37種杜鵑花屬植物在遷地保育下的自然授粉研究

摘要： 該文對主要栽培在四川都江堰龍池基地（海拔1 700 m）及玉堂基地（海拔700 m）和峨眉山生物試驗站（海拔805 m）的5亞屬15亞組37種杜鵑花屬植物的自然授粉開展了為期4 a的數據采集與研究。以綠苗率（Gs）為主要指標， 綠苗系數（Gc）、坐果率（St）和單位可育種子數（Sf）為輔助指標， 初步揭示了遷地保育條件下杜鵑花屬植物自然授粉的育性適應及其特征。結果表明： （1）除黃花杜鵑（Rhododendron lutescens）未形成種子外， 受試的其他36個杜鵑花種類均能在其保育地點上不同程度地完成從種子（幼苗）到種子的生命循環， 其中高可育型24種、可育型11種、弱育型1種。（2）上述4項指標， 尤其是保育條件與原生地條件下同種的綠苗率、綠苗系數和單位能育種子數比較， 均能不同程度地反映育性適合度的差異情況。（3）在上述具有不同程度可育性的36種杜鵑花中， 有24種有不同程度的敗育現象， 其成因可能為不同程度的自交和花期重疊的同亞組到不同亞組異種間自然交配所引起的遺傳不適， 由于遺傳選擇的限制或脅迫， 這種現象在一些開花個體有限的種類中尤為突出， 因此保證最小存活種群（the minimum viable population， MVP）對于該屬植物遷地保育至關重要。（4）杜鵑花屬的特定種類可能存在一個受種性制約的單位種子數量幅度和上限， 即不同的類群與種類的單位種子數量存在差異。（5）為探索自交和種間雜交提供了認識起點和參照， 并提出了有關杜鵑花屬植物可育性綜合評價的指標體系和方法。

關鍵詞： 遷地保育， 自然授粉， 可育性， 綜合評價， 杜鵑花屬

中圖分類號： Q949.9文獻標識碼： A文章編號： 10003142（2017）08094712

廣西植物37卷8期莊平： 37種杜鵑花屬植物在遷地保育下的自然授粉研究收稿日期： 20170213修回日期： 20170706

基金項目： 中國科學院戰略生物資源技術支撐體系專項（CZBZX1）； 四川省科技支撐計劃項目（2013NZ0031） [Supported by Key Special Fund for Strategic Biological Resources and Technology of Chinese Academy of Sciences （CZBZX1）； Key Planning of Scientific and Technological Office in Sichuan Province （2013NZ0031）]。

作者簡介： 莊平（1957-），男，江蘇武進人，研究員，主要從事植物保育學研究，（Email） pzhuang@ibcas.ac.cn。Natural pollination of 37 Rhododendron species

under ex situ conservation

ZHUANG Ping

（ West China Subalpine Botanical Garden， Institute of Botany， Chinese Academy of Sciences， Dujiangyan 611830， Sichuan， China ）

Abstract： In order to evaluate and study the natural pollination fertility of Rhododendron adaptation and characteristics under exsitu conservation and provide research reference for self and cross fertility， especially aiming at the short of the natural pollination fertility and its multiindex comprehensive evaluation in the past study， this paper revealed the natural pollination fertility characteristics and adaptation of Rhododendron under exsitu conservation conditions by collecting and analysing the data from the main bases at Dujiangyan （1 700 m above sea level）， Yutang 700 m above sea level in Longchi of Sichuan Province and Dujiangyan （700 m above sea level） and Emeishan Biological Test Station （805 m above sea level） in Longchi of Sichuan Province. Thirtyseven species of Rhododendron natural pollination belonging to 15 subsections within 5 subgenera had been carried out for a period of four years with test the green seedling rate （Gs） as the main index， and green seedling coefficient （Gc）， rate of capsul set （St） and unit number of fertility seed （Sf） as a secondary indexes. The results were as follows： （1） Except for R. lutescens to not get seeds， the other 36 species went through the life cycle of “from seed （seedling） to seed\" to some extent in their conservation sites， among them twentytwo types of high fertility， eleven types of fertility and one type of low fertility. （2） The above four indicators， especially green seedling rate， green seedling coefficient and unit number of fertile seed from comparing the exsitu conservation and field conditions， could reflect different levels of fertility fitness. （3） Within the 36 fertile species of Rhododendron in different degrees， 24 species of them occur an abortion phenomenon in various degree， and the cause might result in selfing and natural crossing for florescence overlaping of the same or dissimilar subsections with different degrees， which might be caused by genetic discomfort due to genetic selection restrictions or stress， this phenomenon is particularly prominent in some species of flowering individuals limited， so the number of the flowering individuals related most closely to the fertile fitness， ensuring “the minimum viable population （MVP）” for the genus conservation is important. （4） Each species of Rhododendron might exist in a range and upper limit of unit seed number and there are differences in the number among different groups and species. （5） The natural pollination results as the exploration of selfing and interspecific hybridization offered a starting point of understanding and reference， and the index system and method of fertility comprehensive evaluation about Rhododendron plants was put forward.

