喇叭唇石斛的花部特征与繁育系统

刘江枫

(福州市于山风景名胜公园管理处，福建 福州 350001)

植物繁育系统是指直接影响后代遗传组成的所有有性特征，是了解植物生活史的重要基础，其核心是交配系统[1-2]。喇叭唇石斛(Dendrobiumlituiflorum)为兰科(Orchidaceae)石斛属植物，生于林中树干上，具有较高的观赏价值。喇叭唇石斛分布于中国、印度、老挝、缅甸、泰国、越南等地[3]，我国主产于广西和云南。由于生境破坏及人为过度采挖，喇叭唇石斛野外种群数量急速下降，现已被列为国家二级重点保护野生植物[4]，并被列入《濒危野生动植物种国际贸易公约》(CITES)附录Ⅱ中，在世界自然保护联盟物种红色名录中的濒危等级为极危(CR)[5]。目前，有关喇叭唇石斛的研究较少，主要集中在快繁技术方面[6-8]，有关其花部特征与繁育系统的研究尚未见报道。因此，本研究分析了喇叭唇石斛的开花物候、花部特征及繁育系统，以期为其保护与利用提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

以栽培于福州市于山兰花圃内的63丛喇叭唇石斛为试验材料。

1.2 试验方法

1.2.1 开花物候观察 2021年3月—5月，从第1朵花开放开始观察并记录开花物候，直至花期结束。随机选择10朵即将开放的花蕾并挂牌标记，记录单花开放与枯萎时间。按照肖宜安等[9]的方法描述群体开花水平。

1.2.2 花部结构测定 随机选择30朵当日开放的花朵，使用电子游标卡尺测量花苞片、萼片、花瓣、唇瓣、蕊柱、子房连花梗的大小，每朵花重复3次，并在体视显微镜(XTL-340Z)下观察微形态结构。

1.2.3 花粉活力与柱头可授性测定 分别以开花1、3、5、7、9、11、13、15、17、19 d的花朵进行花粉活力与柱头可授性测定，各处理随机选取3朵，重复3次。(1)花粉活力采用2,3,5-氯化三苯基四氮唑(TTC)染色法测定。将各处理花朵中的花粉块取出，放入离心管并加入2 mL体积比为0.5%的TTC溶液，用镊子轻轻摩擦花粉块使花粉粒均匀分散，于37 ℃恒温箱中暗培养14 h后[10]，在显微镜下随机选取5个视野观察其染色情况。花粉活力/%=(染色花粉数/观测花粉数)×100。(2)柱头可授性采用联苯胺—过氧化氢法判断。将各处理花朵柱头置于注有联苯胺∶过氧化氢∶水=4∶11∶22溶液(联苯胺与过氧化氢体积比分别为1%和3%)的载玻片上，以气泡量及反应液呈蓝色的深浅度作为柱头可授性强弱的判断标准。

1.2.4 杂交指数估算 参考Dafni[11]的标准, 分别对花朵直径、雌雄器官空间位置与成熟情况进行杂交指数(out crossing index, OCI)估算，并以三者的估算结果之和作为喇叭唇石斛OCI值。若OCI=0，表示闭花受精；OCI=1，表示专性自交；OCI=2，表示兼性自交；OCI=3，表示自交亲和，有时需要传粉者；OCI=4，表示以异交为主，部分自交亲和，且需要传粉者。

1.2.5 人工控制授粉 共设置6个处理：(1)自然授粉 (未套袋, 未去雄, 未授粉)；(2)人工自花授粉；(3)人工同株异花授粉；(4)人工异株异花授粉；(5)人工不去雄套袋，未授粉；(6)人工去雄套袋，未授粉。其中，自然授粉处理供试花朵数为58朵，其余各处理供试花朵数为15朵。授粉14 d后统计授粉结实率。结实率/%=(结实数/花朵总数)×100。

1.3 统计与分析

采用Excel和SPSS 22.0软件进行数据整理与分析。

2 结果与分析

2.1 开花物候和花部综合特征

喇叭唇石斛群体花期为3月下旬至5月上旬，单株花序1～3 d全部开放。3月28日群体第1朵花开放，3月30日进入始花期(5%个体开花)，4月6日进入盛花期(50%以上个体开花)，5月6日进入终花期(95%个体开花结束)，群体花期持续时间约40 d，单花花期为(21.70±2.06) d。喇叭唇石斛为总状花序，具2～3朵花；花苞片白色，卵形；萼片长圆状披针形；花瓣近椭圆形，唇瓣周边为紫色，内面有一条白色环带围绕的深紫色斑块，近倒卵形，中部以下两侧围抱蕊柱成喇叭形，边缘具不规则的细齿，上面密被短毛；蕊柱粗短，蕊喙小；花粉团4个，每2个为1对；药帽圆锥形，被细乳突，先端边缘全缘(图1)。喇叭唇石斛花部性状特征见表1。

