下降。两种花型的花在自花授粉、同型异花授粉、异型花授粉条件下均能结籽,但异型花授粉的结籽数均明显高于自花授粉和同型异花授粉结籽数。在长柱花各种授粉方式中,花粉萌发率无明显差异,但异型花花粉管的生长速度明显比同型异花花粉和自花花粉的快,而在短柱花柱头上表现为异型花授粉的萌发率最高,但只要萌发后在花柱中的生长速度无显明差异。此外,综合上述结果,对二种花型花部综合征的维持机制及自然选择压力进行了探讨。

艳丽耳草的二型花柱及异型自交不亲和系统

异型花柱是一种受遗传因素控制的花型多态性现象,包括二型花柱和三型花柱两种类型。本文以茜草科艳丽耳草(Hedyotispulcherrima)为实验材料,通过对其野外居群的花型、花部形态及花粉特征等观察,发现艳丽耳草野外居群同时存在长花柱型花和短花柱型花,长/短花柱型花的数量比例为1:1。两型花具有精确的交互式雌雄异位特征,并且该特征与花冠长度相关性显著。长/短花柱型花的柱头裂片长度、花粉大小及淀粉含量等具有二型性。花粉体外培养时花粉萌发率及花粉管生长速率无显著性差异。人工授粉后,艳丽耳草长/短花柱型花型间异交花粉管生长形态正常,授粉24h后花粉管均已进入子房。而长/短花柱型花在自交及型内异交下均表现为不亲和,花粉管生长停止于柱头,花粉管顶端累积胼胝质并膨大。艳丽耳草没有无融合生殖现象,型间人工辅助异交授粉结实率为100%,显著高于自然结实率。本研究结果表明,艳丽耳草是典型的二型花柱植物,并具有异型自交不亲和系统。

二型花柱植物滇丁香二态和单态种群间花部形态变异模式（英文）

花部形态特征在植物交配系统的演化与维持过程中起关键作用,交配方式的转变将可能伴随着相应花部形态的调整。为探寻交配系统与花形态变异之间的联系,本研究对二型花柱植物滇丁香(Luculia pinceana)的二态和单态种群的花部形态特征进行比较分析。结果表明花部形态在两种不同花型构造的种群间分化程度显著大于花型构造相同的种群间变异。相对于二态种群而言,长花柱的单态种群中雌雄异位距离缩小,且个体间雌雄生殖器官在空间上的非法重叠程度增高,花部形态的调整能够同时促进自交和同型异交。在异型花柱物种内,异交为主的二型花柱种群向单态种群转变过程中自交比率预期上升,本研究表明花部形态的变异模式与交配系统转变相一致。

滇丁香的繁育系统研究

从花部形态、花粉活力、柱头可授性、花粉与胚珠比、杂交指数、套袋实验、传粉观察等方面,对花柱二型植物滇丁香的繁育系统进行了研究。结果表明:针型花植株的单株花序数明显较多,而花冠管和柱头裂片长却明显较短;散粉8 h后,滇丁香的花粉活力达到最高值70%左右,从花药始散粉期至末花期其柱头均具过氧化物酶活性;针型花和线型花的花粉与胚珠比分别为1 641.7±365.84和947.3±194.84,杂交指数均为3。结合套袋实验和传粉观察结果认为:在自然条件下,滇丁香为虫媒花植物,其中针型花和线型花所接受的亲和性花粉分别为异株同型花和异型花提供。滇丁香不仅是形态意义而且是功能意义上的花柱二型植物。

小报春不同授粉组合亲和性研究

利用小报春‘红星’、‘紫霞’、‘罗兰香’3个品种分别设置8种授粉组合,统计了不同授粉组合的结实情况和单果种子数量,并对‘红星’品种部分授粉组合的花粉萌发与花粉管伸长过程进行荧光显微观察。结果显示:(1)3个品种的结实率和单果种子数量均表现为异型植株授粉>长花柱同型异株授粉、长花柱自交>短花柱同型异株授粉、短花柱自交,不同授粉组合间单果种子数量差异极显著,异型植株授粉类型结实率均达到100%,单果种子数量为44～181粒,显著高于自交组合和同型异株杂交组合;以异型致死花粉作为蒙导对短花柱同型异株授粉组合的结实有一定促进作用,但对长花柱同型异株授粉组合的结实没有一致的促进作用;3个品种中‘红星’的结实率和单果种子数量最高。(2)荧光显微观察表明,异型授粉组合花粉在柱头上大量萌发并在花柱中伸长,授粉144h后花粉管开始进入子房;同型授粉组合授粉12h后花粉开始萌发,但直到授粉后144h花粉管还没有进入花柱;自交授粉组合授粉后144h仍无花粉萌发。实验结果说明,小报春存在明显的自交不亲和性,且短花柱类型的自交不亲和性比长花柱类型强。

