长瓣兜兰开花特性与繁育系统研究.pdf

园艺学报 2021 48 5 1002 1012 Acta Horticulturae Sinica 1002 doi 10 16420 j issn 0513 353x 2020 0809 http www ahs ac cn 收稿日期 2020 11 09 修回日期 2021 04 10 基金项目 国家自然科学基金项目 31301810 国家公益 农业 行业科研专项资助项目 201203071 农业部园艺作物生物学与种 质创制重点实验室项目 通信作者 Author for correspondence E mail Wuronghua06 jiaruidong 长瓣兜兰开花特性与繁育系统研究 杨佳慧 1 吴 婷 2 朱 俊 1 杨树华 2 赵 鑫 2 葛 红 2 武荣花 1 贾瑞冬 2 1 河南农业大学林学院 郑州 450002 2 中国农业科学院蔬菜花卉研究所 国家花卉改良中心 北京 100081 摘 要 观察记录了温室栽培条件下长瓣兜兰 Paphiopedilum dianthum 的花部特征和开花进程 同时通过花粉活力与柱头可授性测定 杂交指数估算及人工控制授粉试验等对其繁育特性进行了研究 结果表明 长瓣兜兰 6 9 月开花 单花期 45 55 d 2 5 朵花 单株花期 75 90 d 在花朵开放过程 中 花药凝聚形成的花粉团始终位于蕊柱两侧且有一定距离 相对位置不变 盛花期 开 6 34 d 花 粉活力和柱头可授性最强 长瓣兜兰杂交指数 OCI 为 4 无论去雄与否 套袋后的花均不结实 人工 自花授粉 人工同株异花授粉和人工异株授粉的结实率分别为 83 30 90 00 和 96 70 显著高于自然 传粉 说明长瓣兜兰不存在无融合生殖现象 具有高度被动自交和异交的能力 繁育系统是需要传粉者 自交和异交混合交配的系统 关键词 长瓣兜兰 花粉活力 柱头 可授性 杂交指数 繁育系统 中图分类号 S 682 31 文献标志码 A 文章编号 0513 353X 2021 05 1002 11 Studies on Flowering Characteristics and Breeding System of Paphiopedilum dianthum YANG Jiahui 1 WU Ting 2 ZHU Jun 1 YANG Shuhua 2 ZHAO Xin 2 GE Hong 2 WU Ronghua 1 and JIA Ruidong 2 1 College of Forestry Henan Agricultural University Zhengzhou 450002 China 2 Institute of Vegetables and Flowers Chinese Academy of Agricultural Sciences Beijing 100081 China Abstract The floral characteristics and flowering process of Paphiopedilum dianthum under greenhouse cultivation condition were investigated Meanwhile the pollen viability and stigma acceptability determination hybridization index estimation and artificial controlled pollination test were conducted to analyze floral characteristics and breeding system of the P dianthum The results showed that P dianthum blossomed from June to September with a single flowering period of 45 to 55 d a single plant flowering period of 75 to 90 d Each plant generally produced one peduncle bearing with two to five flowers During the entire blooming process the pollinia formed by anthers were persistently located on both sides of the staminode and the relative positions remained unchanged The pollen viability and stigma receptivity reached the highest in the full flowering period flowering 6 to 34 d and the pollen and