为揭示梳帽卷瓣兰(Bulbophyllum andersonii)的繁殖特性和传粉机制,在2023年对分布于云南西双版纳的梳帽卷瓣兰野生居群开展了传粉生物学研究,包括开花物候、繁育系统、传粉昆虫、花部微观形态特征及花的挥发性成分等.结果如下:梳帽卷瓣兰的盛花期在7月中旬,单花花期为5 d;繁育系统属于异交并依赖传粉者,自然结实率为26.06%;套袋试验表明自交不亲和,不存在无融合生殖和自动自花授粉现象;唇瓣的铰链结构、传粉通道及宽大的侧萼片等花部特征在传粉过程中发挥重要作用;曲角杆蝇(Gampsocera sp.)是其唯一有效传粉者并在访花过程中表现出舔舐唇瓣的行为;通过扫描电镜观察发现,唇瓣上附着大量的特殊颗粒,可能是访花者的食物报酬;花部挥发性气味主要含有单萜类、芳香类等化合物,其中邻苯乙醚和避蚊胺可能与昆虫访花行为有关.上述研究结果表明,梳帽卷瓣兰的花形态结构与气味适应于曲角杆蝇进行传粉,属于特化传粉系统.

深入了解濒危物种的繁殖特性,能为物种制定有效保护策略提供科学依据.于2022和2023年对中国科学院西双版纳热带植物园迁地保存的纹瓣兰(Cymbidium aloifolium)的繁殖生物学特征进行了观察和研究,主要包括开花物候、繁育系统、花部形态特征、昆虫传粉特征以及花的挥发性成分等.结果表明,纹瓣兰的盛花期在4月中旬,单花花期7 d;群体花期约为36 d.花粉活力在开花第1天时最高,约为47.15%,之后呈下降趋势.柱头在整个单花期一直具可授性,开花第2天可授性最强.人工授粉实验表明纹瓣兰自交亲和,不存在无融合生殖和自动自花授粉,繁育系统属于兼性异交繁育并依赖传粉者,自然结实率较低为 6.9%.唇瓣的先端和基部的表皮细胞分别为锥形和指状突起,基部的指状突起细胞外附着有油脂颗粒,可能是传粉者的报酬.药帽黄色,其表皮细胞为锥形细胞,能够反射光线,可能起到吸引昆虫的作用,中华蜜蜂(Apis cerana)是纹瓣兰唯一的有效传粉昆虫.纹瓣兰的挥发性气味中(E)-乙酸-2-癸烯-1-醇酯含量最高.因此,纹瓣兰的花部结构与传粉昆虫具有显著的适应性.

[目的]研究湖北黄精花部形态结构特征和大小孢子发生及雌雄配子体发育过程,以丰富黄精属植物的生殖生物学理论,为进一步开展湖北黄精的品种选育提供依据.[方法]以不同发育时期的湖北黄精花芽为试验材料,用显微观察法观察花部形态结构特征,石蜡切片技术对单花雌雄蕊进行切片观察.[结果]湖北黄精的花被为白色或淡黄绿色,花被筒近喉部稍缢缩;具6枚雄蕊,花丝下端与花被合生,花药开裂方式为纵裂;雌蕊子房上位,3心皮,花柱与子房等长.湖北黄精花药壁由4层细胞组成,成熟的绒毡层具多核,绒毡层发育类型为分泌型;小孢子母细胞减数分裂为连续型,四分体呈左右对称型排列,成熟花粉粒为2-细胞型;存在小孢子发育不同步的现象.雌蕊胚珠具双珠被、厚珠心;四分体呈直线型排列,胚囊发育类型为蓼型;存在双胚囊胚珠现象.在雄蕊的花药壁和雌蕊的子房壁都观察到有束状草酸钙针晶.[结论]湖北黄精雌雄蕊具有较原始的发育特征,虽然在发育过程中都存在异常现象,但雄蕊最终能形成正常的雄配子体,雌蕊低频率的双胚囊现象对总体受精结果影响很小.湖北黄精杂交育种可以选择花药开裂前一时期的花粉,花药壁和子房壁观察到的束状草酸钙针晶无法作为湖北黄精物种鉴定的依据.

