海桐花部特征與繁育系統(tǒng)研究

謝小敏 俞聿威 夏春英

摘要 ? ?通過定點觀測海桐的開花物候和花部形態(tài)特征，運用花粉-胚珠比、雜交指數(shù)、花粉活力與柱頭可授性、人工授粉等方法對海桐的繁育系統(tǒng)進行研究。結(jié)果表明，海桐一般在3—4月開花，群體花期22 d，單花花期2～3 d，雌雄蕊同熟。依其花器官的形態(tài)不同，可分為雄蕊正常和雄蕊退化株海桐，其中雄蕊退化株海桐花藥低于柱頭，正常株海桐花藥高于柱頭?；ㄩ_放第1天花粉活力最高（79.94%）、柱頭可授性最強?；ǚ叟咧楸龋≒/O）為3 209.59，雜交指數(shù)（OCI）為4，自然授粉海桐結(jié)果率為11.38%（n=123），人工異株異花授粉結(jié)果率為38.00%（n=50），其他處理結(jié)果率為0（n=30），綜合以上結(jié)果可判斷，海桐的繁育系統(tǒng)為自交不親和的異交繁殖類型，不存在自動自花授粉和無融合生殖。

關(guān)鍵詞 ? ?海桐;繁育系統(tǒng);花粉活力;柱頭可授性

中圖分類號 ? ?S793 ? ? ? ?文獻標識碼 ? ?A

文章編號 ? 1007-5739（2020）04-0119-03 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 開放科學（資源服務）標識碼（OSID）

Abstract ? ?By observing the morphological characteristics of flowering phenology and flower organs of Pittosporum tobira，the pollen-ovule ratio，hybridization index，pollen vigor and stigma receptivity and artificial pollination were used to study the breeding system of P. tobira.The results showed that P. tobira usually flowered from March to April，the flowering period of the population were 22 days，and the flowering period of the single flower were 2-3 days.The pistils and stamens of P. tobira flowers were mature at the same time.According to the different forms of flower organs，it could be divided into plants with stamen-normal or stamen-degenerated.The anthers of stamens-degenerated plants was lower than stigma，and the other was higher than stigma.At the first day of flower opening，the pollen was the most energetic（79.94%） and stigma receptivity was the most active.The pollen ovule ratio（P/O）was 3 209.59，the hybridization index（OCI）was 4，the natural pollination rate of P. tobira was 11.38%（n=123）and the rate of cross-pollination of human heterologous plants was 38.00%（n=50），the seedsetting rate of other processing was 0（n=30）.Based on the above results，it can be judged that the breed-ing system of P. tobira was a type of outcrossing that was self-incompatible and cannot be apomictic.

Key words ? ?Pittosporum tobira;breeding system;pollen viability;stigma receptivity

植物繁育系統(tǒng)指包含花器官總體特征、花藥與柱頭壽命、開花形態(tài)、自交親和與否以及交配系統(tǒng)在內(nèi)，能夠直接影響到植物后代遺傳組成的所有有性特征，是繁育生物學和生物多樣性保護管理的重要組成部分，其核心是植物交配系統(tǒng)[1-2]。通過了解植物的繁育系統(tǒng)，可以推測群體遺傳結(jié)構(gòu)，認識植物生活史，這對植物遺傳多樣性保護策略的制定具有重要意義[3]。同時，了解植物的繁育系統(tǒng)也是對其進一步有效利用或研究所必需的背景知識。

海桐（Pittosporum tobira）為海桐花科（Pittosporaceae）海桐花屬常綠灌木或小喬木[4]。海桐的枝、葉、果實和種子等均具有藥用價值，果殼和種子可開發(fā)保健型食用油[5]。此外，還可利用海桐制成安全、高效、天然的殺蟲劑。同時，海桐抗逆性強，耐修剪，花香馥郁，對Pb、Cr等重金屬有較強的吸收富集能力，且不受白蟻危害，抗火性強，是優(yōu)良的園林生態(tài)植物[6-8]。本文通過對海桐花部特征和繁育系統(tǒng)的研究，掌握海桐的開花物候、花部器官的形態(tài)特征以及生物學特性，進而對海桐的繁育系統(tǒng)進行判斷，以期對海桐多樣性保護和良種繁育等提供有價值的參考。