sitgma have a longer life span The hybridization index OCI of P dianthum was four Regardless of emasculation 杨佳慧 吴 婷 朱 俊 杨树华 赵 鑫 葛 红 武荣花 贾瑞冬 长瓣兜兰开花特性与繁育系统研究 园艺学报 2021 48 5 1002 1012 1003 or not the seed setting rates of artificial self pollination artificial cross pollination of the same plant and artificial cross pollination of different plants were 83 30 90 00 and 96 70 respectively No significant difference was observed among these rates which were all significantly higher than that of natural pollination These results demonstrate that there is no apomixis but highly passive self crossing and out crossing abilities in the P dianthum and the breeding system is a mixed mating system of selfing and out crossing that requires pollinators Keywords Paphiopedilum dianthum flower pollen viability stigma receptivity hybridization index breeding system 长瓣兜兰 Paphiopedilum dianthum T Tang et F T Wang 是兰科 Orchidaceae 兜兰属附生植 物 主要分布于中国广西西部 贵州西南部和云南东南部等地 生长于石灰岩地区常绿阔叶林下或 灌木林下的岩石上或荫蔽的岩壁上 为国家一级保护植物 花形独特 中萼片较大且醒目 倒盔状 的唇瓣颜色艳丽 是中国仅有的几种多花性兜兰之一 有很高的观赏和经济价值 罗毅波 等 2003b 龙波和龙春林 2006 史军 等 2007 刘仲健和陈心启 2009 近年来 由于滥采滥挖及环境条 件恶劣等影响 长瓣兜兰生存受到威胁 资源急剧减少 景袭俊和胡凤荣 2018 兰科植物被认为是被子植物中高度适应虫媒传粉而具有特殊花部结构的类群 如雄蕊与雌蕊融 合成蕊柱 花粉聚成花粉团以及花瓣特化为各种形状的唇瓣等 Schiestl Schl ter 2009 李成儒 等 2020 兜兰的蕊柱是由 2枚位于两侧的能育雄蕊 1枚位于上方的盾状退化雄蕊和 1个位于下方的 柱头组成 大多数种类的花粉均黏合成不规则的团块 唇瓣特化成兜状 目前有关长瓣兜兰的研究 主要集中在组织培养 王莲辉 等 2009 栽培技术 传粉特征 Chen et al 2012 等方面 繁育 系统研究相对较少 而白及 Bletilla striata 杏黄兜兰 P armeniacum 肉饼兜兰 P Pacific Shamrock 春兰 Cymbidium goeringii Anacamptis longicornu等兰科植物繁育系统的研究为长瓣 兜兰提供了一定的理论基础和方法 刘可为 等 2005 庚晓红 等 2008 王彩霞 等 2012 初美 静 等 2019 Miquel et al 2019 Lu et al 2019 开展长瓣兜兰花部特征和繁育系统研究 不仅 可以深入研究花朵的典型结构 传粉方式及媒介种类 而且能够了解植物的生态适应机制 为杂交 育种工作提供依据 其中杂交指数法是检测显花植物繁育系统最准确和快速的方法 刘林德 等 2002 本试验中对温室栽培的长瓣兜兰植株进行观测 通过花部特征 开花进程观察 杂交指数估 算和繁育系统的研究 进一步了解长瓣兜兰的生殖特性 为实现长瓣兜兰的人工繁殖和产业化生产 提供科学依据 为其资源保护提供有力保障 1 材料与方法 1 1 试验地点和植物材料 试验在中国农业科学院蔬菜花卉研究所无土栽培温室进行 夏季开风机 水帘降温 外加遮阳 网 春 秋季开天窗 冬季有暖气供暖 供试长瓣兜兰约 230 株 平均 3 d 浇 1 次水 温度为 26 30 相对湿度为 65 70 取生长状况良好 无病虫害的材料进行试验 Yang Jiahui Wu Ting Zhu Jun Yang Shuhua Zhao Xin Ge Hong Wu Ronghua Jia Ruidong Studies on flowering characteristics and breeding system of Paphiopedilum