陽春砂的開花動(dòng)態(tài)及花粉活力和柱頭可授性研究*

彭建明，李榮英，李 戈，王艷芳

(中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院、中國協(xié)和醫(yī)科大學(xué)藥用植物研究所云南分所，云南景洪 666100)

陽春砂 (Amomum villosum Lour.)是一種主要以根狀莖 (匍匐莖)進(jìn)行無性繁殖的多年生草本植物。在有性繁殖方面，雖然開花很多，但結(jié)實(shí)率卻很低，有的地方甚至出現(xiàn)幾乎不結(jié)實(shí)的現(xiàn)象，嚴(yán)重制約其在生產(chǎn)中的利用。就目前所掌握的資料，陽春砂仁花粉活力、柱頭可授性方面的研究報(bào)道很少［1］。本試驗(yàn)以陽春砂為材料，研究其開花動(dòng)態(tài)，并分析其結(jié)實(shí)率低的原因所在，為揭示陽春砂有性生育規(guī)律和栽培利用提供理論依據(jù)。

1 研究地點(diǎn)與方法

1.1 研究地區(qū)自然概況

西雙版納州 (21°10'～22°40'N，99°55'～101°50'E)，該地區(qū)氣候高溫多雨、干濕季分明，四季不明顯，年溫差較小，日溫差較大，兼有大陸性氣候和海洋性氣候的優(yōu)點(diǎn)，年平均溫度18～22℃，年降水量1200～1900mm之間。降雨主要集中在5～10月 (11月至次年4月為干季)。本項(xiàng)研究設(shè)在西雙版納州景洪市基諾族鄉(xiāng)巴飄村 (海拔870m)、景哈哈尼族鄉(xiāng)曼么村 (海拔560m)和藥植所云南分所園內(nèi) (海拔560m)人工種植的陽春砂。

1.2 研究方法

1.2.1 開花動(dòng)態(tài)的觀察

隨機(jī)選取30個(gè)花序，從現(xiàn)蕾開始，每天觀察1次，直到第1朵單花開放。每次觀測(cè)時(shí)記錄花序內(nèi)花朵開放的順序、花序開放持續(xù)時(shí)間，單花花朵開放、花瓣伸展、雌雄蕊的變化。2010年4月11日—5月10日在云南分所園內(nèi)進(jìn)行。

1.2.2 砂仁花粉活力測(cè)定

盛花期內(nèi)隨機(jī)選擇3d，每天從田間試驗(yàn)地中取當(dāng)天開花后不同時(shí)間的花，分別裝入磨口瓶密封。花粉活力的檢測(cè)是用硼酸 (HBO3)(0.3g)、硝酸鈣 (Ca(NO3)2·4H2O)(0.3g)、硫酸鎂(MgSO4·7H2O)(0.2g)、硝 酸鉀 (KNO3)(0.1g)，配制成1000 mL無機(jī)鹽基液，再用此基液配制成濃度為 1%，2.5% ，5.0%，7.5%，10%和15%的蔗糖溶液，進(jìn)行花粉萌發(fā)對(duì)比試驗(yàn)，確定室溫條件下花粉萌發(fā)最適宜蔗糖濃度為10%.用懸滴法做花粉活力測(cè)定［2］，即選取不同發(fā)育時(shí)期花中的花粉，在10%濃度培養(yǎng)液中室溫條件下閉光培養(yǎng)1h，然后在顯微鏡下觀察計(jì)數(shù)。從花藥打開前1h開始進(jìn)行，每小時(shí)測(cè)定1次，每次取3朵花，每朵花做2個(gè)片，每個(gè)片計(jì)數(shù)3個(gè)視野。花粉萌發(fā)率 (%)=(已萌發(fā)的花粉數(shù)目/花粉粒總數(shù))×100，每次計(jì)算觀察結(jié)果的平均數(shù)。實(shí)驗(yàn)于2010年4月28～30日及5月22～30日7∶00～18∶00在云南分所園內(nèi)及基諾鄉(xiāng)巴飄村田間試驗(yàn)樣地中進(jìn)行。

1.2.3 柱頭可授性檢測(cè)

