白花野牡丹的繁育系统研究

金 红，焦根林，陈 刚

(1.深圳市中国科学院仙湖植物园，广东 深圳 518004； 2.肇庆学院生命科学学院，广东 肇庆 526061)

白花野牡丹的繁育系统研究

金 红1，焦根林1，陈 刚2

(1.深圳市中国科学院仙湖植物园，广东 深圳 518004； 2.肇庆学院生命科学学院，广东 肇庆 526061)

白花野牡丹兼具观赏性和药用价值，极具开发潜力。为更好地保护和利用该物种，对白花野牡丹的开花进程、花部形态特征及访花昆虫进行观察，运用花粉萌发、杂交指数、花粉-胚珠比及人工授粉试验等方法测定其繁育系统。结果显示：白花野牡丹的单花花期约为12 h；白花野牡丹为雌雄异熟，柱头先花药成熟；雄蕊异型，2类雄蕊产生的花粉粒极轴长有差别，萌发率也不同；领木蜂、东亚无垫蜂、蓝彩带蜂、彩带蜂是白花野牡丹的主要传粉者；杂交指数(OCI)为4，花粉-胚珠比(P/O)约为417.6～1035.2；在自然条件下白花野牡丹不能自花授粉，繁殖需要传粉者参与，没有无融合生殖，自交亲和与异交亲和；白花野牡丹的繁育系统为自交亲和的异花授粉植物，需要传粉者。繁育系统为兼性异交。

白花野牡丹；繁育系统；杂交指数

植物繁育系统是植物有性生殖过程中的所有特征和行为体系，通常是指代表所有影响后代遗传组成的有性特征的总和，主要包括花综合特征、花各性器官的寿命、花开放式样、自交亲和程度和交配系统，与传粉者和传粉行为共同构成影响生殖后代遗传组成和适合度的主要因素[1]。研究植物繁殖系统对深入了解植物生殖特性、物种繁衍以及种群动态、植物资源开发与利用具有重要意义。白花野牡丹(MelastomacandidumD.Don formaalbiflorumJ.C.Ou)为野牡丹科(Melastomataceae)野牡丹属(MelastomaL.)常绿灌木，分布于我国南方、台湾及琉球群岛。常见于低海拔山坡松林下或开阔的灌草丛中，数量稀少较少见[2-3]。其味甘、酸、涩、性平，有清热利湿、止血、消肿止痛之效，作为药用植物在台湾宜兰员山有栽培[4]。白花野牡丹花瓣纯白色，全年均可开花结果，观赏价值高，极具园林应用前景[5]。Chou C J等[6]对白花野牡丹的植物化学和药理作用进行了研究。一些学者对与白花野牡丹同属的野牡丹(Melastomamalabathricum)[7-9]、多花野牡丹(Melastomaaffine)[10-12]、地菍(Melastomadodecandrum)[13]、毛菍(Melastomasanguineum)[14]的传粉生物学及繁育系统进行了研究。Gross CL等[15]对多花野牡丹，Fritz Müller[16]、罗中莱等[13]、路国辉等[7]对野牡丹的异型雄蕊的功能分化问题进行了研究。本研究对栽培于深圳仙湖植物园的白花野牡丹的开花进程和花部形态特征进行观察，并用花粉萌发、杂交指数、花粉-胚珠比及人工授粉试验等方法测定其繁育系统。为该种植物的物种保护、繁殖及可持续利用提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验材料为深圳市中科院仙湖植物园引种栽培的10株生长健康的白花野牡丹。仙湖植物园位于东经114°10′、北纬22°35′，海拔122 m，属亚热带海洋性气候，四季温和，雨量充沛，太阳辐射量丰富，年均气温22.3 ℃，土壤类型以赤红壤为主，质地为砾质砂壤土[17-18]。

1.2 试验方法

本试验于2011—2012年的晴天进行。

1.2.1 单花的花部特征和开花进程观察 分别在10株植株的分枝顶端标记2朵即将开放的花蕾，共标记20朵，从7∶00—19∶00每隔0.5 h观察记录1次标记花朵的开放状态，每次标记的花朵连续观察5 d，重复3次。对已开放花朵的各花部结构用千分尺测量并记录结果。

1.2.2 访花昆虫的观察 于6—7月盛花期的7∶00—17∶00对随机标记的10朵花的访花昆虫的种类及访花行为进行观察，用白网捕捉不同种访花昆虫制作凭证标本，标本存放于深圳中科院仙湖植物园植保室。