dianthum 1004 Acta Horticulturae Sinica 2021 48 5 1002 1012 1 2 方法 1 2 1 花器官特征和开花进程观察 随机选取盛花期全天开放的花 10 朵 用游标卡尺测量株高 花径 中萼片 合萼片 花瓣 唇瓣 子房 果荚 的大小 并在体视显微镜 OLYMPUS SZ 下观察花部特征微形态结构 取成 熟的花粉团经 FAA 固定液 100 mL FAA 50 乙醇 89 mL 冰乙酸 6 mL 甲醛 5 mL 处理 24 h 用不同浓度乙醇梯度脱水 70 80 90 95 100 各处理 15 min 放入干燥器 用二氧 化碳临界点 Leica CPD300 干燥 5 h 干燥后的样品待观察部位朝上用双面胶粘在金属台上 用离 子溅射仪 HITACHI E 1010 对金属台喷金 镀膜 用扫描电子显微镜 Hitachi S 4800 观察 对 花粉团的表面纹饰 花粉外形态进行测量并拍照 在整个花期内选取 10 株植株 观察并记录花朵个体的开放进程 直至花瓣凋谢脱落 单花花期 为花瓣从两侧打开至花朵枯黄的日期 单株花期为从植株上第 1 朵花开放至最后 1 朵花枯萎的日期 1 2 2 花粉活力与柱头可授性测定 在晴天上午采集不同开花阶段的新鲜花粉 以 5 蔗糖 0 05 硼酸 0 001 氯化钙为液体培 养基 将花粉用解剖针轻轻取下并置于双凹载玻片上 滴加培养液 将载玻片放在垫有湿润滤纸的 培养皿中 盖上盖子置于人工培养箱 温度 25 相对湿度 80 以上 以 FAA 固定液浸泡 24 h 杀死花粉作为对照 培养 48 h 后统计花粉萌发数 以花粉管长度超过花粉直径的 2 倍记为萌发 各 开花阶段取 3 份样 制片后随机选取 3 个视野统计萌发数 花粉萌发率 萌发的花粉数 视野 内总花粉数 100 欧阳英 等 2010 田绍泽 等 2020 采用联苯胺 过氧化氢法 刘林德 等 2001 测定长瓣兜兰的柱头可授性 取各开花阶段的柱 头进行试验 将其浸入联苯胺 过氧化氢反应液 1 联苯胺 3 过氧化氢 水 4 11 22 中 用 体式显微镜 OLYMPUS SZ 观察并拍照 若被测的柱头周围有大量气泡出现 则表明柱头具有较 强可授性 1 2 3 花粉组织化学分析 随机采集 10 朵长瓣兜兰的成熟花粉团 放入 2 mL 冻存管中 用镊子轻轻捣碎 随后加入碘 碘化钾染液浸染 5 10 min 用移液枪吸取带花粉的悬浮液制片 每朵花制片 3 张 在倒置显微镜 下观察 花粉呈红色说明其中含有脂质 呈蓝色或黑色表明内有淀粉存在 1 2 4 杂交指数的估算 按照 Dafni 1992 的标准 通过花直径 生殖器官的空间位置与成熟情况等评判繁育系统类 型 OCI 杂交指数 0 为闭花受精 OCI 1 为专性自交 OCI 2 为兼性自交 OCI 3 为自交 亲和 有时需要传粉者 OCI 4 为异交为主 部分自交亲和 且需要传粉者 1 2 5 人工控制授粉 设 6 种传粉方式 自然授粉 自然自花授粉 套袋 去雄不授粉 人工自花授粉 人工同株异 花授粉 人工异株授粉 在温室选择生长健壮且即将开放的花朵 先将合蕊柱两侧的花粉用镊子取 出 此时花粉团具很强的粘性 去掉唇瓣 粘在合蕊柱下方 授粉成功后 两周左右子房开始膨大 每个处理 10 朵花 重复 3 次 套袋用自制 6 cm 8 cm 硫酸纸袋将单花套住 授粉 20 d 后检测和统 计结实率 结实率 果实数 花数 100 1 2 6 数据统计 利用 Excel2016 进行数据分析 SPSS2 0 进行方差分析 采用 LSD 多重比较 数据为均值 标 准差 杨佳慧 吴 婷 朱 俊 杨树华 赵 鑫 葛 红 武荣花 贾瑞冬 长瓣兜兰开花特性与繁育系统研究 园艺学报 2021 48 5 1002 1012 1005 2 结果与分析 2 1 花器官特征和开花进程 2 1 1 花器官特征 长瓣兜兰整株有 2 5 朵两性花 子房长约 5 6 cm 绿色无毛 下位 1 室子房 花被由 1 枚中 萼片 1 枚合萼片 2 枚花瓣和 1 枚唇瓣组成 图 1 中萼片白色 基部浅绿色 有 1 道凹痕 两 侧向背部反卷 图 1 A 合萼片宽大呈浅黄绿色 背部有 2 道凹痕 凹痕处颜色略深 图 1 B 两片花瓣位于唇瓣左右两侧向外卷曲呈紫红间绿色 基部有黑色凸起 有些凸起表面还具有黑色睫 状毛 图 1 C 唇瓣拖鞋状 内侧紫红色 上部有深紫红色睫状毛凸出 外侧紫红间绿色 图 1 D E 中间为合蕊柱 退化雄蕊倒心形或倒卵形 2 枚能育雄蕊位于其两侧 下面是 1 个柱头 花粉团表面光滑 未成熟时呈淡黄色 成熟后变为深黄色且随开花时间的增加变粘 图 1 F 果 荚成熟时呈黄绿色不规则椭圆形 后变为褐色 图 1 G 长瓣兜兰株高 最大叶长 花径高度 合萼片和中萼片的长宽 花瓣长宽 子房长度 唇瓣以及唇口的横纵径等一些花部形态数据 表 1 图 1 长瓣兜兰的花部特征 A 中萼片正面和反面 B 合萼片正面和反面 C 左右花瓣 D E 唇瓣的正面 背面以及切面 F 合蕊柱 G 子房 成熟果荚 