川芎是著名的川产道地药材,原植物Ligusticum chuanxiong长期采用无性栽培,存在有性生殖障碍,制约其种质创新.该研究基于比较解剖学研究思路,通过形态解剖、石蜡切片、染色压片以及结合扫描电镜技术,对川芎及其近缘野生藁本L.sinense的生殖生长各个阶段的花部特征、果实、种子进行了比较研究.结果表明川芎花药花粉母细胞减数第二次分裂期间存在异常,四分体时期小孢子大小不均匀、数量不一致;花药发育过程中绒毡层细胞未退化完全;花粉成熟期,花药壁存在细微裂缝,花药大部分不能正常释放花粉;成熟花粉粒表面凹陷、部分畸形,花粉无活力且不能进行体外萌发,花粉内淀粉、多糖和脂类物质明显不足;川芎开花盛期花丝较短,向下反曲;果期可见双悬果,但果实干瘪,种子皱缩.对比观察同期藁本,花药发育正常,花粉粒有活力,双悬果饱满;开花盛期,花丝较长且直立,明显高于柱头.川芎和藁本子房内均可见成熟胚囊,未见明显不同,柱头也无明显差异.结论认为,川芎雄蕊发育过程中,花粉母细胞减数分裂、四分体、绒毡层、花丝等结构异常发育,川芎具有雄性不育特征,是其有性生殖障碍的重要原因.

该研究以东方百合'索邦'为材料,采用RT-PCR 扩增方法克隆ABI1 基因,对其进行了生物信息学分析,并采用实时荧光定量PCR 检测其组织表达特性和低温处理过程及定植后的表达特征,以明确ABI1 基因的功能特性,为解析百合ABA信号转导途径及其调控低温解除休眠过程的机理奠定基础.结果表明:(1)成功克隆得到东方百合LoABI1 基因,其编码序列长度为1 341 bp,共编码446个氨基酸;LoABI1 氨基酸序列中含有1 个蛋白磷酸酶2C(PP2C)保守结构域.(2)系统进化分析显示,LoABI1 蛋白与水稻PP2C家族成员OsPP2C06 的同源进化关系最近,且与拟南芥AtABI1 聚为一支,同属于PP2C基因家族中的A亚群.(3)亚细胞定位发现,LoABI1 蛋白定位于烟草表皮细胞的细胞核和细胞质.(4)qRT-PCR荧光定量分析显示,LoABI1基因在百合茎生根、嫩茎、叶片及各花部组织中均有表达,且在幼嫩组织中表达量较高;LoAB1I 基因在冷藏期间的表达量呈先升高后降低的趋势,并于冷藏期第5周达到峰值,但在定植期间持续下降且保持较低水平.(5)经4 ℃低温处理60 d的百合鳞茎在定植后14～28 d能发芽、28～48 d可见花蕾,而不进行低温处理的鳞茎既不萌芽也不开花.研究推测,百合LoA-BI1 基因可能在低温解除种球休眠过程中具有重要作用,LoABI1蛋白可能在百合ABA信号转导过程中发挥作用.

对四川引种栽培的蓝花丹(Plumbago auriculata Lam.)花粉与柱头形态、花部特征及开花物候进行了系统观测,并对其花粉的采集时间与储存温度进行了初步研究.结果显示:(1)两种类型花粉和柱头形态均具有较大差异,短花柱型(S型)花粉的极轴长P值和赤道轴长E值均显著大于长花柱型(L型)花粉,L型柱头则明显长于S型,且两种花粉的纹饰和柱头的瘤状突起物形态也明显不同;(2)蓝花丹具有较高的开花同步性指数(为0.89),但相对开花强度不高,属于中等强度;(3)蓝花丹两种花型在花蕾半开放时采收花粉,其活力最高,L型花粉活力可达85.24％±4.22％,S型可达87.74％ ±2.95％;(4)L型与S型花粉分别于25℃干燥0.5h和1h后再低温储存,其活力保持更好;(5)干燥后的花粉在-86℃条件下保存效果最好,储存30 d后L型花粉活力高达66.51％士0.85％、S型达69.07％±1.57％.本研究表明蓝花丹二型植株在生殖资源分配上存在明显差异,这种差异一方面导致花粉大小和形态及其所需干燥时间的不同,另一方面导致二型花柱头表现出明显不同的特征,这些差异性的结构是否参与了蓝花丹自交不亲和反应的识别过程,还有待进一步研究.此外,较低的开花强度会造成虫媒传粉困难,这可能是蓝花丹自然结实率极低的重要因素之一.