Key words： exsitu conservation， natural pollination， fertility， comprehensive evaluation， Rhododendron

杜鵑花屬（Rhododendron L.）為木本植物中擁有種類最多的大屬，全世界約有1 000種，可分為8個亞屬（Chamberlain et al， 1996）。中國有571種（其中，特有種有409種）（Fang et al， 2005），分屬于6亞屬10組49亞組，其中常綠杜鵑亞屬（subgen. Hymenanthes）（259種）和杜鵑亞屬（subgen. Rhododendron）（184種）合計分別占全球種數的44.3%和我國種數的77.6%。川西、滇西和藏東南地區是該屬植物的現代分布中心、多度中心和分化中心；其次生分布中心位于馬來西亞—巴布亞新幾內亞熱帶山地，種類達300種，但其成分相對單一，主要分布有杜鵑亞屬越桔杜鵑組（sect. Vireya）類群。杜鵑花屬是仍處于蓬勃分化過程中的植物大類群（閔天綠和方瑞征， 1979， 1990； 方瑞征和閔天綠， 1995）。依據細胞生物學的研究證據，其中的常綠杜鵑亞屬被懷疑是一個隨機交配的雜種群體（Richard et al， 2010）。

作為世界性的著名觀賞植物，杜鵑花的生殖生物學研究，尤其是育性生物學的理論與技術研究顯得十分重要。近百年來，隨著理論研究與技術進步，國外杜鵑花新品種培育已經從雜交育種、多倍體育種逐漸步入分子育種的階段，所公開注冊的杜鵑花品種已經有2.5萬個（蘭熙等， 2012）。而相比之下，我國作為杜鵑花屬種類最多的國家，創制杜鵑花新品種的數量和水平至少落后發達國家20 a（吳葒等， 2013）。據劉曉青等（2011）的報道，目前我國所利用的栽培杜鵑品種在400個左右，而經正式注冊的新品種僅為34個（蘭熙等， 2012； 王定躍等， 2012）?，F有的資料顯示，有關杜鵑花可育性的研究主要見于歐、美、日、澳等發達國家和地區，而我國長期缺乏系統和全面的研究，尤其是對類群龐雜的杜鵑花屬植物原始種的研究極少（張長芹等， 1998）。在我國有關杜鵑花屬植物的遷地保育適應性的研究報道中，也很少論述育性適應問題（馮正波等， 2004； 張樂華等，2004； 莊平等， 2012）。遷地保育意味著有可能將自然條件下種系異同、區系異同、分布型異同和花期異同的多種杜鵑花屬植物種類，通過人為的方式積聚在有限的環境和區域內，從而為有關可育性的研究提供了更加豐富的內容與選擇，同時也提供了與天然條件有重大區別的環境背景及條件。

杜鵑花屬植物主要是有性生殖，該屬植物的自然授粉是通過環境中的媒介動物，如蜜蜂、大黃蜂、家蠅（Escaravage Wagner， 2004； Akiko et al， 2008； Gaku et al， 2011），或許還包括鳥、蝙蝠、蝴蝶、蛾、螨類（Williams et al， 1990）等實現的。天然條件下的自然授粉包括了自交（Akira， 2010； Gaku et al， 2011）、種內交配（Gaku， 1993）、同亞組內（Tagane et al， 2008； Milne et al， 2003）和不同亞組間（Zhang et al， 2007； Zha et al， 2010； Ma et al， 2010）的天然雜交等至為復雜的交配情形，但尚未見有不同亞屬間種類自然交配的相關報道。但迄今，對我國境內分布的近600個杜鵑花種類的育性情況知之不多，尤其是對于類群等級復雜的常綠杜鵑亞屬和杜鵑亞屬的育性更是缺乏基本的認識。以往的研究者均不同程度地將坐果率、發芽率、綠苗率、白化率、種子（或胚珠）數量、可育種子（或胚珠）數量與育性（親和）系數等作為衡量杜鵑花屬植物可育性（或可交配性）的指標（Akihide Kenichi， 2006； Tom et al， 2007），并普遍認為這些指標的變化可能受制于種性（遺傳性）以及不同基因、個體或類群間遺傳配合及其與環境要素變化（如遷地環境、年份變化、氣候波動、媒介適應等）的相互作用（Williams et al，1990）。但在以往的研究中，通常是使用單一指標或逐個指標來分別分析評價的方法（Williams et al，1990； Rouse et al， 1993； Akihide Kenichi， 2006； Tom et al， 2007），而多指標的綜合評價尚無先例。