Fig 1 Floral syndrome of Paphiopedilum dianthum A Dorsal sepal positive and opposite B Synsepal positive and opposite C Left and right petals D E Lip positive opposite and section F Gynandrium G Ovary matural pod Yang Jiahui Wu Ting Zhu Jun Yang Shuhua Zhao Xin Ge Hong Wu Ronghua Jia Ruidong Studies on flowering characteristics and breeding system of Paphiopedilum dianthum 1006 Acta Horticulturae Sinica 2021 48 5 1002 1012 表 1 长瓣兜兰花部各器官大小 Table 1 Organ size of the Paphiopedilum dianthum flower 株高 Plant height 最大叶片 Maximum leaf 花茎 高 Scape height 唇瓣 Lip 合萼片 Synsepal 中萼片 Dorsal sepal 雄蕊 Staminoid 花瓣 Petal 唇口 Labellum 子房长 Length of ovary长 Length 宽 Width 横径 Dia meter 纵径 Vertical diameter 长 Length 宽 Width 长 Length 宽 Width 横径 Dia meter 纵径 Vertical diameter 长 Length 宽 Width 横径 Dia meter 纵径 Vertical diameter 53 00 5 60 28 70 3 50 5 27 0 50 46 30 5 80 2 30 0 20 4 50 0 20 4 27 0 10 2 81 0 40 4 62 0 20 2 49 0 30 1 18 0 10 1 51 0 10 10 27 0 80 1 19 0 10 2 68 0 10 1 63 0 20 5 55 0 17 电子扫描观察发现 长瓣兜兰柱头表面有明显纹路 排列整齐 单侧可育雄蕊上花粉团似两个 拳形连在一起 表面由无数个花粉粘连密布 排列紧密且有不明显的凸起 花粉为不规则椭圆形或 近圆形 表面光滑无纹饰 图 2 图 2 长瓣兜兰柱头 花粉团和花粉粒扫描电镜照片 A 花粉团 B 花粉团表面 C 柱头表面 D 极面观花粉粒 E 赤道正面观花粉粒 F 赤道背面观花粉粒 Fig 2 Floral syndrome of Paphiopedilum dianthum stigma pollinia and pollen A The whole morphology of pollinia B Pollen mass surface morphology C The surface morphology of stigma D A pollen grain in the polar view E Equatorial positive view of pollen F Equatorial opposite view of pollen 2 1 2 开花进程 在温室条件下 长瓣兜兰从 5 月开始就零星开放 群体花期 6 9 月 单花花期 55 d 左右 整 株花期可达 75 d 长瓣兜兰开花进程可分为 6 个阶段 图 3 花苞 期 开花前 5 4 d 花苞未开放 整体呈不规则椭圆形 中萼片合萼片紧闭 呈绿白 色 其中花粉团颜色浅 较透明 图 4 花苞 期 开花前 3 1 d 花苞开始开放 中萼片合萼片分离 有紫色花瓣露出 花苞横径 大于 2 5 cm 纵径大于 4 0 cm 初花 期 开花 1 3 d 花苞大部分开放 中萼片合萼片上下分离距离大于 3 0 cm 两侧花 瓣伸出唇瓣的长度超过 1 5 cm 紫色的唇瓣开始露出 子房略膨胀 合蕊柱有少量粘液分泌 花粉 团呈金黄色 较为饱满 图 4 初花 期 开花 4 5 d 花苞大部分开放 中萼片向上竖起 合萼片外周开始卷曲 唇瓣呈 兜状 上部有紫色睫状毛凸出 两者分离距离大于 4 5 cm 从正面能明显看到含花粉团的合蕊柱 两侧花瓣开始卷曲且上部有点状褐斑 合蕊柱柱头粘液分泌量增多 盛花期 开花 6 34 d 花苞完全开放 中萼片竖起 合萼片长度达到 4 0 cm 宽度 2 0 cm 杨佳慧 吴 婷 朱 俊 杨树华 赵 鑫 葛 红 武荣花 贾瑞冬 长瓣兜兰开花特性与繁育系统研究 园艺学报 2021 48 5 1002 1012 1007 两侧花瓣完全卷曲向外打开 外周呈锯齿状 退化雄蕊呈倒心形 下部绿上部白 花粉团开始变粘 甚至液化 颜色由淡黄色变深 合蕊柱柱头粘液量分泌达到最多 末花期 35 54 d 花朵枯萎 唇瓣向内凹陷 中萼片和合萼片开始变褐 花瓣颜色变深下垂 