马钱科断肠草[Gelsemium elegans(Gardn.& Champ.)Benth.]的异型花柱及其繁育生物学研究

摘要

异型花柱是花的多态性现象，包括长花柱型花(long—styled type，L)、短花柱型花(short—styled type，S)，有时还具有等花柱型花(homostyled type，H)。L型花的柱头高度和S型花的花药高度对应，反之亦然。断肠草属(Gelsemium)是东亚—北美间断分布属，共3种，为G．sempervirens、G．rankinii和断肠草(G。elegans)，均是异型花柱植物。G.sempervirens和G．rankinii分布于北美；G．elegans分布于东亚。断肠草除具有L型花和S型花外，还具有短H型花(SH)，即具有短的花柱和短的雄蕊。目前对东亚的断肠草仅见毒理和药理方面的研究，少见异型花柱现象的形态学及繁育生物学研究。本文研究了断肠草属三种植物蜡叶标本的叶表皮和花粉形态特征，考察了断肠草异型花柱的生境和局部区域空间分布，研究了断肠草异型花柱的繁育系统。 在形态特征方面，断肠草属三种植物的叶表皮和花粉形态特征是相对稳定的，种间以及种内差异不显著，但是在气孔指数和花粉粒大小方面存在显著差异。G．rankinii的气孔指数为28.4％，显著大于G.sempervirens(21.4％)和G.elegans(19.2％)。断肠草SH型的花粉粒最大(35.76μm×23.70μm)，S型的次之(29.74μm×20.35μm)，L型的最小(27.36μm×18.56μm)。而G.sempervirens的L型的花粉粒大小为40.75μm×26.03μm，大于断肠草的花粉粒。断肠草三种花型的花部特征在型内个体间偏差较大，从型内到型间是连续变化的，型间具有或大或小的重叠区域。但S型花的长度、花丝长度/花冠管长度这两个特征与L型和SH型的分离。 在区域空间分布方面，断肠草在受干扰后的次生生境中与当地常见阳生植物共存。断肠草不同花柱类型的生境没有差异，种群中存在着单型花(SH或者L)、两型花(L、S)或者三型花(L、SH和S)。种群中若同时存在L型花和S型花，其数量比接近于1:1。 在繁育系统方面，断肠草三种花型的花期相同。通过花粉/胚珠比率与异交系数的检测，断肠草L型和S型为专性异花传粉类型，SH型为兼性异花传粉类型，这是由于断肠草所处的早期演替生境具有较稳定的传粉昆虫。断肠草的花蜜产量和糖浓度与断肠草的花型、开花天数有关。开花2天时，花蜜产量以SH型的最高(0.49μL)，花蜜糖浓度则数S型的为最高(94.00％)。 人工传粉实验表明断肠草并不拒绝自花传粉。L型花和S型花进行同花传粉、同株异花传粉、同型异株传粉和异型异株传粉时，结实率均在60％以上，高于自然结实率的47.52％和53.71％。这表明断肠草的交配系统偏离了典型的异型花柱交配系统，为SH型花的入侵提供了条件。不同种群中SH型花的比例不一，表明SH型入侵的时间各异，种群处于不同的进化阶段。SH型花的自然结实率为86.64％，其自花传粉是成功的。三种花型的单株处理结实率与整体平均值之间存在或大或小的偏离，植株间的差异明显，表明对单株的处理难以准确反映整体的水平。断肠草的种子萌发率约为70％，且三种花型植株产生的种子萌发率没有显著差异。但是断肠草的幼苗存活率较低，绝大多数实生苗不能存活到繁殖期。

目录

文摘

英文文摘

声明

1.前言

1.1断肠草的研究简史

1.2断肠草的形态学特征

1.3断肠草的地理分布

1.4断肠草属的繁育系统

1.5断肠草属植物与昆虫的关系

1.5.1断肠草属的传粉昆虫

1.5.2断肠草属植物异型花柱受到的虫食压力

1.6断肠草的实用价值

1.7异型花柱现象及其研究进展

1.7.1异型花柱的形态学研究

1.7.2异型花柱的基因表现型研究

1.7.3异型花柱的生理学研究

1.7.4异型花柱的繁育生物学研究

1.7.5异型花柱的起源

1.7.6异型花柱的进化趋势

1.8研究断肠草异型花柱的意义

2.内容与方法

2.1断肠草属的形态特征

2.1.1断肠草属的叶表皮特征

2.1.2断肠草属的花粉形态特征

2.1.3断肠草三种花型柱头的特征

2.1.4断肠草三种花型的花部特征

2.2断肠草异型花柱的地理分布

2.2.1断肠草的生境

2.2.2断肠草异型花柱的区域空间分布

2.3繁育系统

2.3.1开花物候

2.3.2花粉/胚珠比率

2.3.3异交系数

2.3.4花粉散失率

2.3.5柱头可授性

2.3.6花粉活性

2.3.7花蜜含量与糖分分析

2.3.8访花昆虫

2.3.9人工授粉

2.4种子萌发实验

3.结果与讨论

3.1断肠草属各种的形态特征

3.1.1断肠草属的叶表皮特征

3.1.2断肠草属的花粉形态特征

3.1.3断肠草三种花型的柱头特征

3.1.4断肠草三种花型的花部特征

3.2断肠草异型花柱的区域空间分布

3.2.1断肠草的生境

3.2.2断肠草异型花柱的区域空间分布

3.3繁育系统

3.3.1开花物候

3.3.2花粉/胚珠比率

3.3.3异交系数

3.3.4花粉散失率

3.3.5柱头可授性

3.3.6花粉活性

3.3.7花蜜含量及糖分分析

3.3.8访花昆虫

3.3.9人工授粉

3.4种子萌发实验

4结论与展望

4.1断肠草属各种的形态特征差异

4.1.1断肠草属的叶表皮特征

4.1.2断肠草属的花粉形态特征

4.1.3断肠草三种花型的柱头特征

4.1.4断肠草三种花型的花部特征

4.2断肠草异型花柱的区域空间分布

4.3繁育系统

4.3.1开花物候

4.3.2花粉/胚珠比率

4.3.3异交系数

4.3.4花粉散失率

4.3.5柱头可授性

4.3.6花粉活性

4.3.7花蜜含量及糖分分析

4.3.8访花昆虫

4.3.9人工授粉

4.4种子萌发率

4.5后期研究展望

参考文献

附录Ⅰ彩图

附录Ⅱ硕士期间发表的文章

致谢