本研究針對以往的研究中缺乏自然授粉可育性內容及其多指標綜合評價方法的狀況，作者在有關杜鵑花屬植物物候研究的基礎上（莊平， 2014），通過2012—2015年連續4 a的積累，對以常綠杜鵑亞屬和杜鵑亞屬為主的5亞屬5組17亞組共涉及37種杜鵑花種類的自然授粉可育性進行了較為系統的研究，取得了一些進展。期望本研究有助于提升對杜鵑花屬植物可育性的認識水平，并在方法論上也能有所進步。本研究作者認為，在遷地保育條件下杜鵑花屬植物的自然授粉研究，至少具有以下三方面意義：（1）是評估杜鵑花屬植物遷地保育適應性的重要研究內容；（2）是認識該屬植物育性特征的一個重要的途徑；（3）是比較該屬植物自交與雜交可育性的重要參照。

1材料與方法

1.1 材料

包括杜鵑花屬（Rhododendron）植物37種，分屬5亞屬。其中常綠杜鵑亞屬（subgen. Hymenanthes）10亞組22種，杜鵑亞屬（subgen. Rhododendron）5亞組12種；主要栽培于本園位于四川都江堰市海拔1 700 m的龍池基地及海拔750 m的玉堂基地，長蕊杜鵑（R. stamineum）種植于海拔805 m的峨眉山生物實驗站。以上種類的種源產地主要有四川（龍池、峨眉山、瀘定、海螺溝、龍肘山、臥龍、木理等地）及云南（玉龍雪山、維西、貢山、騰沖、戰河等地）、江西（廬山）和貴州（大方），個別種類源于廣西（貓兒山）和重慶（仙女山）（表1）。上述各受試種類在試驗現場的開花個體通常在10～200株不等，但其中海綿杜鵑（R. pingianum）（1株）、黃花杜鵑（R. lutescens）（1）、紅棕杜鵑（R. rubiginosum）（1）、紫花杜鵑（R. amesiae）（2）、火紅杜鵑（R. neriiflorum）（2）、粘毛杜鵑（R. glischrum）（2）和馬纓花（R. delavayi）（3）等7種在現場每種開花個體均未超過3株。

1.2 方法

1.2.1 田間試驗（1）坐果試驗 在田間試驗點上，每種選擇正常開花的成年植株2～3株，于春季花蕾期視不同種類的花序與花朵數量情況，標記并正確計數不少于20朵花作為觀察基數；秋季果熟期對每個標記的坐果數量逐一統計，待蒴果充分成熟后，將果實分種采收備用。（2）原生地果實搜集 于秋季果熟期，在供試種類的原產地分種采集相應種類的果實若干備用，以作為本研究的參照。

1.2.2 室內測試（1）單果種子數測定 在上述田間和原生地收獲的果實中選取中等大小的果實3枚置于常溫蔭蔽條件下，待蒴果自然開裂時，逐一統計單果種子數量，并記錄備用。（2）種子發芽試驗 用定性濾紙2層置于培養皿中、加蒸餾水使之充分濕潤，將上述種類的種子隨機抽取100粒分別均勻散播于濾紙上、重復3次（數量不足的以實際數量為準）；按白天模式：12 h、溫度17 ℃、光照3 000 lx；夜間模式：12 h、溫度12 ℃、黑暗培養。培育周期40～50 d，待各處理發芽率穩定后，統計其發芽和綠苗數量。