花粉团变硬 图 4 凋谢期 55 d 左右 花朵完全失水 颜色呈深褐色 干枯凋谢 图 3 不同发育阶段的长瓣兜兰花形态 Fig 3 The development stage of flower of Paphiopedilum dianthum 图 4 不同发育阶段的花粉团形态 Fig 4 The morphology of pollinia at different stages of development 2 2 花粉活力与柱头可授性 长瓣兜兰从开花前即花苞期花粉就有一定的活性 盛花期时花粉活力最强 达到 78 26 表 2 显微镜下观察发现 长瓣兜兰的花粉为椭圆形 萌发时只有 1 个花粉管伸长 图 5 是单体花粉 花粉培养 24 h 开始萌发 36 h 时萌发的花粉管长度超过花粉粒直径的 2 倍 检测柱头可授性 可看 到初花 期和盛花期时的柱头周围均变蓝且有大量气泡产生 表明此阶段可授性最强 从表 2 可以 看出 长瓣兜兰雌雄同熟 在盛花期花粉活力最强 柱头活力也最强 因此在进行人工授粉时 应 选择盛花期的花朵 成功率较高 表 2 花粉活力与柱头可授性检测 Table 2 Test of pollen activity and stigma receptivity 时期 Stage 花粉活力 Pollen activity 柱头可授性 Stigma receptivity 花苞 期 Bud stage 10 33 1 17 f 花苞 期 Bud stage 20 43 1 69 e 初花 期 First flowering stage 38 33 2 15 c 初花 期 First flowering stage 49 83 4 30 b 盛花期 Full bloom stage 78 26 3 16 a 末花期 Final flowering stage 27 43 4 06 d 注 表示柱头不具可授性 指部分柱头具可授性 表示柱头具可授性 表示柱头可授性较强 Note means stigma has no receptivity means part of stigma has receptivity means stigma has receptivity means stigma has strong receptivity Yang Jiahui Wu Ting Zhu Jun Yang Shuhua Zhao Xin Ge Hong Wu Ronghua Jia Ruidong Studies on flowering characteristics and breeding system of Paphiopedilum dianthum 1008 Acta Horticulturae Sinica 2021 48 5 1002 1012 图 6 碘 碘化钾花粉组织染色 Fig 6 Staining of iodide potassium iodide pollen tissue 图 5 花粉离体萌发法 A 和柱头可授性检测 B Fig 5 Pollen germination in vitro A and Stigma accessibility test B 2 3 花粉组织化学 花粉进行碘 碘化钾染色后 在显微镜下 看到花粉迅速被染成红色或黑色 图 6 其中 淀粉反应呈现褐色或黑色 脂类反应呈现红色 可见长瓣兜兰花粉中存在脂质较多 而淀粉含 量较低 2 4 杂交指数 OCI 根据 Dafni 1992 的标准 长瓣兜兰花 朵直径为 8 10 cm 大于 6 mm 记为 3 花 粉成熟时聚成典型花粉团位于合蕊柱两侧 开 花时两者存在一定距离 无法接触 记为 1 花粉和柱头同步成熟 记为 0 长瓣兜兰的杂 交指数 OCI 为 4 其繁育系统以异交为主 部分自交亲和 需要传粉者 2 5 人工控制授粉 授粉成功后 两侧花瓣颜色变褐 3 5 d 之后柱头微微膨大 2 周左右子房膨大 萼片及唇瓣 开始卷曲或萎缩 Huda 和 Wilcock 2012 对多种兰花观察发现授粉后花朵迅速枯萎直至凋谢 本 试验过程中也发现长瓣兜兰已授粉的花比未授粉花提前枯萎 未成功授粉的花朵开花 55 d 左右子房 开始变黄褐色 萎蔫脱落 果荚呈不规则椭圆形 深绿色 授粉 20 d 后统计长瓣兜兰的结实情况 表 3 人工自花授粉 人工同株异花授粉和人工异株授 粉的结实率分别为 83 30 90 00 和 96 70 均显著高于自然传粉 去雄套袋处理和只套袋处理 均无结实 说明长瓣兜兰的授粉机制是需要传粉者传粉的自交和异交混合繁育系统 不借助传粉媒 介无法进行自花授粉 不存在无融合生殖现象 杨佳慧 吴 婷 朱 俊 杨树华 赵 鑫 葛 红 武荣花 贾瑞冬 长瓣兜兰开花特性与繁育系统研究 园艺学报 2021 48 5 1002 1012 1009 表 3 不同处理下的结实率 Table 3 Test of percentage of fertile fruit in different pollination