外来物种白灰毛豆(Tephrosiacandida)繁殖生物学研究

赵怀宝,张 燕,袁文豪,甘 丽

(琼州学院 a.热带生态环境保护学院;b.热带生物与农学院 海南 三亚572022)



外来物种白灰毛豆(Tephrosiacandida)繁殖生物学研究

赵怀宝a,张 燕b,袁文豪b,甘 丽a

(琼州学院 a.热带生态环境保护学院;b.热带生物与农学院 海南 三亚572022)

外来物种入侵已成为全球关注的生态问题.作为一类外来物种,白灰毛豆在我省公路边坡植被恢复中有一定的应用,其种群也呈现出快速蔓延的趋势.繁殖生物学特性是外来入侵植物的重要特征之一.本文对白灰毛豆花期及传粉媒介、花部结构及花粉生活力、传粉方式与结实特征以及种子萌发特征进行研究.结果表明：(1)单花花期为1至3天,花序花期为25天左右,常年开花,但是主要集中在9月底至来年1月中旬,访花昆虫主要有蚂蚁和蚜虫.(2)白灰毛豆翼瓣的平均宽度为2.8cm,平均长度为3cm,龙骨瓣的平均宽度为1.3cm,平均长度为2.8cm.柱头的平均长度为3.1cm,雄蕊的平均长度为2.8cm.雌雄蕊高度差为3cm,花丝数量为10个.花序平均长度为9.65cm.蜜露的含糖量为32.7%.花粉生活力常温下为2天.(3)白灰毛豆自花授粉和异花授粉并存,单花结果率为60%,千粒重21.5g,单株种子数量平均达到756粒.(4)其种子在5℃、15℃、20℃、25℃、30℃下萌发率分别达到10%,35%,45%,25%,20%.20℃萌发率最高,随着温度升高萌发率有所下降,30℃仅为20%,高温抑制其萌发.

外来物种；白灰毛豆；繁殖生物学

0前言

白灰毛豆 (Tephrosiacandida)为豆科蝶形花亚科灰叶属多年生灌木,原产印度东部和马来半岛,我国福建、广东、广西、云南有引种,并逸生于草地旷野和山坡[1],是一种外来物种.根据IUCN的定义,外来物种在自然和半自然的生态系统和生境中建立的种群改变和危害本地生物多样性时,就成为一个外来入侵物种,其造成的危害就是外来生物入侵.外来物种入侵后,严重地威胁当地自然资源、生物多样性、生态环境[2].

目前,关于白灰毛豆的研究还较少,仅有的一些是关于同属的非洲灰毛豆,较多地集中在果实提取物的农药利用方面和间作利用方面[3-4],近期报道了其在植被恢复中的应用[5].我们一年来的植被调查发现,白灰毛豆在三亚绕城高速公路边坡等地有大量种群分布,并呈现出快速蔓延的趋势.经初步研究,白灰毛豆生长季常年有花和种子产生,大植株周围自播出苗数量很大,传播扩散速度很快,群落物种多样性变化很大.由此,我们产生疑问,白灰毛豆会不会成为一个潜在的生态入侵物种？这方面的研究也尚未见报道.

影响入侵成功的一个最重要因素是外来物种的繁殖,与繁殖有关的特征直接影响到外来物种归化和入侵的成功[6].可以说,入侵植物的繁殖能力与入侵能力呈正相关.了解或判断某种植物是否具有入侵性,对其繁殖生物学进行深人细致的研究是非常必要的[7].通过白灰毛豆繁殖生物学研究,可以初步确定其繁殖特征是否有利于入侵,从而为外来植物的入侵风险评估提供理论依据.

1材料与方法

1.1试验地及材料

试验样地位于海南东线高速荔枝沟立交公路边坡,北纬18°18′56″,东经109°31′46″.材料为自然生长的白灰毛豆种群.

1.2实验方法

1.2.1花部结构及花粉活力比较

(1)花部结构特征观察:摘取30朵单花,用直尺测定花瓣的长、宽、雌雄蕊长度,统计花丝的数量.同时选取30朵花序,测定花序长度.

(2)花粉活力的测定:分别采用TTC染色和碘-碘化钾染色两种方法[8-9],每隔两天测定低温4℃保存的花粉与常温下保存的花粉活力,确定花粉活力持续的时间.