表 1杜鵑花屬植物受試種類的基本情況

Table 1Test species of Rhododendron

〖XB，HT5，5；Z0<續表1>〗種名

Species name縮寫

Abbreviation類群

Group地點

Site來源

Source腺果杜鵑 Rhododendron davidiiRdv.HY：Ft.龍池Longchi 1 700 m龍池Longchi 1 800 m美容杜鵑 R. calophytumRcl.Ft.龍池Longchi 1 700 m龍池Longchi 2 000 m山光杜鵑 R. oreodoxaRor.Ft.龍池Longchi 1 700 m龍池Longchi 2 500 m越峰杜鵑 R. yuefengenseRyf.Ft.龍池Longchi 1 700 m貓兒山Maoershan 2 300 m云錦杜鵑 R. fortuneiRft.Ft.玉堂Yutang 750 m仙女山Xianlvshan 1 700 m大白杜鵑 R. decorumRdcFt.玉堂Yutang 750 m瀘定Luding 1 800 m大王杜鵑 R. rexRrx.Fl.龍池Longchi 1 700 m椅子丫口Yiziyakou 2 500 m白碗杜鵑 R. soulieiRsl.Ca.龍池Longchi 1 700 m螺髻山Loujishan 3 500 m絨毛杜鵑 R. pachytrichumRpc.Ma.龍池Longchi 1 700 m海螺溝Hailuogou 3 200 m露珠杜鵑R. irroratumRir.Ir.玉堂Yutang 750 m大方Dafang 1 700 m岷江杜鵑 R. hunnewellianumRhw.Ar.龍池Longchi 1 700 m龍池Longchi 1 400 m峨嵋銀葉杜鵑 R. argyrophyllum subsp. OmeienseRaro.Ar.龍池Longchi 1 700 m龍池Longchi 1 800 m大鐘杜鵑 R. ririeiRri.Ar.龍池Longchi 1 700 m峨眉山Emeishan 1 700 m繁花杜鵑 R. floribundumRfl.Ar.龍池Longchi 1 700 m龍肘山Longzhoushan 2 900 m海綿杜鵑 R. pingianumRpg.Ar.龍池Longchi 1 700 m峨眉山Emeishan 2 400 m綿毛房杜鵑 R. facetumRfa.Pa.龍池Longchi 1 700 m無量山Wuliangshan 3 000 m美艷橙黃杜鵑 R. citriniflorum var. horaeumRcif.Ne.龍池Longchi 1 700 m騰沖Tengchong 3 500 m火紅杜鵑 R. neriiflorumRnr.Ne.龍池Longchi 1 700 m蒼山Cangshan 3 200 m純紅杜鵑 R. sperabileRsp.Ne.龍池Longchi 1 700 m維西Weixi 3 900 m粉果杜鵑 R. hylaeumRhy.Th.龍池Longchi 1 700 m貢山Gongshan 3 000 m馬纓花 R. delavayiRdl.Ab.玉堂Yutang 750 m大方Dafang 1 700 m粘毛杜鵑 R. glischrumRgl.Gl.龍池Longchi 1 700 m維西Weixi 2 900 m百合花杜鵑 R. liliiflorumRli.RH：Md.龍池Longchi 1 700 m廬山Lushan 1 300 m寶興杜鵑 R. moupinenseRmp.Mo.龍池Longchi 1 700 m峨眉山Emeishan 2 600 m多鱗杜鵑 R. polylepisRpl.Tr.龍池Longchi 1 700 m龍池Longchi 1 800 m毛肋杜鵑 R. augustiniiRau.Tr.龍池Longchi 1 700 m龍池Longchi 2 000 m問客杜鵑 R. ambiguumRam.Tr.龍池Longchi 1 700 m龍池Longchi 2 400 m黃花杜鵑 R. lutescensRlu.Tr.龍池Longchi 1 700 m龍池Longchi 1 700 m山育杜鵑 R. oreotrephesRot.Tr.龍池Longchi 1 700 m瀘定Luding 300 m基毛杜鵑 R .rigidumRrg.Tr.龍池Longchi 1 700 m木理Muli 3 200 m云南杜鵑 R. yunnanenseRyn.Tr.龍池Longchi 1 700 m玉龍雪山Yulongshan 3 600 m紫花杜鵑 R. amesiaeRas.Tr.龍池Longchi 1 700 m川西Chuanxi 2 500 m紅棕杜鵑 R. rubiginosumRrb.He.龍池Longchi 1 700 m木理Muli 3 200 m腋花杜鵑 R. racemosumRra.Sc.龍池Longchi 1 700 m戰河Zhanhe 2 700 m長蕊杜鵑 R. stamineumRst.AZ.峨眉山Emeishan 805 m峨眉山Emeishn 1 000m映山紅 R. simsiiRsm.TS.玉堂Yutang 750 m大方Dafang 1 700 m羊躑躅 R. molleRml.PE.玉堂Yutang 750 m廬山Lushan 1 300 m

