姜属植物的传粉生物学研究

摘要

姜科（Zingiberaceae）是分布于热带、亚热带地区单子叶植物中一个动物传粉的大科，物种多样性极其丰富，花器官高度特化，传粉机制和繁育系统多种多样，是研究传粉和繁育系统与其进化机制及类群演化的理想类群。姜属（Zingiber）为姜科的模式属，是姜科中仅次于山姜属（Alpinia）、豆蔻属（Amomum）的第三大属。本研究通过对姜属三组代表植物：姜组的光果姜（Zingiber nudicarpum）、侧穗姜组的侧穗姜（Z.ellipticum）和蘘荷组的阳荷（Z.striolatum）进行系统的传粉生物学和繁育系统研究，进一步揭示了姜属植物中存在多样的传粉机制和复杂的繁育系统。
　　 光果姜（Z.nudicarpum）花期为5～6月，花序着生于花序轴上，每花序每天开1～3朵，单花花期为1天。花在上午11:00～11:30间开放，花药随花开同时开裂。花期内，光果姜的花粉和柱头均维持较高活性。无垫蜂是光果姜唯一的访花昆虫，有着较高的传粉效率，其访花目的为吸取花蜜兼采集花粉。光果姜花序苞片呈鲜红色，起着吸引传粉者及保护发育中的花蕾和果实的作用。光果姜花粉自授粉后，约12h可萌发至子房，自交及异交花粉管萌发速率并无显著差异。人工授粉试验结果显示，自交和异交在结实率及结籽率上均不存在显著差异，说明光果姜是自交亲和植物，且不存在近交衰退，其繁育系统属兼具自交和异交的混合交配系统。
　　 侧穗姜（Z.ellipticum）花期为8～9月，花序自茎侧穿叶鞘而出，每花序每天开1～8朵，单花花期为1天。花在下午13:00～14:00间开放，花开时花药已开裂。侧穗姜唇瓣呈深红色，有吸引传粉者的作用。苞片呈淡黄色，内含粘液，起着保护花蕾及发育中的果实作用。侧穗姜的访花昆虫亦仅为无垫蜂，其访花目的为吸食花蜜兼采集花粉。侧穗姜自交及异交花粉管在萌发速率上不存在显著差异，且授粉后14～15h可萌发至子房。人工授粉试验结果显示，侧穗姜异交在结实率及结籽率上均显著高于自交，其虽为自交亲和，却表现出明显的近交衰退现象，其繁育系统属以异交为主的混合交配系统。
　　 阳荷（Z.striolatum）花期为8～9月，花序直接着生于根状茎上，每花序每天开1～3朵，单花花期为1天。花在上午12:00～13:00间开放，花药随花开同时开裂。阳荷唇瓣呈紫色，有吸引传粉昆虫的作用。无垫蜂为阳荷唯一的访花昆虫，有着较高的传粉效率，其访花目的为吸食花蜜兼采集花粉。阳荷花粉管约授粉后10h萌发至子房，且自交及异交在萌发速率上并不存在显著差异。人工授粉试验显示，阳荷自交亲和，但自交在结实率及结籽率上均显著低于异交，存在近交衰退现象，其繁育系统属以异交为主的混合交配系统。
　　 通过对上述姜属植物的研究，发现姜属中具有多种独特的传粉机制和复杂的繁育系统，多拥有较为专化的传粉系统，且姜属植物的花部特征多表现出与传粉者的独特适应。其花粉组织化学均同时含有淀粉和脂质，属混合质花粉，表现出一致性。而姜属不同种植物的单花花粉量、胚珠数和花粉/胚珠比率间存在较大差异，且不同种间差异程度不同。

目录

文摘

英文文摘

第一章 文献综述

1.1 传粉生物学概述

1.1.1 传粉生物学的概念

1.1.2 传粉生物学的发展简史

1.2 传粉生物学研究现状

1.2.1 传粉生物学与植物的繁育系统

1.2.2 植物性表达的多样性

1.2.3 传粉系统的多样性

1.2.4 花部特征与传粉者的相互作用

1.3 姜科植物传粉生物学研究现状

1.4 本论文的研究目的及意义

第二章 研究方法

2.1 花部的形态结构特征观察

2.1.1 花的形态特征观察

2.1.2 花粉粒和柱头形态结构的观察

2.2 开花生物学特性观察

2.2.1 开花物候观察

2.2.2 花粉活性与柱头可受性的测定

2.2.3 花粉组织化学的检测

2.2.4 单花花粉量、胚珠数和花粉/胚珠比率的测定

2.2.5 花蜜分泌量、含糖量的测定

2.3 访花昆虫的观察

2.3.1 访花昆虫种类及访花行为的观察

2.3.2 访花昆虫传粉效力检测

2.3.3 访花昆虫专一性检测

2.3.4 访花昆虫体表所携带花粉活性检测

2.4 居群自然状态下柱头受粉情况检测

2.5 繁育系统检测

2.5.1 不同授粉处理的花粉管萌发情况检测

2.5.2 不同授粉处理的结实率和结籽率检测

第三章 光果姜传粉生物学研究

3.1 研究植物与观察地点

3.1.1 研究植物

3.1.2 观察地点

3.2 实验结果与分析

3.2.1 开花生物学特性

3.2.2 花粉活性、柱头可受性及花粉组织化学

3.2.3 单花花粉量、胚珠数和花粉/胚珠比率

3.2.4 花蜜分泌量、含糖量

3.2.5 访花昆虫及其访花行为

3.2.6 居群自然状态下柱头受粉情况

3.2.7 繁育系统

第四章 侧穗姜传粉生物学研究

4.1 研究植物与观察地点

4.1.1 研究植物

4.1.2 观察地点

4.2 实验结果与分析

4.2.1 开花生物学特性

4.2.2 花粉活性、柱头可受性及花粉组织化学

4.2.3 单花花粉量、胚珠数和花粉/胚珠比率

4.2.4 花蜜分泌量、含糖量

4.2.5 访花昆虫及其访花行为

4.2.6 居群自然状态下的花粉移出率及柱头受粉情况

4.2.7 繁育系统

第五章 阳荷传粉生物学研究

5.1 研究植物与观察地点

5.1.1 研究植物

5.1.2 观察地点

5.2 实验结果与分析

5.2.1 开花生物学特性

5.2.2 花粉活性及柱头可受性

5.2.3 单花花粉量、胚珠数和花粉/胚珠比率

5.2.4 花蜜分泌量、含糖量

5.2.5 访花昆虫及其访花行为

5.2.6 繁育系统

第六章 讨论

6.1 姜属植物花形态特征与功能

6.2 姜属植物传粉昆虫的访花行为与交配系统

6.3 姜属植物专化传粉系统的适应意义

6.4 姜属植物传粉机制及繁育系统的分化

6.5 姜属植物的花粉组织化学

6.6 姜属植物的花粉胚珠比率

6.7 同域植物同步开花的生殖干扰及对应的隔离机制

结论

参考文献

致谢