高山地区生境极端,却拥有许多形态特化的植物,非生物因素在塑造花部性状及其进化过程中发挥着重要作用.该研究选取龙胆科典型高山植物喉毛花(Comastoma pulmonarium)为对象,探究其毛状副冠在多雨、强辐射的极端高山环境中的适应意义及其对植物雌雄繁殖适合度的影响.结果表明:通过比较自然状态和人工去除副冠的花,毛状副冠有效减少了雨水对花粉的冲刷(t=2.61,P<0.05),提高了受精比率(t=2.05,P<0.05),但是对种子的质量,即种子重量和种子萌发率的影响不显著.另外,花粉浸泡在蒸馏水中后,其萌发率显著低于蔗糖溶液中(t=30.67,P<0.001),表明毛状副冠能够有效减小雨水浸泡对花粉活力的影响;同时,与自然状态相比,去除毛状副冠后的花,经太阳暴晒后,其花粉萌发率同样极显著地降低(t=9.89,P<0.001),表明毛状副冠有效地避免了太阳辐射对花粉质量产生的不利影响.该研究结果表明喉毛花的毛状副冠结构是应对高山恶劣环境的一种适应策略,对植株的雌性和雄性繁殖成功都具有重要意义,从而进一步证实了非生物因素在植物花部特征演化中的重要作用.

瑞香属植物具有重要的药用和观赏价值,在中国资源丰富,但自然条件下低坐果率限制了该属植物的进一步开发和利用.该研究以橙花瑞香为对象,通过对其有性繁殖及传粉特性的研究,探索其自然坐果率低的原因,内容包括花部特征的测量分析,MTT染色法测定花粉活性,联苯胺-过氧化氢法测定柱头可授性,扫描电镜观察柱头、花粉的形态,传粉者观察,通过花粉胚珠比(P/O)和人工授粉实验推测橙花瑞香的繁育系统类型.结果表明:橙花瑞香的花部结构特殊,管状小花,花药两轮,雌雄蕊分离.花开后的花粉具有活性,柱头具有可授性,扫描电镜下,柱头和花粉的结构没有发育异常,且柱头上有花粉落置.橙花瑞香的传粉者主要是夜间访花的蛾类,访花频率低.P/O及人工授粉实验表明橙花瑞香的繁育系统为专性异交.橙花瑞香的坐果率非常低,自然坐果率为1.4%,人工异花授粉为23.3%,低坐果率可能是受其开花量大、异花花粉限制、资源限制以及花部结构等因素的影响.

选取3种具有不同传粉环境及花部结构差异明显的通泉草属 (Mazus) 植物, 即毛果通泉草 (M.spicatus Vaniot) 、长蔓通泉草 (M.longipes Bonati) 和弹刀子菜 (M.stachydifolius (Turcz.) Maxim.), 观测其柱头触敏性行为, 测量有关花部性状, 对它们之间的相关性进行比较分析.结果显示, 在相同强度的刺激下, 毛果通泉草的柱头最为迟钝 (闭合时间最长), 弹刀子菜最为敏感, 而长蔓通泉草介于两者之间.此外, 柱头触敏性最强的弹刀子菜比柱头触敏性相对较弱的长蔓通泉草和毛果通泉草具有更深的花色、更大的单花展示、更长的药柱距以及更大的花粉胚珠比.研究结果表明通泉草属植物柱头触敏性的进化与花部特征密切相关, 它们共同影响传粉过程中对传粉者的吸引、花粉落置、传递效率以及植物交配系统的构成式样.

铁线莲属植物在花部形态和结构方面存在较大差异,遗传背景相对复杂.因此,在杂交育种前对其进行胚胎学研究具有重要意义.利用石蜡切片技术对大叶铁线莲(Clematis heracleifolia)大小孢子发生及雌雄配子体发育过程进行研究,结果显示,大叶铁线莲具雄株和两性花植株.雄花中,雄配子体发育偶见败育现象;而两性花中多数花粉发育异常,形成功能性雌花.正常发育的两性花中,雄蕊较雌蕊先发育完全.花药4室,具腺质绒毡层,偶见变形绒毡层.胞质分裂为同时型,以四面体型四分体为主,偶见左右对称型.成熟花药中,花药壁由纤维状加厚的表皮及药室内壁构成,花粉粒为2-细胞型,近球状,散沟型.子房1室,内含少量退化胚珠及1个发育正常的胚珠,倒生,单珠被,薄珠心,蓼型胚囊,具线形大孢子四分体及双核反足细胞.大叶铁线莲可能处于相对进化的过渡地位.在杂交育种中,建议以雄花植株作为父本,两性花植株仅用作母本;在两性花花芽大小为0.5-0.8 cm时进行去雄处理.