注： HY. 常綠杜鵑亞屬； Ft. 云錦杜鵑亞組， Fl. 杯毛杜鵑亞組， Ca.彎果杜鵑亞組， Ma. 麻花杜鵑亞組， Ir. 露珠杜鵑亞組， Ar. 銀葉杜鵑亞組， Ne. 火紅杜鵑亞組， Pa. 星毛杜鵑亞組， Th. 蜜腺杜鵑亞組， Ab. 樹形杜鵑亞組， Gl. 粘毛杜鵑亞組。RH. 杜鵑亞屬； Md. 有鱗大花亞組， Mo. 川西杜鵑亞組， Tr. 三花杜鵑亞組， He. 亮鱗杜鵑亞組， Sc. 腋花杜鵑亞組。AZ. 馬銀花亞屬； TS. 映山紅亞屬； PE. 羊躑躅亞屬。

Note： HY. subgen. Hymenanthes； Ft. subsect. Fortunea， Fl. subsect. Falconera， Ca. subsect. Campylocarpa， Ma. subsect. Maculifera， Ir. subsect. Irrorata， Ar. subsect. Argyrophylla， Ne. subsect. Neriiflora， Pa. subsect. Parishia， Th. subsect. Thomsonia， Ab. subsect. Arborea， Gl. subsect. Glischra.RH. subgen. Rhododendron； Md. subsect. Maddenia， Mo. subsect. Moupinensia， Tr. subsect. Triflora， He. subsect. Heliolepida， Sc. subsect. Scabrifolia.AZ. subgen. Azaleastrum； TS. subgen. Tsutsusi； PE. subgen. Pentanthera.

1.2.3 數據整理（1）坐果率（St）（%）=（坐果數/花朵數） × 100%。（2）發芽率與綠苗率：發芽率（%）=（3次重復發芽數之和/300或實際數量） × 100%；綠苗率（Gs）（%）=（3次重復綠苗數之和/300或實際數量） × 100%。（3）綠苗系數（Gc）=綠苗率/發芽率。（4） 單位種子數與單位可育種子數： 單位種子數=3粒蒴果種子總數量/3；單位可育種子數（Sf）=單位種子數 × 綠苗率。

1.2.4 指標體系與等級劃分（1）坐果率（St），是杜鵑花育性適應或適合度的常用指標。劃分為4個等級：不能坐果（0）、0<低<20、20≤中<40、高≥40。（2）綠苗率（Gs），是種子生活力常用指標，常結合發芽率、黃化率用以分析可育性。劃分為4個等級：無綠苗（0）、0<低<10、10≤中<50、高≥50。（3）綠苗系數（Gc），是綠苗率與發芽苗率之比，為閾值0～1的相對化指標（其互補值1-Gc為非綠苗系數）。劃分為4個等級：無綠苗（0）、0<低<0.6、0.6≤中<0.9、高≥0.9。（4）單位可育種子數（Sf）（粒/果），為具有正常生活力種子的絕對值指標。劃分為4個等級：無可育種子（0）、0<低<20、20≤中<200、高≥200。

1.2.5 可育性綜合評價上述4個指標可分別從坐果率、綠苗率、綠苗系數和單位能育種子數（絕對數量數值）等角度認識杜鵑花屬植物的育性，但考慮到單一指標的不完整性和片面性以及不同指標的重要性差異，故嘗試賦予上述指標不同的權重和等級分值，經疊加后用以綜合評價各種類的綜合育性能力，或簡稱可育性值。

根據數據分布情況和前人研究經驗（Williams et al，1990； Rouse et al， 1993； Akihide Kenichi， 2006； Tom et al， 2007），設總權重（最高分值）為10。首先將綠苗率作為主要指標給定最高權重5分；其次為綠苗系數最高權重2分；坐果率與單位可育種子數作為輔助指標分別給定最高權重1.5分。各指標等級和權重分值分配方案如表2。某種杜鵑花種類的各項指標的等級與得分值的確定以該種的試驗數據結合各指標給定的閾值加以確定。種類的單項得分之和為該種的總分值，可進一步依據得分值將能育性劃分為4個等級，即0≤不育<2.5、2.5≤低<5、5≤中<8、高≥8，其對應的稱謂或可為不育型、弱育型、能育型、高育型（表2）。

2結果與分析

2.1 坐果率

坐果率（St）通常被認為是交配親和性的表征，而能否坐果是檢驗物種可育性的常用指標。田間試驗結果（圖1）表明，受試的37種杜鵑花種類在相應的遷地保育條件下均能不同程度地坐果。但坐果率變幅巨大，為4.1%～100%。其中，坐果率≥40%的種類26個，包括了常綠杜鵑亞屬與杜鵑亞屬的多數種類及分屬于映山紅亞屬（subgen. Tsutsusi）與馬銀花亞屬（subgen. Azaleastrum）的2個代表種，2個坐果率達到100%的杜鵑花種類均出現在杜鵑亞屬有鱗大花亞組（subsect. Maddenia） 和三花杜鵑亞組（subsect. Triflora）中，而坐果率僅達到或低于

