菏澤牡丹的傳粉生態學特性研究

呂惠楠，魏建華，劉林德*，張 莉，孫 杰，劉志浩，孔憲海

（1.魯東大學生命科學學院，山東煙臺 264025；2.煙臺三維巖土工程技術有限公司，山東煙臺 264002）

牡丹（Paeonia suffruticosa）為芍藥科（Paeoniaceae）芍藥屬（Paeonia）植物，又名富貴花等，為多年生落葉灌木［1］。牡丹在西周時期就已經被應用、栽培和觀賞，我國也是牡丹全球種植面積最廣和品種最齊全的國家［2］。

菏澤牡丹屬于中原牡丹，觀賞價值高，為我國目前主栽品種［3］。關于菏澤牡丹的傳粉生態學研究未見報道，基于此，對生長在菏澤地區和生長在煙臺地區的牡丹分別進行傳粉生態學特性比較研究，以期對菏澤牡丹的栽培育種、異地栽培、花期控制等提供更加詳盡合理的理論指導。

1 材料與方法

1.1 研究地點概況

本研究分別在菏澤的牡丹園與煙臺的魯東大學牡丹園內進行，后者由魯東大學菏澤校友在2010 年興建，牡丹引自菏澤。因為氣候原因，魯東大學牡丹園內的菏澤牡丹開花時間較菏澤地區晚10 d 左右。

1.2 試劑與儀器

聯苯胺，購自酷爾化學科技（北京）有限公司；紅四氮唑，購自天津市福晨化學試劑有限公司。

日立TM-1000 掃描電鏡（SEM）、相機（HDRCX390E）。

1.3 研究方法

1.3.1 花粉活力檢測

牡丹花粉活力的檢測采用TTC 法測［4］。使用10%蔗糖溶液配制0.5%TTC 溶液，將花朵散粉后不同天數（1～7 d）的花粉置于載玻片上，取TTC 溶液滴于花粉處，蓋上玻片，放在內置濕濾紙的平皿中，37 ℃遮光環境下2 h 后顯微鏡觀察并統計變紅花粉的百分比。

1.3.2 柱頭可授性檢測

使用聯苯胺-過氧化氫法測定牡丹柱頭可授性［5］。使用1% 聯苯胺、3% 過氧化氫與水配制體積比為4 ∶11 ∶22 的反應液，取兩地不同時期的花朵，用刀片切下柱頭，將其浸入反應液中。若反應液變為藍色且出現氣泡，說明柱頭具可授性。

1.3.3 柱頭的掃描電鏡觀察

在菏澤地區取不同發育時期的牡丹花朵，FAA 固定液固定8～24 h，保存后送至魯東大學觀察；煙臺地區牡丹直接采自牡丹園后攜至實驗室。切下花柱（連同少量花盤），置于培養皿中，培養皿中提前鋪有干濾紙，干燥后使用導電雙面膠（直立）粘到掃描樣品臺上，在日立TM-1000 掃描電鏡下觀察并拍照。

1.3.4 訪花昆蟲及訪花行為觀察

在牡丹園內隨機選擇植株并標記，在開花后7 天內連續觀測，觀察訪花昆蟲種類和訪花行為。期間每天7:00—18:00 的每小時內連續觀察30 min。統計訪花昆蟲所屬的目、頻率及其訪花行為。

2 結果與分析

2.1 花粉活力檢測結果

花粉活力檢測結果見圖1。煙臺地區牡丹與菏澤地區牡丹的花粉活力在開花初期（1～2 d）差異不顯著。菏澤地區牡丹花粉活力在開花后3 天內逐漸升高，到第4天才開始緩慢下降，到第7 d 活力降至較低水平；而煙臺地區牡丹的花粉活力在開花后2 天達到最高，3 d 后便開始下降，且下降較快。生長在菏澤和煙臺的牡丹的花粉活力隨時間變化速度不同，但在開花后4 天內都表現為較高水平。

2.2 柱頭可授性檢測結果

圖1 牡丹的花粉活力

菏澤地區牡丹與煙臺地區牡丹柱頭可授性見表1。在第1 天內具有一定的強度，第2 天內達到最強，并且1～3 d內，兩地區牡丹的柱頭可授性無顯著差異；第4 d煙臺地區牡丹柱頭可授性開始迅速下降，至第6 d 無可授性；菏澤地區牡丹柱頭可授性則在第5 d 才開始顯著下降，至第7 d 柱頭可授性消失。綜上所述，菏澤地區牡丹與煙臺地區牡丹柱頭可授性都是在開花后先增強再逐漸降低，直至失去可授性，而煙臺地區牡丹柱頭可授性下降較快，柱頭壽命較短。

