陽春砂的開花動態及花粉活力和柱頭可授性研究*

彭建明，李榮英，李 戈，王艷芳

(中國醫學科學院、中國協和醫科大學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，但結實率卻很低，有的地方甚至出現幾乎不結實的現象，嚴重制約其在生產中的利用。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道很少［1］。本試驗以陽春砂為材料，研究其開花動態，并分析其結實率低的原因所在，為揭示陽春砂有性生育規律和栽培利用提供理論依據。

1 研究地點與方法

1.1 研究地區自然概況

西雙版納州 (21°10'～22°40'N，99°55'～101°50'E)，該地區氣候高溫多雨、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點，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)。本項研究設在西雙版納州景洪市基諾族鄉巴飄村 (海拔870m)、景哈哈尼族鄉曼么村 (海拔560m)和藥植所云南分所園內 (海拔560m)人工種植的陽春砂。

1.2 研究方法

1.2.1 開花動態的觀察

隨機選取30個花序，從現蕾開始，每天觀察1次，直到第1朵單花開放。每次觀測時記錄花序內花朵開放的順序、花序開放持續時間，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日在云南分所園內進行。

1.2.2 砂仁花粉活力測定

盛花期內隨機選擇3d，每天從田間試驗地中取當天開花后不同時間的花，分別裝入磨口瓶密封。花粉活力的檢測是用硼酸 (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，進行花粉萌發對比試驗，確定室溫條件下花粉萌發最適宜蔗糖濃度為10%.用懸滴法做花粉活力測定［2］，即選取不同發育時期花中的花粉，在10%濃度培養液中室溫條件下閉光培養1h，然后在顯微鏡下觀察計數。從花藥打開前1h開始進行，每小時測定1次，每次取3朵花，每朵花做2個片，每個片計數3個視野。花粉萌發率 (%)=(已萌發的花粉數目/花粉粒總數)×100，每次計算觀察結果的平均數。實驗于2010年4月28～30日及5月22～30日7∶00～18∶00在云南分所園內及基諾鄉巴飄村田間試驗樣地中進行。

1.2.3 柱頭可授性檢測

用MTT法測定柱頭的可授性［5］。具體方法是:在陽春砂初花期、盛花期、末花期，同一地塊隨機選取10～30個花序，掛牌標記。每天采標記花序開花后不同時間的花朵柱頭，置于凹面載片的凹陷處，每個樣品各加 10～20μLMTT蔗糖溶液(100mgMTT溶解在5mL50g/L蔗糖溶液中)，充分浸透每個柱頭，約30min后觀察柱頭的顏色變化。若柱頭顏色呈藍紫色，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。實驗于2011年5月5～26日8∶00～17∶00在基諾族鄉巴飄村、曼哈鄉曼么村及云南分所園內及田間試驗地中進行。

2 結果與分析

2.1 開花生物學特性

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，每個花序有小花5～19朵。花序的開花次序為自下而上開放，每天開放1至5朵不等，通常為1～3朵。一般一個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是觀察統計30個花序開花的天數與花序數及小花朵數的關系。

2.2 花粉活力檢測結果

花粉離體萌發實驗結果發現，陽春砂的花粉上午11∶00以前均保持較高的萌發率，到中午11∶00以后花粉活力下降，18∶00仍有萌發能力 (圖1)。基諾族鄉砂仁花粉離體萌發實驗中觀察到，從11∶00以后萌發率開始下降，但到第二天上午8∶00萌發率又上升為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 柱頭可授性檢測結果

陽春砂開花后不同天數的花朵柱頭浸入含有MTT反應液的凹面載玻片中，結果發現，可授性強的柱頭全部染成藍紫色，可授性較弱的柱頭部分染色，而無活力的柱頭不變色 (圖2)。觀測方法簡單方便，能夠觀測出不同時期柱頭可授性的動態變化。

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

從表2可以看出，砂仁基部的花朵柱頭可授性強的比例為29.2%，隨著開花時間的延長，頂部花柱頭可授性強的比例達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%.隨著開花時間的延長，可授性強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結果，可以解釋不同果序座果多、少或不結果的原因 (見表3)。

表3 不同花序上柱頭可授性檢測 (基諾鄉2008年種植分株苗)

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

表4 柱頭可授性檢測 (云南分所園內2008年種植分株苗)

3 討論

砂仁花的形態結構較特殊，不易自然授粉，是典型的蟲媒植物。雌雄蕊半包于唇瓣內，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，自然結實率僅5%～8%，產量很低。試驗證明長泰砂仁花粉粒發育不受年齡大小及陰蔽度強弱影響，花粉粒一般萌發率高達86.59%～99.08%，當前生產上存在結果率低與花粉萌發率似無關系［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率 (31.6%)。

過去，很多研究采用聯苯胺－過氧化氫法測定柱頭的可授性［5－6］，2010年采用此方法并不能快速準確地測定出陽春砂仁柱頭可授性的變化，對觀測結果的準確性具有一定影響，認為該方法不利于觀測陽春砂仁柱頭的可授性。2011年使用MTT法不僅能夠觀測出不同開花天數花朵柱頭可授性的變化，而且不易將柱頭本身顏色與反應后的藍色相混淆，可授性強的柱頭全部染成藍紫色，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更加直觀。

陽春砂為姜科多年生草本淺根系植物，對干旱敏感。每年10月至次年2月為花芽分化期，2～5月為花芽萌發花序形成期。在西雙版納地區每年11月到次年2月為霧涼季，空氣濕度大，對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。我們測定了陽春砂高產 (景哈鄉)和低產 (基諾鄉)地區土壤在旱季土壤水分的變化情況。景哈鄉土壤質地為壤土，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 (砂壤土)差異不大，而在花芽生長的關鍵期 (2月10日～5月20日)土壤含水量高于基諾鄉 (砂壤土)8～10個百分點。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，基諾鄉又高于景哈鄉，因此我們認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致砂仁低產的主要原因之一。提高陽春砂柱頭生活力的技術措施，有待進一步研究。

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

［2］胡適宜.植物胚胎學實驗方法 (一)花粉活力的測定［J］.植物學通報，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］福建省經濟植物研究所南藥組.長泰砂仁花粉活力的初步觀察 ［J］.亞熱帶植物科學，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，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.