華木蓮開花結實特性及其瀕危的影響因素1)

龍桂根 陳發菊 陳應德 姚蕾 鄭慶衍 李乾明 王勇

(宜春市科學院，宜春，336000) (三峽大學) (宜春市科學院)

華木蓮(SinomanglietiaglaucaZ. X. Yu et Q. Y. Zheng)又名落葉木蓮，是木蘭科木蓮屬中唯一落葉樹種。華木蓮是1988年在江西省宜春市明月山國家森林公園境內發現的木蘭科新種，為我國特有種，國家一級瀕危保護植物，呈點狀狹窄地散生于袁州區洪江鄉木坪及玉京山一帶，野生種群數量十分稀少，為極度瀕危植物。該樹種發現以來，龍桂根等[1]對華木蓮生殖發育、居群遺傳結、種苗繁育、種質資源保護與篩選等方面進行了研究，并為保護、開發這一珍貴植物資源奠定了基礎。

華木蓮自然分布狹窄、個體數目少、遺傳基礎薄弱、自然更新困難等問題已經嚴重影響其天然種群的生存狀況[2-4]。華木蓮天然種群的穩定存在是研究、開發、利用這一特色種質資源的基礎，更是種質資源保護、優良種質挖掘、可持續生態林業發展的根本所在。繁育系統、生殖衰退往往是植物瀕危的關鍵因子[2-3]。為了更好地保護華木蓮野生種群，系統研究華木蓮繁育系統，分析其生殖生物學等內在因素對華木蓮瀕危的影響程度，是探尋并制定華木蓮野生種群保護策略的首要問題[2，5-6]。

本研究以華木蓮為研究對象，對其開花生物學特性、人工授粉及自然結實情況進行了初步研究，并以此為基礎分析其致瀕原因，提出保護措施，旨在為野生華木蓮的保護、遺傳育種及繁育提供參考，豐富瀕危植物保護生物學理論，為研究其他瀕危植物瀕危機制提供借鑒。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

根據華木蓮自然分布情況、人工林生長情況、結實情況，選取個體數量在20株以上，長勢良好且結實相對穩定的3個不同地點華木蓮種群進行調查，其地理信息見表1。于2016、2017、2018、2019、2020年對3個不同地點的華木蓮開花結實特性進行觀測。所觀測的華木蓮樹齡均在10 a以上，生長健壯，連續正常開花結果4 a以上。

表1 3個華木蓮種群信息

1.2 華木蓮開花物候觀測

選取溫湯試驗林場種群中的5株華木蓮各15朵華木蓮花進行連續觀測，記錄花朵形狀、顏色、大小、雌蕊、雄蕊、花被片長度及片數。

華木蓮開花物候調查，主要是記錄始花時間、花朵開放、花瓣伸展、雄蕊個數、終花時間、單花持續時間、整株開花狀況、群體開花狀況等。

1.3 雜交指數的估算

雜交指數的估算按照Dafni的標準，根據花序直徑、花朵大小、開花過程中的測量數據，綜合評估華木蓮繁育系統[2，7]。隨機選擇10朵華木蓮花，測量其花朵直徑(d)，以其平均值作為指標，d≤1 mm、1 mm6 mm分別計值為0、1、2、3；根據花藥開裂與柱頭可授期的間隔時間，雌雄同熟或雌蕊先熟、雄蕊先熟分別計值為0、1；根據柱頭與花藥的空間相對位置，高度相同、空間分離，分別計值為0、1。

以上三者之和為雜交指數(OCI)，其值為0時表明繁育系統是閉花授粉，為1時是專性自交，為2時是兼性自交，為3時是自交親和(有時需要傳粉者)，為4時是部分自交親和，異交需要傳粉者[2，7]。