1 ? ? 材料與方法

1.1 ? ?研究地概況

本試驗于2018年、2019年進行，以位于福州市于山風景區(qū)開花期的海桐為研究材料。試驗地海拔約30 m，地處東經(jīng)119°28′，北緯26°08′，屬于亞熱帶季風氣候。夏季炎熱濕潤，常有臺風，冬季較溫暖，很少出現(xiàn)寒冷的極端天氣。四季常青，少有降雪，無霜期較長，可達326 d。有較為充足的光照和充沛的降水量;每年1—2月最冷，平均氣溫6～12 ℃，7—8月最熱，平均氣溫33～37 ℃。

1.2 ? ?研究方法

1.2.1 ? ?開花物候。按照Dafni等[9]的方法，在2018年對福州市于山風景區(qū)的海桐進行觀測記錄群體花期、開花進程和單花花期。群體花期以有花開放開始記錄日期，至群體中開花量≤10%，其余已凋謝時為止;單花花期以單花花瓣展開至花色由白轉(zhuǎn)黃時為止。其中，開花進程分為5個過程，即始花期，開始開花;開花初期，開花量≤25%，其余未開放;開花中期，開花量≥50%，其余未開放;開花盛期，開花量≤25%，其余已凋謝;開花末期：開花量≤10%，其余已凋謝[10]。

1.2.2 ? ?花部結(jié)構(gòu)。隨機選擇正常株和雄蕊退化株處于盛花期的各30朵海桐花，置于體視顯微鏡下觀察記錄海桐花的各個花部器官。使用游標卡尺測量花冠、花冠筒、花萼片、花瓣以及雌蕊、雄蕊等各部分花器官的直徑或長度。記錄下30朵海桐花部器官的數(shù)據(jù)后得出平均值與標準差，用于衡量海桐雜交指數(shù)。

1.2.3 ? ?花粉活力與柱頭可授性。①花粉活力測定。海桐花粉活力測定采用TTC法，選擇花蕾期（即將開放前，花瓣為白色）、開花第1天、開花第2天和開花第3天共4個階段測定花粉活力。測定時，將未開放的花枝整枝摘下，置于自來水中水培，每天換水1次;每個時期于9：00—11：00隨機選取5朵花，取花粉放置在玻片上，加0.5% TTC制成玻片，TTC溶液要求能夠完全淹沒花粉，然后將制好的玻片置于培養(yǎng)皿，并放入35 ℃恒溫箱中，在黑暗條件下培養(yǎng)2 h，然后在光學顯微鏡下觀察記錄被染紅的花粉比例，每個玻片記錄6個視野，以平均值作為花粉活力。②柱頭可授性測定。海桐柱頭的可授性通過聯(lián)苯胺-過氧化氫法（1%聯(lián)苯胺∶3%過氧化氫∶水=4∶11∶22，體積比）來測定。測定時期選擇同花粉活力測定。取以上各個時期海桐花的柱頭，置于光學顯微鏡下，將柱頭淹沒在聯(lián)苯胺-過氧化氫溶液中，如果柱頭周圍出現(xiàn)大量氣泡，則表明海桐柱頭具有可授性，反之無可授性;同時根據(jù)氣泡的多少來衡量海桐花柱頭可授性的強弱。

1.2.4 ? ?繁育系統(tǒng)。

（1）花粉/胚珠比。從種群中隨機選取10個即將開放的健康花蕾，每個花蕾有5枚花藥，取其中1枚花藥的全部花粉粒，置于離心管中，加900 μL蒸餾水充分振蕩使花粉分散均勻，取15 μL溶液，在4倍鏡下統(tǒng)計全部花粉量，重復3次，然后計算平均花粉數(shù)。平均單花花粉數(shù)計算公式如下：

隨機選取10個健康的花蕾，取子房置于顯微鏡下，用解剖刀切開心皮，記錄總胚珠數(shù)，并計算平均單花胚珠數(shù)。按照 Cruden[11]的標準，植物繁育系統(tǒng)類型分為5種，即閉花受精、專性自交、兼性自交、兼性異交和專性異交。據(jù)此，以單花花粉數(shù)和胚珠數(shù)均值計算海桐花的花粉/胚珠比（P/O值），依據(jù)P/O值，評判海桐花的繁育系統(tǒng)類型。計算公式如下：

P/O值=平均單花花粉數(shù)/平均單花胚珠數(shù)