用MTT法測(cè)定柱頭的可授性［5］。具體方法是:在陽春砂初花期、盛花期、末花期，同一地塊隨機(jī)選取10～30個(gè)花序，掛牌標(biāo)記。每天采標(biāo)記花序開花后不同時(shí)間的花朵柱頭，置于凹面載片的凹陷處，每個(gè)樣品各加 10～20μLMTT蔗糖溶液(100mgMTT溶解在5mL50g/L蔗糖溶液中)，充分浸透每個(gè)柱頭，約30min后觀察柱頭的顏色變化。若柱頭顏色呈藍(lán)紫色，則顯示柱頭有活力，具有可授性;若柱頭顏色不變，則顯示柱頭無活力，已失去可授性。實(shí)驗(yàn)于2011年5月5～26日8∶00～17∶00在基諾族鄉(xiāng)巴飄村、曼哈鄉(xiāng)曼么村及云南分所園內(nèi)及田間試驗(yàn)地中進(jìn)行。

2 結(jié)果與分析

2.1 開花生物學(xué)特性

花期隨各地氣溫高低而異，從4月中旬至6月上旬，花序從匍匐莖上抽出，每個(gè)花序有小花5～19朵。花序的開花次序?yàn)樽韵露祥_放，每天開放1至5朵不等，通常為1～3朵。一般一個(gè)花序自第一朵開放到最后一朵開完需要3～9d。單花花期一般為1d。低海拔景哈哈尼族鄉(xiāng)砂仁植株的花于下午13∶00以后花瓣開始萎焉，第二天花瓣已基本將雌雄蕊包住。而較高海拔基諾族鄉(xiāng)砂仁植株的花于下午14∶00以后花瓣開始萎焉，萎焉程度較輕，第二天花瓣仍張開。表1是觀察統(tǒng)計(jì)30個(gè)花序開花的天數(shù)與花序數(shù)及小花朵數(shù)的關(guān)系。

2.2 花粉活力檢測(cè)結(jié)果

花粉離體萌發(fā)實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，陽春砂的花粉上午11∶00以前均保持較高的萌發(fā)率，到中午11∶00以后花粉活力下降，18∶00仍有萌發(fā)能力 (圖1)。基諾族鄉(xiāng)砂仁花粉離體萌發(fā)實(shí)驗(yàn)中觀察到，從11∶00以后萌發(fā)率開始下降，但到第二天上午8∶00萌發(fā)率又上升為31.6%，原因是從花藥完全爆裂后到上午11∶00，花粉散出被傳粉昆蟲帶走，下午的花粉只能從花粉囊中刮取，花粉的成熟度降低，萌發(fā)率也降低。

圖1 陽春砂花粉活力日變化

2.3 柱頭可授性檢測(cè)結(jié)果

陽春砂開花后不同天數(shù)的花朵柱頭浸入含有MTT反應(yīng)液的凹面載玻片中，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，可授性強(qiáng)的柱頭全部染成藍(lán)紫色，可授性較弱的柱頭部分染色，而無活力的柱頭不變色 (圖2)。觀測(cè)方法簡單方便，能夠觀測(cè)出不同時(shí)期柱頭可授性的動(dòng)態(tài)變化。

圖2 MTT染色陽春砂柱頭

表2 砂仁不同部位花朵柱頭可授性檢測(cè)

從表2可以看出，砂仁基部的花朵柱頭可授性強(qiáng)的比例為29.2%，隨著開花時(shí)間的延長，頂部花柱頭可授性強(qiáng)的比例達(dá)50%，而無活力的柱頭下降為46.2%.

在陽春砂初花期 (5月上旬)，可授性強(qiáng)的柱頭為36.4%，可授性較弱的柱頭為27.2%，無活力的柱頭為36.3%.隨著開花時(shí)間的延長，可授性強(qiáng)的柱頭沒有大的變化，為35.7%，可授性較弱的柱頭減少，而無活力的柱頭增加為60.7%.從不同花序上柱頭可授性檢測(cè)結(jié)果，可以解釋不同果序座果多、少或不結(jié)果的原因 (見表3)。

表3 不同花序上柱頭可授性檢測(cè) (基諾鄉(xiāng)2008年種植分株苗)

種植在云南分所園內(nèi)橡膠樹下的陽春砂，可授性強(qiáng)的柱頭比例為10%左右，而無活力的柱頭比例達(dá)82.8% ～92.5%(見表4)。

表4 柱頭可授性檢測(cè) (云南分所園內(nèi)2008年種植分株苗)