1.4 控制授粉試驗

4月初，隨機選擇3株樹各15個嫩綠色花苞進行4個不同處理的授粉試驗：花苞套袋處理，未作任何處理，僅套袋隔離；對照，不作任何處理，置于自然條件，同步觀測；人工控制授粉，在花苞成黃綠色時人為打開花瓣，并去雄，用同株或異株花朵的花粉進行授粉，授粉后，套袋隔離。套袋隔離3～5 d后，解開授粉袋，觀測其發育結實情況，直至9月中下旬結束觀測，以檢測其授粉特性。

1.5 果實特性測定

采種期為9月下旬，以樹上果實全變為麻黃色，果實微裂，見紅色假種皮為準。

結實特性調查：在采種時，對每個種群的開花結實情況(花期、果期)進行調查。

結實單株的頻率的統計：從3個種群中分別隨機選定3個20 m×20 m的固定樣地，從該種群出現開花結實的單株開始，每年統計結實單株的數量，連續統計5 a。5 a內開花結實單株數的最大值，即為該種群的結實單株數量，結實單株率=結實單株數量/全部活立木數量×100%。

萌芽試驗：隨機挑選15個單株家系的種子，分別取出帶有假種皮的種子及無假種皮的種子各100粒，分別播種，重復3次，待種子萌芽后，每天下午觀測種子萌芽情況，連續10 d萌芽數量無變化，則為最終萌芽數量，萌芽率=最終萌芽數量/種子粒數×100%。

假種皮質量測定：隨機挑選15個單株家系，分別采種后，分單株室內陰干至果殼全部裂開，取出種子并稱其質量(G1)，搓洗假種皮，再次稱質量(G2)，則單株種子質量為G1，假種皮質量分數=100%×(G1-G2)/G1。

1.6 數據處理

采用Excel2007對種群果實各性狀進行常規統計、分析，采用SPSS19.0對種群間果實性狀進行多重比較。

2 結果與分析

2.1 開花特性

2.1.1 花部特征

華木蓮的花單生枝頂，芳香，花被12片或16片，淡黃色，螺旋狀排列成3～4輪，每輪4片。外輪花被片為長橢圓形，長7.0～7.4 cm，寬1.8～2.0 cm；中輪花被片為披針形，長6.6～5.2 cm，寬1.3～1.7 cm；內輪花被片為披針狀線形，長5.5～6.0 cm，寬0.3～0.8 cm。雄蕊36～60枚，長0.6～0.7 cm，花絲極短，長約0.1 cm。心皮15～22枚，每枚心皮有6～8個胚珠。華木蓮雌雄同株同花，雄蕊聚生于圓錐狀花托基部周圍，長0.8～1.2 cm；雌蕊生于花托頂端(圖1)。

A.完全開放的花朵及完全閉合的花苞；B.除去部分花苞片的花苞；C.雌蕊和雄蕊；D.花苞片及雄蕊。

2.1.2 華木蓮開花過程

根據對華木蓮開花過程的觀測，華木蓮開花可以分為蕾期、初開期、盛開期、重合期、萎蔫期、凋零期。華木蓮蕾期從3月下旬開始，顯著特征為花芽開始顯著膨大，花苞苞片由嫩綠色轉為黃綠色，此時雌蕊已成熟，其柱頭呈白色并分泌粘液，可接受花粉，此階段持續約32 h，如圖2A；初開期，外輪花被片展開，內側2輪花被片仍緊密合攏，此時花粉成熟，授粉可充分進行,此階段持續約12 h，如圖2B；盛開期，所有花被片均展開，內輪花被片向外稍微傾斜，所有雄蕊呈散開狀，花粉全部成熟，柱頭處于不可授粉狀態,此階段持續約8 h，如圖2C；重合期，內側2輪花被片重新閉合，外輪花被片保持展開狀態，此階段持續時間約為8 h，與初開期間隔時間較短，為1.17～1.50 d左右，球果雛形形成，如圖2D；萎蔫期，從花被片頂端開始枯黃，到全部枯黃為止，持續時間約為20 h，如圖2E；凋零期，花被片、雄蕊均枯萎脫落，花期結束，如圖2F。由此可知，華木蓮單花花蕾期相對較長，約1.5 d，初開期至萎蔫期，花期為2～3 d。單株開花時期不一，陸續開放。