安徽特有植物安徽羽叶报春的繁殖生物学研究

本文分别从物候、繁育结构和传粉等方面研究了国家三级保护植物、安徽特有种——安徽羽叶报春(Primula merrilliana)的繁殖生物学特征。研究结果表明:(1)安徽羽叶报春是典型的形态和功能意义上的花柱二型的二年生植物,其始苗期为9月,一直持续到第二年6月底或7月初死亡,各居群长柱花植株比短柱花植株开花略早3-5d;(2)安徽羽叶报春的散孔型花粉显示其在报春花属中有重要的系统意义和进化意义。同时,短柱花花粉量比长柱花少,但其花粉直径是后者的1.78倍左右;(3)长花柱的雌蕊长度是短花柱的1.64倍,而且其柱头上的乳头状突起比短花柱上的长而稀;(4)3个研究居群的P/O比都不相同,我们发现花粉量比胚珠数量有更大的变异,这可能与生境有关;(5)安徽羽叶报春为异花授粉植物,蓟马属(Thrips)昆虫为其重要的传粉者,其同型花授粉可育性远比异型花授粉的高;(6)其长、短柱型种子没有明显的形态差异,多属不等边七面体,少为其他多面体。据研究,在小居群中两种花柱类型植株的比例失衡,生境的破坏和伴生种的消失可能是导致安徽羽叶报春濒危的重要原因。

胭脂花野生居群花粉形态多样性研究

胭脂花是分布于中国北部的报春花科报春花属花柱二型植物,为了阐明胭脂花花粉形态的多样性,对胭脂花分布范围内的7个野生居群的花粉形态进行了测定。结果表明,胭脂花花粉属N3P4C5型,极面观多为三角形,具三孔沟,少数为四边形,具4孔沟;短花柱植株的花粉粒较大（16.53×17.58μm）,花粉粒外壁粗糙,表面纹饰多,网眼大;长花柱植株的花粉粒较小（12.95×13.72μm）,花粉粒外壁较光滑,表面纹饰少,网眼小。不同居群间花粉粒在大小、网眼直径、外壁纹饰等方面存在显著差异,花粉形态变异系数在4.88%~35.48%之间;短花柱类型各居群的平均变异系数为16.18%,居群间差异较大,其中庞泉沟居群变异系数最大（24.05%）,海坨山居群最小（10.13%）;长花柱类型各居群的平均变异系数为14.89%,庞泉沟居群的变异系数最大（19.75%）,五台山与海坨山居群最小（12.50%）,长花柱类型的花粉性状比短花柱植株更为稳定。UPGMA聚类分析发现,7个居群聚为两大类,除庞泉沟居群外,其他居群聚为一组,地理距离相近的居群一般聚在一起。研究结果为胭脂花种质资源遗传多样性及育种研究提供了依据。

虫媒传粉植物荞麦的生物学特性与研究进展

荞麦是禾本科之外的谷物类作物,具有较高的营养和药用价值。栽培荞麦有甜荞(Fagopyrum esculentum)和苦荞(F.tartaricum),这两种一年生草本分别为自交不亲和的二型花柱、自交亲和的同型花柱植物;前者结实依赖昆虫传粉。根据国内外调查研究,前人对蓼科荞麦属(Fagopyrum)记录了30个物种名,已有形态学和遗传多样性的调查表明该属的物种多样性中心位于我国西南地区,特别是长江上游的三江并流区域;甜荞和苦荞的起源地和祖先物种也认为在该区域。本文在论述前人研究的基础上,指出对荞麦属的分类修订、野生种质资源的分布、种间关系的调查、优良品种的选育亟待研究。孢粉学和考古学的证据显示在我国长江流域,人们在4,500年前就开始种植荞麦。荞麦可能曾经是山区人民的主粮,为孕育长江流域文明提供了食物资源。加强对荞麦基础生物学特性的研究,运用现代基因组学的方法有望澄清栽培荞麦的起源并探究产量不高的原因,挖掘和利用其经济和药用价值的性状,为荞麦成为一类优良的粮食作物提供参考依据。