1.2.3 柱头的形态观察、花粉粒大小测量及花粉萌发率统计 采集正在开放的新鲜花朵，切下雄蕊和柱头，在NIKON SMZ 18解剖镜下进行观察。用王国荣[19]的方法，ZEISS IMAGE-2显微镜观察统计花粉萌发率。分别选取2类雄蕊的50个花粉粒，对其极轴进行测量。

1.2.4 花蜜分泌监测 参考彭东辉等[14]的方法检测花蜜，开花前1 d用细眼纱网将分别来自10株植物分枝顶端共30朵花的花蕾套纱网，从7∶00—17∶00，每隔2 h用10 μL微吸管检测花蜜。每次检测后，继续将检测花朵套纱网，以观察白花野牡丹花蜜的分泌情况。

1.2.5 杂交指数(OCI，Out crossing index)的估算 杂交指数OCI的估算按照Dafni[20]的标准计算：①花朵或花序直径<1 mm记为0；1～2 mm记为1；2～6 mm记为2；>6 mm记为3；②雄蕊成熟与柱头具可授性的时间间隔：同时或雌蕊先熟记为0；雄蕊先熟记为l；③柱头与花药处于同一高度记为0；空间分离记为1。三者累计得OCI值。评判标准：OCI=0时，繁育系统为闭花受精；OCI=1时，繁育系统为专性自交；OCI=2时，繁育系统为兼性自交；OCI=3时，繁育系统为自交亲和，有时需要传粉者；OCI=4时，繁育系统为部分自交亲和，异交，需要传粉者。

1.2.6 花粉-胚珠比(P/O，Pollen/Ovule)的测定 花粉/胚珠比(P/O)=单花花粉总数/单花胚珠总数。按彭东辉等[14]的方法对花粉和胚珠进行计数，计算得出P/O值。按Cruden R W[21]的标准确定繁育系统的类型：P/O为2.7～5.4时，其繁育系统为闭花受精；P/O为18.1～39.0时，繁育系统为专性自交；P/O为31.9～396.0时，繁育系统为兼性自交；P/O为244.7～2588.0时，繁育系统为兼性异交；P/O为2108.0～195525.0时，繁育系统为专性异交。随着P/O值由低到高的变化，远交程度逐渐上升，这反映出亲本投入的不断增大。

1.2.7 授粉方式对结实的影响 对白花野牡丹种群设立8个处理进行人工授粉试验：①自然授粉，不作任何处理；② 开花前无处理套袋；③即将开之花，去雄，套袋；④即将开之花，去花瓣，不套袋；⑤采用内轮短雄蕊进行自花授粉；⑥采用外轮长雄蕊进行自花授粉；⑦采用内轮短雄蕊进行异花授粉；⑧采用外轮长雄蕊进行异花授粉。每种授粉方式选取20～30朵花为样本。人工授粉均在开花当日早晨7∶00—9∶00授粉1次，套网袋。

2 结果与分析

2.1 单花花部特征

白花野牡丹单花(图1)，花5～6数，萼筒长约1 cm，裂片长三角形，两面均被毛；花瓣白色，倒卵形，先端圆形，密被缘毛；花冠直径(5.62±0.39) cm。雌蕊1枚，长(3.04±0.12) cm。花柱为淡绿色，呈弧形弯曲，柱头点尖、绿色，高于雄蕊。雄蕊2轮(5+5，6+6)、异型。外轮雄蕊5～6枚，花丝淡黄绿色、较长，药隔基部伸长成弯曲的白色药隔附属物，末端具2深裂。外轮雄蕊向花瓣一侧弯曲，使白色的花粉囊远离花的中心；内轮雄蕊5～6枚，花丝为淡黄绿色、较短，花粉囊为黄色，聚集在花的中央，药隔不延伸，花药基部具一对小瘤。外轮雄蕊的花丝长(1.18±0.16) cm，花粉囊长(0.96±0.06) cm。内轮雄蕊的花丝长(1.01±0.08) cm，花粉囊长(0.84±0.05) cm。花蜜检测结果显示，白花野牡丹不分泌花蜜。

2.2 单花开花动态

白花野牡丹的单花花期约为12 h。在开花当日7∶00柱头已伸出即将开放的花蕾，约7∶30花瓣部分松开，约8∶00花半开，8∶30左右花瓣完全平展，花完全开放。直到16∶00左右花瓣边缘稍微往上翘，花瓣开始闭合，至19∶00左右花瓣完全闭合。第2天，闭合的花瓣不再打开，随后花瓣萎蔫。此后萎蔫花朵的花瓣、雄蕊和花柱继续脱落，脱落顺序一般是花瓣最先脱落，然后雄蕊脱落，最后花柱脱落。第4天7∶00，所有标记花朵的花瓣、雄蕊和花柱已全部脱落。约60 d后，蒴果成熟，顶端环裂或不规则开裂，露出胎座，种子镶于肉质胎座上。