1.2.2花期及花粉传播的诱因与媒介

(1)花期记录:随机选取10株,在每株植物上随机选择三个不同的花序,挂牌标记.每花序选择即将绽放的花蕾,记录开花日期和柱头萎蔫日期,持续时间即为单花花期.花序第一朵花开放至最后一朵花凋谢所持续的时间即为花序花期.

(2)蜜露测定:随机选取15株,再随机摘取50朵单花,用镊子拨开子房,用0.5mm的注射器吸取基部的蜜露,约连续抽取10-15朵花,用阿贝折射仪测量其中的总糖含量,重复5次.每隔3天测定一次[10].

(3)访花昆虫调查:随机选取10株,在每株上随机选取一个花序,每天天不间断观察访花昆虫种类和数量,持续三天[11].

1.2.3传粉方式及结实特征

(1)结实特征测定:单株平均结果量的统计:随机选取15株,统计每株花序数.再每株选3个花序,统计每花序单花数量.待成熟时,调查结实率.收获时,统计全部3个花序每荚果平均种子数量和千粒重.

(2)传粉方式探究:采用去雄、套袋等方法,通过处理后的单花结实率来确定其传粉方式.具体处理见下表:

表1 去雄、套袋4种处理

处理完后,每隔2-3天观察,约两周后拆开纸袋,观察是否有绿色长形的荚果,如有就定为结实,计算各处理的单花结实率.

1.2.4种子萌发试验

采用纸皿法.每皿放入挑选后成熟饱满的白灰毛豆种子20粒,均匀放入经过灭菌处理,底部铺有2层滤纸的培养皿中,放入光照培养箱进行发芽试验,每处理重复3次.共设5℃、15℃、20℃、25℃、30℃共5个梯度,每2天添加约3mL蒸馏水,相对湿度80%,光照时间10 h·d-1.隔天统计发芽的种子数,持续进行4天到无种子萌发为止,计算发芽率.

1.2.4数据处理

利用Excel对数据进行统计分析,各指标均利用算术平均值计算.

2 结果及分析

2.1花部结构及花粉生活力比较

白灰毛豆的花为白色,花瓣分为翼瓣和龙骨瓣,花丝呈现弯钩装并且包裹着柱头.白灰毛豆翼瓣的平均宽度为2.8cm,平均长度为3cm,龙骨瓣的平均宽度为1.3cm,平均长度为2.8cm.柱头的平均长度为3.1cm,雄蕊的平均长度为2.8cm.雌雄蕊高度差为3cm,花丝数量为10个.花序平均长度为9.65cm.

如图1所示,花粉的TTC染色结果表明,在常温下保存的花粉生活力持续时间为2天,第1天染色率达到100%,第3天下降为0,而4℃下保存的花粉生活力随着时间的推移逐渐在下降,但第7天才降为0.

图1 TTC染色法测定花粉活力随时间变化

如图2所示,采用碘-碘化钾染色测定常温下保存的花粉生活力持续时间也为两天,第一天染色率达到100%,第三天下降为0,而在4℃下保存的花粉生活力在第13天才降为0.这也说明,不同的花粉活力测定方法的结果有一定的差异性.

图2 碘-碘化钾染色法测定花粉活力随时间变化

2.2花期及花粉传播的诱因与媒介

白灰毛豆单花花期为1至3天,平均为2天.花序花期为18至32天左右,平均为25天.通过2013年整年的观察,发现该植物全年都可开花,但是整个种群的花期集中在当年9月末至来年1月中旬左右,持续大约3个半月.

蜜露总糖含量平均值为32.7%.主要的访花昆虫早期为蚂蚁,单花上4-9只,以中午12:00-1:00最多,后期有大量的蚜虫聚集在花朵上.

2.3传粉方式与结实特征

如表2所示,自然状况下,未做任何处理(D处理)的花朵结果率达到60%,C处理证实其具有自花授粉结实能力,结果率达到16.7%,去雄处理(B处理)结实率仅为46.7%,某种程度上说明去雄对结实率有影响.A处理结实率为0,说明其无闭花受精现象.

表3.4 不同处理后的结实率

单株白灰毛豆花序数在35个左右,每花序平均具单花6枚.单花自然结实率为60%,每荚果平均种子数量为6粒,千粒重为21.6克,单株种子数量平均达到756粒.

2.4种子萌发特征

不同温度处理种子萌发曲线见下图3,5℃、15℃、20℃、25℃、30℃下萌发率分别达到10%,35%,45%,25%,20%.白灰毛豆种子在20℃萌发率最高,随着温度升高萌发率有所下降,30℃仅为20%,高温抑制其萌发.