treatments 处理方式 Treatment 处理花数 Number of flowers 结实数 Number of fruit 结实率 Fruit set 自然授粉 Open pollination 30 2 6 70 0 05 B 自然自花授粉 套袋 Free self pollination unbagged 30 0 0 C 去雄不授粉 Emasculation no pollination 30 0 0 人工自花授粉 Manual self pollination 30 25 83 30 0 05 A 人工同株异花授粉 Manual goitonogamy 30 27 90 00 0 10 A 人工异株授粉 Manual cross pollination 30 29 96 70 0 05 A 注 不同大写字母表示差异显著 P 0 01 Note The difference between big letters is significant P 0 01 3 讨论 长瓣兜兰的蕊柱由 2 枚位于两侧的能育雄蕊 1 枚位于上方的盾状退化雄蕊和 1 个位于下方的 柱头组成 花粉团与柱头的位置始终保持空间分离 有研究表明 花朵雌雄位置分离是两性植物避 免自交的适应机制 Bhardwaj Eckert 2001 Anderson et al 2003 其典型的花部特征是吸引 传粉者的关键因素 赵运林 等 1994 也是对整个传粉过程的适应 从而能够成功繁殖 本研究 中还发现长瓣兜兰开花进程中盛花期阶段花粉团变粘 甚至液化 前人发现飘带兜兰 Paphiopedilum parishii 的自花授粉新机制 即盛花期花粉团液化 液化后的花粉不借助任何传粉介质能自己到达 柱头 完成授粉 Chen 2012 但是在本试验的控制授粉中 套袋 不去雄不授粉的长瓣兜兰并 没有结实 推测可能飘带兜兰比长瓣兜兰花粉团液化更明显 存在种间差异 不同植物的花粉活性高低不一 各开花阶段的活性也大不相同 王利民 等 2005 长瓣兜兰 雌雄同熟 盛花阶段柱头可授性最强 与花粉活性较强的时间重叠 大大提高了自花传粉的成功率 长瓣兜兰人工授粉 应选择盛花期的花朵 若用贮藏后的花粉进行授粉 初花 期与盛花期均可达 到较高的成功率 值得注意的是长瓣兜兰花粉活性和柱头可授性都能保持较长时间 从开花初期到 盛花期长达 1 个月的时间里 花粉和柱头都有较强的活性 兰科植物的花粉一般都聚成花粉团 进 行花粉活力检测时首先要把花粉分散 本试验中用 TTC 染液对长瓣兜兰花粉进行活力检测时发现 花粉染色后显示不同程度的红色和黄褐色 很难界定有活性还是无活性 此问题在前人的研究中也 有报道 左丹丹 等 2007 因此改为离体萌发法进行其花粉检测 最好的观察时间是培养 36 h 48 h 且在制片过程中 应尽可能让花粉离散 减少记数时的误差 花粉组织化学检测结果与前人 Baker Baker 1979 的研究一致 即兰科植物的花粉中含有脂类 一般以花蜜和油类较多 Steiner 1989 而淀粉并不经常存在 它与系统发育有关 有推断认为 脂质花粉营养丰富 更容易吸引昆 虫进行传粉 而淀粉质花粉有利于风媒传粉 根据 Dafni 1992 的标准 长瓣兜兰繁育系统是以异交为主 部分自交亲和 需要传粉者的 混合交配系统 长瓣兜兰的人工控制授粉试验结果表明 人工自花授粉 同株异花授粉和异株授粉 的结实率分别为 83 30 90 00 和 96 70 开放前套袋的植株均没有结实 说明长瓣兜兰自交可 亲和 不存在自动自花授粉现象 需要依靠昆虫传粉才能结实 而不套袋自然授粉结实率仅 6 70 推测可能是由于浇水时水流过大 将花粉带到柱头 这些结果表明长瓣兜兰具有高度被动自交和异 交的能力 即自交和异交的混合交配模式 这种模式有特定的传粉者 Tremblay 1992 故专一 性程度极高 前人在传粉试验中发现 野外 长瓣兜兰群体是通过模拟食蚜蝇繁殖地来欺骗传粉者 完成授粉 史军 等 2007 自交的优势是能够稳定的遗传植物的多样性 保证优良性状 刘芬 等 Yang Jiahui Wu Ting Zhu Jun Yang Shuhua Zhao Xin Ge Hong Wu Ronghua Jia Ruidong Studies on flowering characteristics and breeding system of Paphiopedilum dianthum 1010 Acta Horticulturae Sinica 2021 48 5 1002 1012 2013 但长期的自交有可能引起后代适应性降低 而异交很好的改善了这个问题 王玉兵 等 2011 孙忆 等 2018 自交 异交和混合交配是兰科植物的 3 种交配方式 任宗昕 等 2012 在兰科植物的长期进化中 绝对的自交和异交种类很少 大部分兰科植物选择了一种兼具异交和被 动自交的混合交配系统折中模式 即混合交配 例如 无距虾脊兰 Calanthe tsoongiana 墨兰 Cymbidium sinense 