表 2杜鵑花育性指標等級與權重的分配

Table 2Fertile index grades and the weight allocations of Rhododendron

指標Index低Low閾值

Threshold分值

Score中Middle閾值

Threshold分值

Score高High閾值

Threshold分值

Score綠苗率Green seedling （Gs） （%）0

圖 1杜鵑花屬植物自然授粉坐果率圖中縮寫見表1。下同。

Fig. 1Fruitsetting of Rhododendron under the natural pollinationAbbreviations are the same as Table 1. The same below.

20%的3個種類則均出現在常綠杜鵑亞屬的銀葉杜鵑亞組（subsect. Argyrophylla）中。

自然授粉坐果率是一個不穩定的育性指標。例如，在本研究中觀察到，美艷橙紅杜鵑（R. citriniflorum var. horaeum）、馬纓花與腋花杜鵑（R. racemosum）在2015年測定的坐果率值分別為57.1%、44.2%和82.0%，而2014年相應種類的測定值則為70.6%、11.5%和0%，而長蕊杜鵑在2014年（11.9%）和2013年（27.8%）間的坐果率也有不小的年際波動。另外，自然授粉條件下的坐果率高低可能與種類個體數量有關，如前述坐果率僅4.1%海綿杜鵑的受試開花個體僅1株，盡管其周圍有許多同亞組的異種個體存在，但其坐果率仍然很低。特別值得注意的是，開花植株僅1株的黃花杜鵑的坐果率在50%以上，且不能形成種子。

由上述結果與分析可知，坐果率與類群和種類有一定的關聯，但部分種類的坐果率值在年際間的大幅度變化，以及在遷地保育條件下同種開花個體的貧乏，均可能導致坐果率的波動，甚至出現上述腋花杜鵑那樣坐果率為0%～82%質的變化。重要但不夠穩定應是坐果率指標的基本特征。因此，對能否坐果的把握比坐果率高低值的把握更為重要。

2.2 綠苗率

綠苗率（Gs）是杜鵑花育性研究中最值得重視的可育性表觀指標，通常具有潛在生活能力的種子發芽后均為綠色幼苗，而沒有生活力的種子則會表現出不能發芽或產生白化、黃化或畸化現象，最終不能成活（Tom， 2007），這類苗木可統稱為敗育苗（sterile seedling）。圖2結果表明，在受試的37個杜鵑花屬植物中， 僅黃花杜鵑未形成種子， 其余36種圖 2杜鵑花屬植物自然授粉的綠苗率

Fig. 2Green seedling rate of Rhododendron under the natural pollination

圖 3杜鵑花屬植物自然授粉的綠苗系數

Fig. 3Green seedling coefficient of Rhododendron under the natural pollination

圖 4杜鵑花屬植物自然授粉的單位能育種子數量 （粒/果）

Fig. 4Number of fertility seed of Rhododendron under the natural pollination

圖 5杜鵑花屬植物自然授粉的可育性評價

Fig. 5Fertility assessment of Rhododendron under the natural pollination

均能不同程度地獲得種子并發芽。自然授粉綠苗率值的種間差異可從紅棕杜鵑（R. rubiginosum）的3.8%到最高的100%，其變幅十分明顯，其中34個種類的綠苗率可達到或遠高于10%或更高水平，22種超過了高等級（≥50%）閾值；而美艷橙黃杜鵑和紅棕杜鵑的綠苗率低于10%，后者的開花植株僅1株。同時，本研究還通過測試山光杜鵑（R. oreodoxa）、大白杜鵑（R. decorum）、大王杜鵑（R. rex）、絨毛杜鵑（R. pachytrichum）、露珠杜鵑（R. irroratum）、大鐘杜鵑（R. ririei）、海綿杜鵑、峨嵋銀葉杜鵑（R. argyrophyllum subsp. omeiense）、馬纓花、問客杜鵑（R. ambiguum）、長蕊杜鵑、映山紅（R. simsii）與羊躑躅（R. molle）等13個原生地分布的杜鵑花屬植物的綠苗率與遷地保育條件下的相應種類進行比較，其結果是除問客杜鵑（保育條件16.0%，原產地45.7%）外，其他各種在遷地條件下的綠苗率值同原生地相應種類不相上下。