（2）雜交指數(shù)測定。海桐花雜交指數(shù)（OCI）的評判參考Dafni[9]的標準。隨機選擇30朵海桐花，一是測量花朵直徑，以<1 mm、1～2 mm、2～6 mm、>6 mm為標準分別記為0、1、2、3;二是觀察海桐花花藥和柱頭高度，高度一致記為0，否則記為1;三是記錄雄蕊和雌蕊成熟順序，雄蕊先熟記為1，否則記為0。雜交指數(shù)即為前3個指標總和，當其值為0、1、2時，則繁育系統(tǒng)分別評判為閉花受精、專性自交和兼性自交;當其值為3時，判斷為自交親和，有時需要傳粉者;其值為4及以上時，則為部分自交親和，異交需要傳粉者。

（3）人工授粉試驗。選擇仍處于花蕾期并即將開放的花朵，對海桐花進行不同授粉處理，即自然授粉（對照）：只需掛好標簽，不做其他處理;自動自花授粉：花前套袋，其他同自然授粉;人工授粉分為自花和異株異花2種，均做去雄套袋處理，并進行相應的人工授粉;無融合生殖做去雄套袋處理，其他同自然授粉。2周后統(tǒng)計不同處理的結(jié)果率。

結(jié)果率=結(jié)果數(shù)/處理單花數(shù)

采用Excel和SPSS軟件對數(shù)據(jù)進行整理和分析。

2 ? ?結(jié)果與分析

2.1 ? ?開花物候

通過試驗地觀察，海桐于3月中旬開始開花，至4月中旬結(jié)束，群體花期約1個月。單花花期為（2.5±0.5）d，其形態(tài)過程如圖1所示。

2.2 ? ?花部結(jié)構(gòu)

海桐傘形花序或傘房狀傘形花序頂生或近頂生，花氣芳香濃郁，花蕾前期為淺綠色，即將開放前已逐漸轉(zhuǎn)為白色，在盛開后又逐漸變?yōu)辄S色至最終枯萎?；ò昙盎ㄋ幘鶠?5枚，離生;花梗長1～2 cm;萼片披針形，長4～5 mm;雄蕊2 型，花絲白色，正常雄蕊花藥長圓形，黃色，退化雄蕊花藥萎縮，棕褐色;子房卵形，側(cè)膜胎座3個，胚珠15～22粒不等，2列著生于胎座中段;柱頭成熟時會分泌黏液。海桐花梗、花萼片及子房壁均覆絨毛。對海桐的花部器官數(shù)據(jù)進行方差分析可知，海桐正常株和雄蕊退化株的花冠直徑、花萼長和雄蕊長差異極顯著（P<0.01），其余參數(shù)間差異不顯著（P>0.05）（表1）。

2.3 ? ?花粉活力與柱頭可授性

海桐在花蕾期花藥就已經(jīng)開裂，花蕾期花粉活力可達47.66%，但柱頭可授性較低;花朵完全展開時，花粉活力最高，達到79.94%，柱頭可授性也最強。隨著花朵開放時間的延長，花粉活力也逐漸下降，開花第2天花粉活力為53.88%，至第3天時花粉活力下降至30.33%，柱頭可授性也隨之逐漸減弱（表2）。但在自然環(huán)境中，海桐花開花第1天花粉極易被昆蟲帶走，花朵會加速枯敗，柱頭接受花粉后也會加速花瓣和柱頭的枯萎。

2.4 ? ?繁育系統(tǒng)

2.4.1 ? ?花粉胚珠比。海桐正常株單花花粉數(shù)均值為46 860.00±7 409.21，正常株和雄蕊退化株單花胚珠數(shù)均值分別為14.6±1.91和22.8.0±0.87，由此得出正常株的花粉胚珠比（P/O值）為3 209.59>2 588.00，依據(jù)Cruden[11]的標準，海桐的繁育系統(tǒng)為專性異交。

2.4.2 ? ?雜交指數(shù)。海桐花冠直徑大小為9～12 mm。>6 mm，記為3;雌雄蕊同熟，記為0;柱頭與花藥位置不在同一高度（正常株花藥高于柱頭，雄蕊退化株花藥低于柱頭），記為1。由此得出OCI=4，按照Dafni的標準，可判斷海桐繁育系統(tǒng)的類型為部分自交親和，異交需要傳粉者[8]。

2.4.3 ? ?人工授粉。由表3可知，在人工授粉試驗中，海桐開花前套袋且不進行授粉處理和人工自花授粉處理的結(jié)果率均為0（n=30），表明海桐無自動自花授粉現(xiàn)象;對海桐進行去雄套袋處理，結(jié)果率為0（n=30），表明海桐不存在無融合生殖現(xiàn)象;海桐人工異株異花授粉的成功率較高，結(jié)果率為38.00%（n=50）;自然條件下，不進行任何處理，海桐也能授粉成功，但結(jié)果率較低，為11.38%（n=123）?？梢姡Ｍ┑姆庇到y(tǒng)為自交不親和，是需要昆蟲傳粉的異交繁殖類型，且不存在自動自花授粉和無融合生殖。