2.3 访花昆虫

试验期间，共发现访花昆虫13种，其中领木蜂(XylocopacollarisLepeletier)(图2a)、东亚无垫蜂(Amegilla(Zonamegilla)parhypateLieftinck) (图2b)、蓝彩带蜂(Nomia(Acunomia)chalybeataSmith) (图2c)、彩带蜂(Nomiasp.)(图2d)为主要传粉蜂。

2.4 柱头的形态观察和花粉粒大小、活力

解剖镜下观察，柱头在伸出花蕾之前呈圆形棒状，柱头伸出花蕾且不再继续伸长时测量，白花野牡丹花柱长(3.04±0.12) cm，此时柱头端部呈深绿色，表面已开裂，边缘锯齿形，直径约1 mm，表面粘液状。白花野牡丹为雄蕊异型，由外轮长雄蕊和内轮短雄蕊构成，花开放后，雄蕊开裂。显微镜观察到2类雄蕊花粉的赤道面观均为纺锤形，表面有沟，测量外轮长雄蕊花粉粒极轴长为(31.69±0.69) μm，内轮短雄蕊花粉粒极轴长(30.03±1.42) μm。取新鲜开放花朵的2种雄蕊花粉在显微镜下观察，花粉粒形状均为纺锤形，外壁表面光滑，有纵棱。长雄蕊花粉萌发率为(23.25±11.23)%，短雄蕊花粉萌发率为(68.49±29.76)%。

2.5 杂交指数(OCI，Out crossing index)与花粉-胚珠比(P/O)

白花野牡丹杂交指数(OCI)的估算结果见表1，从表1可以看出，白花野牡丹杂交指数(OIC)为4。根据 Dafni A[20]的划分标准，杂交指数= 4 时，虽然部分亲和，但繁育系统应为异交，需要传粉者才能完成传粉活动。

白花野牡丹的P/O约为417.6～1035.2，依据Cruden R W[21]的标准，当P/O在244.7～2588.0之间时，繁育系统为兼性异交。

2.6 授粉方式对结实的影响

不同授粉处理对白花野牡丹的结实率影响结果见表2。无处理套袋结实率为0，说明在自然条件下白花野牡丹的繁殖需要传粉者参与且不能自花授粉。去雄套袋结实率为0，未观察到有无融合生殖。去花瓣不套袋与自然授粉结实率接近，说明花瓣不是招引昆虫的主要原因。人工自花授粉和异花授粉的结果说明白花野牡丹自交亲和和异交亲和。相对外轮长雄蕊，内轮短雄蕊对繁殖成功率的贡献大。不同授粉方式的结实率都低于自然授粉的结实率，推测可能与访花昆虫多次访花增加传粉几率有关。

表1 白花野牡丹杂交指数(OCI)的观测结果

表2 白花野牡丹不同授粉处理下对结实率的影响

3 讨论

3.1 白花野牡丹繁育系统的探讨

本试验结果显示，白花野牡丹的杂交指数等于4，根据 Dafni A[20]的标准判断其繁育系统为异交，自交亲和，需要传粉者。花粉胚珠比约为417.6～1035.2，按照 Cruden R W[21]提出的标准划分，其繁育系统属于兼性异交类型。人工授粉试验结果说明不存在无融合生殖，需要传粉昆虫，人工自交亲和。综合结果说明白花野牡丹为异花授粉植物，需要传粉者。与已报道的同属多花野牡丹[11-12]、毛菍[14]和细叶野牡丹[22]的繁育系统一致。对白花野牡丹花开放的过程观察显示，同一朵花中，雌蕊先于雄蕊伸出花蕾，柱头湿润，为授粉做好准备。这种雌蕊先于雄蕊成熟的开花方式，也有效地促进了异交的成功率。由于单花开放仅12 h，雌蕊先伸出花蕾也延长了授粉时间。