在能結實并發芽的36個杜鵑花種類中，有24個有白化、黃花或畸形苗敗育現象，其中有21種敗育率在3%之內，而紫花杜鵑、火紅杜鵑和馬纓花的敗育苗率分別達到了6.7%、10.1%和25.4%，此3種的開花個體數量均在2～3株之間。而包括馬纓花在內的13種原生地分布的杜鵑花，其非綠苗率均未超過3%。由此可知，綠苗率的高低與杜鵑花屬植物不同種類的種性有十分密切的關系；在較為理想的保育環境和足夠的開花個體數量條件下，杜鵑花種類的綠苗率通?？梢酝貤l件下的相應種類達到或接近同一水平，說明該指標比較穩定；而由于遷地保育下同種個體數量的欠缺所引起的種內交配遺傳選擇性限制，則可能導致綠苗率降低或非綠苗率增加。

2.3 綠苗系數

綠苗系數（Gc）是有關綠苗數量與發芽數量的相對化值，與敗育苗系數在閾值0～1之間構成互補關系。圖3結果表明，在遷地保育自然授粉條件下，36個能結實并發芽的種類中，有31種的綠苗系數達到或超過0.9，盡管其中一些種類有少量的敗育苗比例，但總體上自然授粉的種子育性表現比較正常。綠苗系數值介乎0.5～0.8的4種杜鵑花均出現在開花個體數量有限的種類中，其綠苗系數由低到高依次有火紅杜鵑、紅棕杜鵑、馬纓花和紫花杜鵑。其中，馬纓花綠苗系數值為0.655，而貴州原產地的同種相應值高達0.995。

綠苗系數從相對化的角度進一步補充了上一節有關綠苗率的研究。少數遷地保育的杜鵑花種類的綠苗系數值低于原產地相應值的現象，可能與保育條件下種類開花個體數量貧乏和環境相對不適均有關系。

2.4 單位可育種子數量

圖4結果表明，在遷地保育條件下杜鵑花屬植物種類的單位種子數量（粒/果）存在明顯的種間差異。在遷地保育條件下，單位種子數量最高的腺果杜鵑（R. davidii）達1 300粒，而最低的大王杜鵑僅9粒；種子數量超過400粒的種類分別見于常綠杜鵑亞屬中進化上原始的云錦杜鵑組（subsect. Fortunea）的腺果杜鵑（1339.3）、大白杜鵑（684.7）、美容杜鵑（486.7）與山光杜鵑（404.3）及杜鵑亞屬中較原始的有鱗大花亞組的百合花杜鵑（963.7）與川西杜鵑亞組（subsect. Moupinensia）的寶興杜鵑（R. moupinense）（421.0）；種子數在200～400之間的種類既有進化程度中等的露珠杜鵑（241.3）、粘毛杜鵑（321.3），也有進化程度高的映山紅（227.0）與羊躑躅（308.0）；銀葉杜鵑亞組、火紅杜鵑亞組（subsect. Neriiflora）、三花杜鵑亞組等種子數量通常在200粒以下，其中大王杜鵑、絨毛杜鵑、海綿杜鵑、火紅杜鵑、山育杜鵑（R. oreotrephes）、基毛杜鵑（R. rigidum）單果種子量在50粒以下。但未必完全如絨毛杜鵑（保育/原生地 14/19）那樣，在保育地和原生地條件下單位種子數量相差無幾并都較充分體現了種性，其中海綿杜鵑（14.5/316.7）與大王杜鵑（9/161）的原生地單位種子量就遠遠高于遷地保育水平。這說明杜鵑花屬植物的特定種類均存在一個單位種子量幅度，而在遷地保育過程中，開花個體數量貧乏引起的選擇限制或物種對保育環境的不適，均可能導致保育條件下的某些杜鵑花屬植物的單位種子數低于原生地的相應值。

單位可育種子數量（Sf）通常低于單位種子數量，其數量變化規律與后者相似（圖4）。當大白杜鵑的可育種子數超過680粒時，可育種子數量最低的紅棕杜鵑僅0.4粒；可育種子量在不同進化程度的類群中的分布也大致與上述單位種子量的分布情況相似。但一些例外或極端情形是，云錦杜鵑、火紅杜鵑、粘毛杜鵑等可育種子量值接近或等于單位種子量，而露珠杜鵑、美艷橙紅杜鵑和寶興杜鵑的相應可育種子數量比率卻很低。大王杜鵑（4.2/98.7）、露珠杜鵑（17.0/55.4）、海綿杜鵑（14.5/265.1）和長蕊杜鵑（59.3/223.4）在遷地保育條件下的可育種子數量比原生地同種的可育種子量明顯偏低。而在單位可育種子量小于50粒的種類中，遷地環境引起的可育種子量降低的種類可能還包括粉果杜鵑（R. hylaeum）、山育杜鵑、基毛杜鵑、紫花杜鵑和紅棕杜鵑等5種。