3 ? ?結(jié)論與討論

海桐于3月中下旬開始開花，群體花期約1個月;單花花期為（2.5±0.5）d，開放時間較短，且易受環(huán)境（溫度、降雨等）影響?；ǔ蹰_放時花粉活力最高，為79.94%，同期柱頭可授性也最強;當昆蟲帶走花粉后，其雄蕊和花瓣相比花粉未被帶走的花更容易枯萎，同時引起花粉活力和柱頭可授性的大幅度變化，故人工授粉應選擇當天開放的花朵。此外，花粉活力測定有多種方法，不同方法對測定結(jié)果有一定影響[12]，可結(jié)合花粉離體萌發(fā)或MTT染色法等綜合判斷以得出更準確的結(jié)果。

花作為被子植物的繁殖器官，在植物生命史中具有重要地位[13]。植物在長期進化過程中為了滿足繁殖的需求，其花部結(jié)構(gòu)會隨著自然條件的變化或傳粉系統(tǒng)的選擇等而發(fā)生變化[14-15]。海桐花具有雄蕊正常和雄蕊退化2種類型，雄蕊退化株的花冠直徑更大、花萼更長、雄蕊更短，與海桐正常株存在極顯著差異（P<0.01）。2種類型花冠大小和花萼長度的差異可能是植株對環(huán)境局部適應的結(jié)果，這在通泉草屬植物中也有相似現(xiàn)象[16]，但也有研究證明花大小的變異相對于葉片等營養(yǎng)器官的變異性，更易受到傳粉者的影響而非環(huán)境因素影響，且花冠大小與葉數(shù)量和兩性資源配置也有一定關(guān)系[17-18]，故對海桐花2種類型出現(xiàn)花冠大小差異的原因還需進一步研究。退化雄蕊的形成則是植物在長期進化過程中自然選擇的結(jié)果，在結(jié)構(gòu)和功能上均具有多樣性，與傳粉方式和花結(jié)構(gòu)關(guān)系緊密[19-21]。海桐雄蕊退化株的雄蕊極顯著短于正常株雄蕊，花藥敗育，為棕褐色，包圍在子房周圍，推測其具有保護子房免受外來傷害以及避免自交的功能[20]，但海桐花雄蕊退化原因以及是否具有其他功能還需進行深入研究。

在本研究中，根據(jù)海桐的P/O值和OCI值可知，海桐的繁育系統(tǒng)為自交不親和的專性異交類型，與人工授粉試驗結(jié)果一致，且需昆蟲為其傳粉。植物的花部特征在很大程度上影響著繁殖的成功率[22]。海桐花同時大量開放，在頂端形成一片醒目的白色，且花香馥郁，這能增加其對于昆蟲的吸引力[23-24]。海桐花粉具有活力與柱頭具有可授性存在較多重合時間，正常株海桐花藥為亮黃色，同一朵花花藥通常同時散粉，花粉數(shù)量大，這些特征可使海桐獲得更多的繁殖機會[25]。雄蕊退化株海桐則依靠更大的花冠、更白亮的花色等增加對昆蟲的吸引力以獲得外來花粉[26]，且其退化雄蕊低于柱頭，柱頭乳突更大、更明顯，從而有利于柱頭接受更多的花粉以完成授粉受精，增加繁殖機率[27-28]。正常株海桐存在雄蕊高于雌蕊，且開花時花藥微向內(nèi)凹對柱頭形成包圍狀的自交優(yōu)勢，這也可能是形成雄蕊退化株型以避免自交的原因之一，而雌蕊與雄蕊處于隔離位以及自交的不親和，也保證了海桐的異交繁殖[29]。根據(jù)套袋試驗結(jié)果可知，海桐自交不親和，而異交自然結(jié)果率較低（11.38%），人工異株異花授粉結(jié)果率也僅為38.00%，一方面可能是由于試驗地海桐居群較小，同地同期開花植物較少，使得傳粉昆蟲種類和數(shù)量較少，進而影響了傳粉效率和結(jié)果率;另一方面可能是由于單枝花序上花數(shù)量（>10朵）較多影響了海桐的資源配置，進而影響了結(jié)果率[30-31]，具體情況有待進一步研究。

4 ? ?參考文獻

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