浙江扇脉杓兰野生居群的表型性状变异及其与地理-土壤养分因子的相关性

为揭示扇脉杓兰(Cypripedium japonicum Thunb.)表型性状的变异规律,以浙江临安6个野生居群(老殿、宝剑石、红蛇洞、清凉峰、大明山和里横塘)为研究对象,分析了叶片、萼片、子房及唇瓣等18个表型性状的变异幅度,并讨论了表型性状变异与地理-土壤养分因子间的相关性以及居群间和居群内的表型多样性。结果显示:6个居群18个表型性状(地径、下叶长、下叶宽、下叶长/宽比、上叶长、上叶宽、上叶长/宽比、中萼片长、中萼片宽、苞片长、苞片宽、子房长、花梗直径、花梗长、唇瓣长、唇瓣宽、植株展度和株高)测量值的F值为1.240～18.666,除花梗直径和株高外,其他16个性状均有极显著差异。各性状的变异系数为5.937%～26.349%,其中,唇瓣长的平均变异系数最小(6.119%)、苞片宽的平均变异系数最大(24.124%);居群间各性状的变异系数为8.139%～13.663%,平均变异系数为11.143%,其中,里横塘居群的平均变异系数最大、宝剑石居群的最小。各性状的多样性指数平均为1.977,其中地径的多样性指数最大(2.045)、苞片宽的最小(1.663)。通过UPGMA聚类分析,可将6个居群划分为3组:清凉峰、大明山、老殿和宝剑石居群为1组;红蛇洞和里横塘居群分别各自成组,其中清凉峰和大明山居群的遗传距离最近。各表型性状间存在显著或极显著的相关关系;但仅地径与速效钾含量显著正相关(r=0.854),子房长、唇瓣长和宽与土壤全磷含量显著正相关(r值分别为0.916、0.854和0.914),植株展度与土壤pH显著正相关(r=0.810),其余性状与地理因子(包括经度、纬度和海拔)及土壤养分因子均无显著相关性。研究结果表明:扇脉杓兰野生居群表型性状存在丰富的变异和多样性,且与生境土壤中速效钾及全磷含量及土壤pH有关。

扇脉杓兰果实生长动态及胚胎发育过程观察

对授粉后不同发育阶段扇脉杓兰(Cypripedium japonicum Thunb.)果实的生长动态进行了观察和分析,并分别采用TTC法和常规石蜡切片法研究了种子生活力及其胚胎发育过程。观察结果显示:扇脉杓兰果实形态成熟时间约为110 d,其中,授粉后0～20 d为第1次迅速生长期,授粉后20～30 d为第1次缓慢生长期,授粉后30～50 d为第2次迅速生长期,授粉后50～110 d为第2次缓慢生长期;果实纵径和横径的生长动态变化过程相似,但横径的生长动态曲线较纵径平缓,形态成熟时果实的纵径和横径分别为48.87和13.59 mm。成熟种子由内外2层种皮和球形胚构成,不具胚乳,内外种皮间具空气腔;败育种子只具有内种皮和外种皮而无种胚。胚胎发育类型为石竹型,种胚自受精形成合子到发育为成熟球形胚约需95 d。种胚发育时合子第1次不均衡横裂形成基细胞和顶细胞;基细胞发育为胚柄细胞,胚柄细胞高度液泡化,在胚胎发育的过程中不进行分裂并逐渐退化消失;顶细胞不参与胚柄形成,并且经过有丝分裂最终形成球形胚;内珠被在种子成熟时发育成为1层致密的紧贴胚体的内种皮。种胚纵径和横径的生长动态变化相似,成熟球形胚的纵径和横径分别为208.71和106.19μm。扇脉杓兰种子生活力较高,有生活力的种子占56%。根据研究结果推测:自然状态下扇脉杓兰种子萌发率较低,可能与致密的种皮、种子中较小的胚体以及无胚乳导致的营养成分不足有关。

珍稀植物扇脉杓兰营养器官的解剖学研究

采用石蜡切片技术对扇脉杓兰营养器官的解剖结构进行了研究。结果表明:根状茎的薄壁细胞中含丰富的淀粉粒,维管柱中分布着排列紧凑的周木维管束;根的皮层发达,有的皮层细胞中存在真菌菌丝团,木质部与韧皮部呈辐射状相间排列,根和根状茎的内皮层细胞都形成马蹄形加厚结构。茎的表面分布气孔,皮层面积较小,皮层内部的基本组织发达,外韧维管束散生分布其中,茎和叶上都附有非腺性毛;叶为等面叶,叶肉细胞排列疏松,气孔主要分布于远轴面,略外凸,保卫细胞中含有叶绿体,叶缘处的叶肉组织中含有气腔结构。扇脉杓兰营养器官的这些特征与其荫蔽湿润的生境是相适应的。

扇脉杓兰花粉超微结构及花粉管生长的观察

为明确扇脉杓兰花粉形态结构及雄性生殖特性,利用扫描电镜、透射电镜和荧光显微镜对花粉形态和超微结构及花粉管生长过程进行观察。结果表明:(1)扇脉杓兰单粒花粉长球形,表面光滑无特征纹饰,有少量胶黏物质,一些表面有2个或以上的深凹陷,凹陷内有球形突起的内容物。(2)花粉壁分为由棒状的基柱小单元组成的外壁和纤维素果胶组成的内壁,有覆盖层;生殖细胞近圆形,细胞核大而致密;营养细胞多弧形,核质分散;花粉粒细胞质含有大量的线粒体、质体和小泡等细胞器,淀粉、蛋白质和多糖含量丰富。(3)花粉管萌发后沿子房壁方向伸长,授粉20d花粉管伸长生长并不明显,授粉30d伸长的花粉管中出现大量胼胝质塞,并且伸长方向转为胚珠中间,花粉管逐渐接近胚珠,在授粉后50d基本完成受精作用。研究认为,扇脉杓兰花粉发育正常,不阻碍有性生殖过程。

贵州野生扇脉杓兰居群的物种多样性

为了解贵州野生扇脉杓兰原生境植被物种的数量和种类,为其群落的动态监测、保护野生扇脉杓兰的遗传资源提供参考,运用线路调查和样地调查相结合的方法,对贵州省道真县大沙河省级自然保护区的野生扇脉杓兰植物资源以及境内伴生物种进行了多样性调查。结果表明:大沙河省级自然保护区扇脉杓兰原生境有植物89种、分属59科。按乔木层、灌木层和草本层进行分类,乔木有13种,分属10科;灌木层有57种,分属32科;草本层有19种,分属17科。扇脉杓兰原生境的物种数总体表现为草本层极少、乔木层较少、灌木层为主的特征,其中灌木层又以忍冬科植物为主,蔷薇科植物其次。