A.蕾期；B.初開期；C.盛開期；D.重合期；E.萎蔫期：F.凋零期。

2.1.3 雜交指數估算

根據對3個種群的華木蓮花朵觀測可知，華木蓮花朵直徑最小為7.5 cm，最大為16.8 cm，平均值為12.9 cm，為大型花，對應值為3。華木蓮花在花被片即將展開之時，其花藥未開裂，花粉未成熟，而雌蕊柱頭已經分泌出粘液，處于成熟狀態，雌蕊先熟，對應值為0。華木蓮花為雌雄同花，花被片散開時，其柱頭位置高于花藥，對應值為1。由此可見華木蓮雜交指數為4，為異花授粉為主，自花授粉為輔。

2.1.4 華木蓮授粉情況

對不同授粉處理的花朵結實情況統計結果見表2。結果表明，自然狀態的木蓮結實率僅為40.00%；套袋隔離狀態的結實率為13.33%，不能正常結實者在12 d左右花托自然脫落；同株異花授粉的結實率為73.33%；異株異花授粉的結實率為86.67%；人工去雄未授粉的花朵，花托全部脫落。結果表明，華木蓮以異花授粉為主，自花授粉為輔。

表2 華木蓮不同授粉處理的結實情況

根據華木蓮花朵特性、開花過程、雜交指數、套袋隔離花朵的結實特性，可以看出，由于華木蓮著花方式為頂生，花期短，開花后存在重新閉合現象，且其授粉方式為異花授粉，加之雌蕊先熟，從而導致華木蓮自然開花結實率低，甚至只開花不結實，這是其瀕危原因之一。

2.2 華木蓮的結實特性分析

2.2.1 華木蓮結實特性

對來自不同種群、不同樹齡的華木蓮活立木進行連續10 a的觀測，發現袁州區溫湯鎮、袁州區洪江鄉、奉新縣采育林場的華木蓮初始開花結實的樹齡分別為6、7、6 a，其平均樹齡為6.33 a；盛果期分別為11、13、10 a，盛果期出現的平均樹齡為11.33 a。所有結實量較多的單株一般處于林窗處或林緣，林分內的單株果實多集中在樹冠上部，這一現象表明華木蓮結實過程需要較多的光照。

近3 a觀測，發現wt-19(wt為溫湯林場華木蓮種群，19為單株編號)、hj-3(hj為洪江木坪村華木蓮種群，3為單株編號)、hj-35、hj-21、wt-7等10個單株在2017、2018年均有結實，2019年wt-19、wt-10、wt-11、wt-1等活立木未結實。同時可以看出，3 a內，華木蓮單株果實產量出現明顯的“大小年”現象，整體平均值2017年、2018年、2019年分別為11.2、19.0、5.9 kg·株-1。對于單株華木蓮活立木，每年果實產量存在較大變化，極度不穩定，如wt-4單株在2018年結實量達到50.1 kg·株-1，而2019年僅為3.0 kg·株-1。

3 a連續的觀測結果也顯示，華木蓮人工林結實量較相同樹齡的天然林結實量相比分別高3.53%、4.12%、3.75%，但差異不顯著。同時，華木蓮人工林、天然林種群中，結實單株分別占到整體林分的42.18%、37.95%，即未結實的單株占一半以上。