表1 菏澤地區與煙臺地區牡丹柱頭可授性檢測結果

2.3 柱頭的掃描電鏡觀察

采用TM-1000 掃描電鏡觀察到的菏澤地區與煙臺地區牡丹柱頭圖像。菏澤地區牡丹開花1 d 的柱頭表面乳突細胞發育不明顯，只有少量花粉附著（圖2a）；開花2 d的柱頭上乳突細胞發育明顯，有大量花粉附著，此時柱頭具有最強的可授性（圖2b）；開花3 d 牡丹的柱頭形態沒有明顯變化；開花4 d 柱頭開始干癟，乳突細胞皺縮，可授性也開始下降。煙臺地區牡丹開花1 d 乳突細胞開始發育，表面附著花粉較菏澤地區牡丹更豐富；開花2 d 的柱頭表面有大量花粉附著，乳突細胞開始發育；開花3 d牡丹的柱頭大部分乳突細胞較飽滿，部分出現萎縮，黏液面積更大；開花4 d 的牡丹柱頭開始干癟，乳突細胞大量皺縮，柱頭頂端黏液較多，此時柱頭可授性也開始急劇下降。

2.4 訪花昆蟲及其行為

兩地牡丹的訪花昆蟲主要有膜翅目（Hymenoptera）、鱗翅目（Lepidoptera）、雙翅目（Diptera）和鞘翅目（Coleoptera）。牡丹訪花昆蟲的訪花頻率如圖3 所示。兩地牡丹的訪花昆蟲主要集中于10:00—16:00，且膜翅目為主要訪花昆蟲。菏澤地區牡丹的膜翅目訪花昆蟲數量隨時間逐漸增加，在14:00—16:00 期間達到最高。煙臺地區牡丹的膜翅目訪花昆蟲的訪花頻率總體上相對穩定，同時在10:00—12:00 和14:00—16:00 出現兩個小高峰；10:00 前和12:00—14:00 膜翅目訪花昆蟲相對較少，原因可能是早間溫度較低，且空氣濕度較大，膜翅目的活動能力較弱，而12:00—14:00 期間溫度較高，導致膜翅目訪花昆蟲數量減少。煙臺地區牡丹的鱗翅目、雙翅目和鞘翅目訪花昆蟲的數量和頻率比菏澤地區要高，但這三個目的訪花昆蟲訪花時間短且都是隨機訪花，為不穩定訪花昆蟲。

圖2 菏澤地區與煙臺地區牡丹柱頭電鏡掃描圖

兩地牡丹的膜翅目訪花昆蟲主要為蜂類，蜂類訪花時前足抱握花藥，取食花粉，這期間也會用后足收集花粉；有些蜂類訪花昆蟲也直接落到花朵上，其身體和腿上的采粉毛上會黏有大量花粉，訪花結束后會飛到空中整理花粉，再飛到其他的花朵上，起到傳播花粉的作用。

圖3 牡丹訪花昆蟲的訪花頻率

3 討論

本研究中，生長在菏澤地區的牡丹和生長在煙臺地區的牡丹其花粉活力在開花初期（1～4 d）均處于較高水平，且花粉的壽命都可維持7 d 左右，但煙臺地區牡丹花粉活力達到最高時間比菏澤地區牡丹提前1 天，且下降速度較快。

生長在煙臺地區的牡丹柱頭可授性維持時間較短，且下降迅速。牡丹花柱頭的形態隨開花時間的變化而變化，且其形態與其可授性有一定聯系：開花后4 天起，柱頭開始干癟，同時其可授性開始下降，直至柱頭變黃干枯，可授性消失。從柱頭的亞顯微形態上來看，煙臺地區牡丹比菏澤地區牡丹更早開始出現干萎跡象，柱頭可授性下降也較快。生境的不同是菏澤地區和煙臺地區花粉活力和柱頭可授性表現出差異的重要原因。煙臺地區處于沿海，晝夜溫差較大，風力較強，牡丹花的雌蕊和花粉失水較快，且白天溫度較高，所以在煙臺地區的牡丹柱頭可授性下降較快，壽命較短。因此在培育收籽牡丹時最好選擇在氣候溫和，晝夜溫度相差較小的地區。

本研究中，鱗翅目、雙翅目和鞘翅目是牡丹的不穩定訪花昆蟲，訪花行為并無特定規律，對牡丹花的傳粉作用只是被動傳粉，對牡丹的傳粉作用很有限。