杏黄兜兰 Paphiopedilum armeniacum 和褐花杓兰 Cypripedium smithii Schltr 李 鹏 等 2009 刘仲健 等 2009 王彩霞 等 2012 连静静 等 2013 这种交配系统可使该种 既能产生出一些增加遗传多样性的后代又能产生出一些遗传基因稳定的后代 而今 人类的许多活动破 坏了长瓣兜兰生存的环境 导致该物种数量减少 相关部门或机构在制定濒危植物资源的保护措施 时不能忽略植物与传粉者之间的相互关系 Ashworth et al 2004 长瓣兜兰具有较高的花卉观赏价值 随着国民生活水平的提高 对于此类花卉的需求量越来越 大 但目前国内对于长瓣兜兰保护生物学方面报道不多 通过了解其繁育特性 保护植物生存环境 在做好就地保护的同时 建立种质资源圃 以保存兜兰属植物种质资源 在自然条件下对其进行大 量的人工授粉 可有效提高繁殖效率 扩大种群数量 从而维护野外居群的可持续更新 在人工栽 培条件下进行授粉和产业化生产 可有效减少滥采滥挖 以利用促保护 在保护长瓣兜兰种质资源 的基础上针对性地提出管理措施 运用各种科技手段研究其繁殖技术 开发新花卉 丰富兰花市场 满足消费者需求 References Anderson B Midgley J J Stewart B A 2003 Facilitated selfing offers reproductive assurance a mutualism between a hemipteran and carnivorous plant American Journal of Botany 90 1009 1015 Ashworth L Aguilar R Galetto L Aizen M A 2004 Why do pollination generalist and specialist plant species show similar reproductive susceptibility to habitat fragmentation Journal of Ecology 92 717 719 Baker H G Baker I 1979 Starch in angiosperm pollen grains and its evolutionary significance American Journal of Botany 66 591 600 Bhardwaj M Eckert C G 2001 Functional analysis of synchronous dichogamy in flowering rush Butomus umbellatus Buto maceae American Journal of Botany 88 2204 2213 Chen L J Liu K W Xiao X J Tsai W C Hsiao Y Y Huang J Liu Z J 2012 The anther steps onto the stigma for self Fertilization in a slipper orchid PLoS ONE 7 5 e37478 Chu Mei jing Gong Zi hui Sun Ji xia Zhang Ying jie Zhang Jing wei Guo Wen jiao Fang Yi fu Liu Xue qing 2019 Study on pollination biology and flowering process in Paphiopedilum Seed 38 3 88 92 in Chinese 初美静 宫子惠 孙纪霞 张英杰 张京伟 郭文姣 房义福 刘学庆 2019 肉饼兜兰传粉生物学及开花进程研究 种子 38 3 88 92 Dafni A 1992 Pollination ecology a practical approach New York Oxford University Press Geng Xiao hong Luo Yi bo Dong Ming 2008 Pollination biology of Cymbidium goeringii Orchidaceae in China Journal of Systematics and Evolution 46 2 163 174 in Chinese 庚晓红 罗毅波 董 鸣 2008 春兰 兰科 传粉生物学的研究 植物分类学报 46 2 163 174 Huda M K Wilcock C C 2012 Rapid floral senescence following male function and breeding systems of some tropical orchids Plant Biology 14 2 278 284 Jing 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