表3 部分華木蓮不同單株不同年份結實量

2.2.2 華木蓮種子假種皮質量分數

為更好地分析華木蓮果實特性，對華木蓮種子的單株產量、假種皮質量進行了測定分析，結果見表4。華木蓮種子假種皮質量平均占整個種子質量的58.37%，最大占66.16%，最小占41.30%。發芽試驗中，帶假種皮的種子發芽率僅有10.20%，其最低發芽率為3.50%；搓洗掉假種皮的種子發芽率達到95.70%，最低為81.00%。實際生產中，假種皮未搓洗干凈的種子發芽率降低，甚至不萌芽。趙武[8]、俞志雄等[9]的研究認為，肉質假種皮中大多數為萜烯類、醇類化合物，其可以保護種子，防止失水，但對種子萌芽具有明顯的抑制作用。自然脫落的華木蓮種子，少部分肉質假種皮被鼠類、鳥類消化，絕大部分種子的假種皮在地上容易迅速霉變腐爛，導致種子霉變而腐爛，這也是華木蓮自然條件難以進行林下更新的直接原因。

表4 華木蓮肉質假種皮的質量分數及其對種子發芽率的影響

續(表4)

3 結果與討論

華木蓮單花壽命2～3 d，盛開期僅8 h，整個種群持續開花，存在開花后重新閉合現象，難以吸引傳粉者，這是導致華木蓮瀕危的重要原因之一。本研究認為，華木蓮單花開花過程可分為6個階段，花期為2～3 d，開花后存在重新閉合直至凋零的現象。整個種群花期持續15 d左右，持續開花，無盛花高峰期。開花期為4月中下旬，多為陰雨天氣。華木蓮花朵對傳粉昆蟲基本沒有吸引力，導致授粉不充分，自然結實率低。華木蓮雜交指數為4，為異花授粉為主，自花授粉為輔。從雜交指數及套袋授粉可以看出，華木蓮繁育系統為異交，初開期雌蕊為成熟末期，而此時花藥未開裂，花粉剛開始成熟，兩者同時具有活力的時間僅為5 h左右。華木蓮雌蕊在上，雄蕊在下，雌雄異位，自花授粉難以進行，異花授粉又無活躍的授粉昆蟲[10-12]，這也是華木蓮瀕危的重要因素之一。

華木蓮種群結實率低(42.18%～37.95%)、不穩定，原因是華木蓮結實需要較多的光照，且其花期短，開花后存在重新閉合的現象。華木蓮授粉方式為異花授粉，加之雌蕊先熟，導致華木蓮自然開花結實低，甚至只開花不結實，從而導致其瀕危。

華木蓮種子假種皮過厚，抑制萌芽。華木蓮種子肉質假種皮質量達到整個種子的57.37%，帶有假種皮的種子萌芽率僅有10.20%，這進一步說明較厚的假種皮會降低華木蓮種子的萌發率。

本研究認為，華木蓮花朵結構、開花過程、開花模式、授粉特性、種子生物學特征均為其瀕危的主要因素。華木蓮花期持續開花模式、同期開花數量少、單花花期極短、開花時期陰雨低溫，這些都影響華木蓮花朵對授粉昆蟲的吸引力。華木蓮雄蕊聚生于圓錐狀花托基部，雌蕊螺旋聚生其上部，柱頭可授性遠早于花粉成熟，進一步加劇華木蓮授粉的難度。授粉試驗表明，華木蓮自然授粉結實率低，僅為40%，而同株異花、異株異花授粉結實率達到73%、87%，這進一步說明華木蓮異花授粉結實率高。另外，華木蓮種子假種皮過厚，抑制種子萌芽并導致其霉變腐爛，直接降低了華木蓮天然更新的可能性。華木蓮幼苗前期喜陰后期喜陽的特性，也是華木蓮瀕危的原因。因此，在華木蓮開花期間，開展人工輔助授粉，并及時收集華木蓮種子，去除其肉質假種皮，人工促進其萌芽，是提高華木蓮結實率、種子萌芽率的可行性手段，也是提高其種群多樣性途徑。

本研究通過對華木蓮不同種群開花結實過程連續跟蹤觀測、分析，從其開花結實物候、繁育系統、授粉特征、結實特性等方面對華木蓮進行了初步研究,分析了其繁育生殖致瀕機制，為華木蓮進一步開發提供參考。