3.2 白花野牡丹异型雄蕊的分工

本研究结果表明，白花野牡丹不分泌花蜜。与白花野牡丹同属的多花野牡丹[11-12]、毛菍[14]、野牡丹[7]、地稔[13]也不分泌花蜜，花粉作为访花昆虫的唯一报酬。一些野牡丹科植物具有形态、大小和颜色显著不同的2种异型雄蕊，关于其异型雄蕊是否在昆虫传粉方面存在给食型雄蕊与传粉型雄蕊的功能分化还一直存在争论。GrossC L[10，15]和Fritz Müller[16]都推测野牡丹科植物中2种雄蕊存在给食型雄蕊与传粉型雄蕊的分工，但没有找到具体证据。罗中莱等[13]对野牡丹异型雄蕊的花粉数量、花粉活力、花粉形态、花粉组织化学以及在传粉过程中的作用进行定量及定性分析，证明野牡丹的异型雄蕊在传粉中的确存在明显的功能分化。路国辉等[7]以野牡丹为试验材料，比较2种异型雄蕊在昆虫传粉过程中的作用。观察到木蜂(Xylocopasp.)访花总是直奔花中央的短雄蕊，通过对花粉量和人工控制试验条件下的结籽数的统计，认为，外轮紫色雄蕊中的花粉为后代提供雄配子，而内轮黄色雄蕊中的花粉则为传粉昆虫提供食物。本研究中，木蜂对野牡丹的访花行为与领木蜂访问白花野牡丹的行为是一致的，但白花野牡丹的其它传粉蜂对花的2种雄蕊均有访问，没有明显选择性。刘思谦等[23]对野牡丹的授粉试验表明，来自大型雄蕊和小型雄蕊的花粉对结实并无显著影响，推测两者的花粉萌发能力对种子的生成可能会造成差异，但还需进一步证实。刘雪凝等[24]利用光学显微镜和扫描电镜对5种野牡丹属植物花粉形态进行研究，观察到野牡丹、多花野牡丹、地稔和细叶野牡丹的2类雄蕊产生的花粉粒除大小不同，其他特征无明显差异。本研究中显微观察显示白花野牡丹2类雄蕊产生的花粉粒形态相似，大小上稍有差异，且内轮短雄蕊产生的花粉粒萌发率远高于外轮长雄蕊产生的花粉粒的萌发率。本研究中的人工授粉试验结果显示，白花野牡丹的2类雄蕊并没有严格的功能划分，它们都对后代提供雄配子，只是2类雄蕊的贡献存在差异。至于是否也都为传粉昆虫提供食物，还需进一步验证。

4 结论

本研究结果表明，白花野牡丹的繁育系统为自交亲和的异花授粉植物，需要传粉者，领木蜂、东亚无垫蜂、蓝彩带蜂、彩带蜂是白花野牡丹的主要传粉者。繁育系统为兼性异交，没有无融合生殖。

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Study on Breeding System ofMelastomacandidumD.Don formaalbiflorumJ.C.Ou

JIN Hong1，JIAO Gen-lin1，CHEN Gang2

(1.FairyLakeBotanicalGarden，ShenzhenandCAS，Shenzhen518004，Guangdong，China；2.ZhaoqingUniversity，CollegeofLifeScience，Zhaoqing526061，Guangdong，China)

The purpose of the study was to provide theoretical bases for protection and sustainable use of the plant，and accumulate data for the study of reproductive biology of theMelastomagenus.Field observation was applied in determining flower dynamics，morphology，visiting insects，out-crossing index，and pollen-ovule ratio；Pollen germination and artificial pollination experiments were conducted to determine pollen germination rate and fruit setting rate.The opening of a single flower lasted for around 12 h.The flower was dichogamous，protogynous，and heteranthery.Pollen from different stamen types had different sizes and germination rates.Major pollinators were bees ofXylocopacollarisLepeletier，Amegilla(Zonamegilla)parhypateLieftinck，Nomia(Acunomia)chalybeataSmith，andNomiasp.Outcrossing index was 4，and pollen-ovule ratio 417.6～1035.2.Artificial pollination experiments showed that the plant was not self-pollinated，and was selfing and outcrossing compatible，not of apomixes.Pollinator is essential.Flower of the plant is self-compatible，cross-pollinated and required pollinators.The breeding system is mainly outcrossing but selfing possible.

MelastomacandidumD.Don formaalbiflorumJ.C.Ou；breeding system；out crossing index

10.13428/j.cnki.fjlk.2016.02.032

2015-06-08；

2015-07-10

深圳市城市管理局项目(201318)

金红(1974—)，女，辽宁本溪人，深圳市中国科学院仙湖植物园高级工程师，博士，从事植物多样性保护研究。E-mail：601711582@qq.com。

S685.11；Q945.6

A

1002-7351(2016)02-0166-05