A.花朵；B.花朵不同部位(B1～B6分别为中萼片、侧萼片、花瓣、唇瓣、子房连花梗和合蕊柱、花苞片)；C.花朵唇瓣；D.合蕊柱 E.花粉块与药帽。图1 喇叭唇石斛花部特征Figure 1 Features of floral organs of D.lituiflorum

表1 喇叭唇石斛花部性状特征Table 1 Floral characteristics of D.lituiflorumcm

2.2 花粉活力与柱头可授性

由表2可知，喇叭唇石斛开花第1天的花粉活力为61.65%，随后开始上升，第3天和第5天分别达到77.37%和79.90%，显著高于其他开花天数的花粉活力，第7天开始逐渐下降，第19天的花粉活力仅12.93%。由表2还可见，开花当天柱头已具可授性，随后逐渐增强，第5天柱头具强可授性，第7天部分柱头开始仅具较强可授性，第19天部分柱头已不具可授性。

表2 喇叭唇石斛花粉活力及柱头可授性1)Table 2 Pollen viability and stigma receptivity of D.lituiflorum flower

2.3 杂交指数估算

参考Dafni[11]的标准，喇叭唇石斛的花朵直径为(4.396±0.753) cm(n=30)，花朵直径>6 mm时OCI值记为3；花粉与柱头空间位置上存在分离，两者无法接触，OCI值记为1；花粉和柱头同步成熟，OCI值记为0。因此，喇叭唇石斛的OCI值为4，其繁育系统以异交为主，部分自交亲和，需要传粉者。

2.4 人工控制授粉结实率

由表3可知，自然授粉、人工自花授粉、人工同株异花授粉、人工不去雄套袋和人工去雄套袋结实率均为0，人工异株异花授粉结实率为80%，表明喇叭唇石斛不存在无融合生殖和自动自花授粉，自交不亲和，必须依靠传粉媒介才能够完成传粉。

表3 不同授粉方式下喇叭唇石斛结实率比较Table 3 Comparison of fruit setting rates of D.lituiflorum by different pollination techniques

3 讨论

本研究表明，喇叭唇石斛群体花期为3月下旬至5月上旬，单株花序1～3 d全部开放，单花花期为(21.70±2.06) d，开花后11 d内花粉活力均保持在50%以上，柱头仍具较强可授性，有利于传粉者在较长时间内完成授粉与结实。兰科植物精巧的花朵结构及其与昆虫的协同作用一直受学者们的关注[12]。喇叭唇石斛花紫红色，花药与柱头之间存在蕊喙，唇瓣内面有一条白色环带围绕的深紫色斑块，中部以下两侧围抱蕊柱成喇叭形。由于栽培地未发现喇叭唇石斛传粉者，其花部特征与传粉者之间的相互作用还有待进一步在原生境中开展研究。

自交不亲和是开花植物抑制自交、促进异交，维持遗传多样性的一种遗传机制[13-14]。兰科植物中自交不亲和的种类有近一半来源于石斛属[15-17]。杂交指数分析表明，喇叭唇石斛繁育系统为异交，部分自交亲和，需要传粉者。人工控制授粉试验表明，喇叭唇石斛不存在无融合生殖和自动自花授粉，人工自花授粉与同株异花授粉的结实率均为0，人工异株异花授粉的结实率为80%，说明喇叭唇石斛繁育系统为专性异交，需要传粉者才能完成授粉与结实。喇叭唇石斛自然授粉结实率为0，可能是由于本研究为迁地栽培，缺乏有效传粉者，未能完成自然授粉与结实，这与刘芬等[18]有关扇脉杓兰的研究结果相似。杂交指数分析仅作为植物繁育系统的初步评判[11]，而人工控制授粉直接关注柱头与花粉的识别对结实率的影响，是更为有效的检测方式[19]。综合来看，喇叭唇石斛繁育系统应为专性异交。

为了繁衍后代，植物会演化出必要的生殖补偿机制[18]。喇叭唇石斛存在有性繁殖和无性繁殖两种繁殖方式。迁地保护是保护珍稀濒危兰科植物的重要方法之一，但离开原生境后植物因失去传粉者以及种子萌发需要的共生真菌，而无法实现自然结实与生长繁衍[20]。因此，迁地保护后应开展无菌萌发、新品种培育与产业发展研究，并积极开展原生境的传粉生物学、种群动态、遗传多样性、菌根真菌、“回归”等研究工作，加大宣传和完善保护机制[21-22]，为喇叭唇石斛保育提供更为坚实的基础。