3 討論

砂仁花的形態(tài)結(jié)構(gòu)較特殊，不易自然授粉，是典型的蟲媒植物。雌雄蕊半包于唇瓣內(nèi)，花柱夾在花藥之間，柱頭高于花藥，花粉很難落到柱頭上，花粉表面有刺狀突起，彼此容易粘連。因此，在傳粉昆蟲不多的情況下，自然結(jié)實(shí)率僅5%～8%，產(chǎn)量很低。試驗(yàn)證明長泰砂仁花粉粒發(fā)育不受年齡大小及陰蔽度強(qiáng)弱影響，花粉粒一般萌發(fā)率高達(dá)86.59%～99.08%，當(dāng)前生產(chǎn)上存在結(jié)果率低與花粉萌發(fā)率似無關(guān)系［4］。本研究表明，陽春砂花粉從上午7∶00～18∶00期間均保持較高活力，到第二天上午8∶00還可保持較高的萌發(fā)率 (31.6%)。

過去，很多研究采用聯(lián)苯胺－過氧化氫法測(cè)定柱頭的可授性［5－6］，2010年采用此方法并不能快速準(zhǔn)確地測(cè)定出陽春砂仁柱頭可授性的變化，對(duì)觀測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性具有一定影響，認(rèn)為該方法不利于觀測(cè)陽春砂仁柱頭的可授性。2011年使用MTT法不僅能夠觀測(cè)出不同開花天數(shù)花朵柱頭可授性的變化，而且不易將柱頭本身顏色與反應(yīng)后的藍(lán)色相混淆，可授性強(qiáng)的柱頭全部染成藍(lán)紫色，可授性較弱的柱頭部分染色，而無活力的柱頭不變色，用于陽春砂柱頭可授性觀測(cè)更加直觀。

陽春砂為姜科多年生草本淺根系植物，對(duì)干旱敏感。每年10月至次年2月為花芽分化期，2～5月為花芽萌發(fā)花序形成期。在西雙版納地區(qū)每年11月到次年2月為霧涼季，空氣濕度大，對(duì)陽春砂生長的影響不大;3～4月為干熱季，空氣和土壤濕度降低，氣溫較高而降雨量少。我們測(cè)定了陽春砂高產(chǎn) (景哈鄉(xiāng))和低產(chǎn) (基諾鄉(xiāng))地區(qū)土壤在旱季土壤水分的變化情況。景哈鄉(xiāng)土壤質(zhì)地為壤土，保水性好，在花芽分化期 (1月20日～2月10日)土壤含水量與基諾鄉(xiāng) (砂壤土)差異不大，而在花芽生長的關(guān)鍵期 (2月10日～5月20日)土壤含水量高于基諾鄉(xiāng) (砂壤土)8～10個(gè)百分點(diǎn)。不同居群的陽春砂，因土壤含水量的高低，影響了柱頭活力，從而影響座果率。本研究表明，種植在云南分所園內(nèi)橡膠樹下的陽春砂，因土壤干燥，一些小花打不開，無活力的柱頭比例高于基諾鄉(xiāng)，基諾鄉(xiāng)又高于景哈鄉(xiāng)，因此我們認(rèn)為在傳粉昆蟲較多的情況下，生殖生長期土壤水分缺乏可能是導(dǎo)致砂仁低產(chǎn)的主要原因之一。提高陽春砂柱頭生活力的技術(shù)措施，有待進(jìn)一步研究。

［1］郭本森，陳耀武，汪婉芳.綠殼砂仁和陽春砂仁開花結(jié)實(shí)生物學(xué)特性的初步研究 ［J］.云南植物研究，1980，2(4):459－467.

［2］胡適宜.植物胚胎學(xué)實(shí)驗(yàn)方法 (一)花粉活力的測(cè)定［J］.植物學(xué)通報(bào)，1993，10(2):60－62.

［3］Rodriguez－Riano T，Dafni A.A new procedure to assess pollen viability ［J］.Sexual Plant Reproduction，2000，12(4):241－244.

［4］福建省經(jīng)濟(jì)植物研究所南藥組.長泰砂仁花粉活力的初步觀察 ［J］.亞熱帶植物科學(xué)，1977， (2):5－11.

［5］劉林德，張洪軍，祝寧.刺五加花粉活力和柱頭可授性的研究 ［J］.植物研究，2001，21(3):375－379.

［6］紅雨，劉強(qiáng)，韓嵐.芍藥花粉活力和柱頭可授性的研究 ［J］.廣西植物，2003，23(1):90－92.