图3 不同温度条件下白灰毛豆种子的萌发曲线

3 结论与讨论

植物的开花和结实特征是植物适应环境和长期进化的结果[12-13].白灰毛豆花粉活力自然状态下持续约两天,这就要求快速完成授粉受精才能繁殖成功.单株花序达35个,每花序有单花6枚.虽然单花花期只有2天,但花序花期为25天左右,且常年开花.这从某种程度反映其具有适应波动环境的能力,较长的花序花期又增加了后代繁衍成功的机率.花期主要集中在9月底至次年1月中旬,这又极好地契合了海南的雨热条件,保证开花结实期的温度、水分,在保证后代繁衍成功的同时又提高了质量.

白灰毛豆花蜜总糖含量达32.7%,远高于芒果花蜜(16-18%)、油菜花花蜜(28%).访花昆虫主要有蚂蚁和蚜虫,对授粉受精也是有益的[14].同时,还可能成为一种蜜源植物.去雄套袋试验表明,白灰毛豆以异花授粉方式为主,兼有自花授粉结实的特性,但不存在闭花受精现象.自花授粉可以使其在新的环境中大量的繁殖,降低环境对其的干扰,有利于抵御逆境,而异花授粉使得植物积累更多适于生存环境的基因,因此更加适应周边的生长环境[15].两种授粉方式的并存有利于其繁殖,并适应新的环境.单花自然结实率为60%,荚果平均种子数量达6粒,说明其繁殖能力很强.

种子的萌发试验表明,其最适宜的萌发温度为20℃,和一般植物相比,适宜萌发温度较低；30℃时,萌发率仅为20%,说明高温抑制其萌发；在5℃时即可萌发表明,在早春温度回升的过程中,它能够部分萌发,这就意味着其可以极早地迅速占据空间,占据更有利的生态位,进行生长、发育和繁殖,这在某种程度上和一枝黄花等入侵植物是相似的[16-17].综合其上述特征,白灰毛豆花期长,授粉受精快,结实率高,在较低温度下即可萌发,其可能成为一个入侵物种,且其化感作用和生态适应性等相关研究仍在进行中.

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Reproductive Biology ofTephrosiacandida

ZHAO Huai-baoa, ZHANG Yanb,YUAN Wen-haob,GAN Lia

(a.Tropical Ecological Environment Protection College, b.School of Tropical Creatures and Agronomy, Qiongzhou University, Sanya Hainan, 572022, China)

Ecological invasion is becoming increasingly severe in China.Tephrosiacandidathriving on expressway slope is one of the alien species. The reproductive biology-the basis of judgment to determine whether a plant is an invasive plant-is one of the important characteristics of invasive plants. The current research on the four aspects-incentives and media lime of pollen of flowering, floral structure and pollen viability, reproduction, and seed characteristics-shows the results as follows:(1)The florescence of the single flower is 1-3 days, inflorescence is about 25 days, flowering all the year around. The period of main focus extends from the end of this September to the mid-January of the next year. The sugar of honeydew is 32.7%, and ants and aphids is the two kinds of main pollinators.(2)Pollen viability is 2 days. The width of petal is 2.8cm, and the length 3cm, the width of keel 1.3cm, the average length 2.8cm， the length of stigmas 3.1cm, and the length of stamen 2.8cm. The altitude difference between pistil and stamen is 3cm. The filaments are 10cm long. The length of inflorescence is 9.65cm.(3)The pollination is self-pollination and cross-pollination, the percentage of the result is 60%, grain weight is 21.5g, the number of seeds per plant is 756.(4)The germination rate of seeds at 5℃, 15℃, 20℃, 25℃, 30℃ is 10%, 35%, 45%, 25%, 20% respectively. The germination rate is the highest at 20℃. The germination rate decreases as the temperature increases, only 20% at 30℃-high-temperature suppresses the germination.

alien plants;Tephrosiacandida; reproductive biology

2015-09-07

琼州学院学科带头人和博士启动基金资助项目(QYXB201204);三亚市院地合作项目 (2013YD38)；地方高校省级大学生创新创业训练计划项目(20130125);琼州学院开放实验项目(2014QYKY059)

赵怀宝(1969—),男,河南永城人,热带生态环境保护学院,副教授,博士,研究方向为生态学及园林.

Q948.118

A

1008-6722(2015) 05-0081-05

10.13307/j.issn.1008-6722．2015．05．18