由此可見，單位可育種子數量（Sf）和單位種子數量既同類群和種類相關（如云錦杜鵑亞組的單位可育種子數量普遍高于同亞屬的許多受試亞組，也高于杜鵑亞屬的絕大多數受試亞組），也是遷地保育環境因素變化的從變量（如上述大王杜鵑等4種）。而且不同種類存在其種性制約的單位種子量的幅度差異，這種差異極大地決定著形成單位可育種子數量的潛力和上限，并與同種開花植株的個體數量和特定種類與遷地環境的適合度相互作用，最終決定了單位可育種子的數量變化。

2.5 綜合評價

以上單一指標的分析，從不同的角度揭示了遷地保育條件下杜鵑花屬植物的育性特征，但由于影響育性要素的多樣性與復雜性，僅用單一指標即對物種的育性做出判斷則往往是片面或矛盾的，因此無論從理論研究還是應用上來說，都需要對影響育性特征的各要素的貢獻率進行綜合評估，以便獲得更加全面與綜合的認識。依據有關育性指標等級與權重分配方案，其結果如圖5。在本研究中，除黃花杜鵑未能獲得種子外，其余36個受試杜鵑花屬植物種類的自然授粉育性等級評價結果表明，受試種類中未出現不育型（0≤可育性值<2.5）；弱可育型（2.5≤可育性值<5）僅紅棕杜鵑1種；可育型（5≤可育性值<8）有越峰杜鵑（R. yuefengense）、大王杜鵑、白碗杜鵑（R. souliei）、美艷橙紅杜鵑、火紅杜鵑、粉果杜鵑、馬纓花、寶興杜鵑、毛肋杜鵑、山育杜鵑、紫花杜鵑等11種；高可育型（可育性值≥8）24種，包括各類群的代表種如腺果杜鵑、絨毛杜鵑、繁花杜鵑、純紅杜鵑、粘毛杜鵑、百合花杜鵑、問客杜鵑、長蕊杜鵑、映山紅和羊躑躅等。

根據前述情況推斷，在適當增加同種開花個體數量的條件下，此次評估中的一些僅為弱可育或可育型的種類則有可能提高可育性等級；黃花杜鵑未結實也可能源于開花植株過少（1株）的限制，并疑為自交不育情況。

3討論與結論

通過37個杜鵑花屬植物在遷地保育條件下自然授粉可育性的系統研究，增進了對于杜鵑花屬育性適應現象、規律、主要問題與成因的認識，從而為有關自交與雜交研究建立了參照和認識起點，并嘗試提出了一套有關杜鵑花屬植物可育性評價的指標體系和方法。

3.1 認識了杜鵑花屬植物在遷地保育條件下的育性適應現象和規律

從坐果率（St）、綠苗率（Gs）、綠苗系數（Gc）和單位可育種子量（Sf）等4個方面綜合論述了37種杜鵑花物種的育性適應情況。可初步做出以下結論：（1）除黃花杜鵑未獲得自然授粉種子外，其他36個受試的杜鵑花種類均能在其保育地點上不同程度地完成“從種子（幼苗）到種子”的生命循環，并能不同程度地獲得有生活力的綠色幼苗，綜合評價結果為高可育型24種、可育型11種、弱育型1種。（2）杜鵑花屬植物在遷地保育條件下的適應取決于種性和環境的適合度（張樂華， 2007； 莊平， 2012），并反映在有關坐果率、綠苗率、綠苗系數和單位可育種子量等單一或幾個指標的波動中，同一種類的后3個指標均能不同程度地反映育性適合度的差異情況，尤其是保育條件與原生地條件下同種相比較更能反映這種適合度的差異情況。（3）在開花個體有限的情況下，黃花杜鵑不能有效結實，而其余36種杜鵑花中也有24種多少存在一定程度的苗木敗育現象，這說明遷地保育條件下的育性適應與同種開花個體數量的關系最為密切，因此保證“最小存活種群（MVP）”對于杜鵑花屬植物遷地保育至為重要，這也是進一步提升遷地保育條件下育性適應等級的關鍵措施，反之則可能導致保育種類可育性的下降，并增加遺傳漂變的風險（Richard et al， 2003； Kron et al， 1993； Tagane et al， 2008）。

3.2 揭示了杜鵑花屬植物在遷地保育條件下自然授粉可育性研究中的主要問題和部分成因

值得注意和研究的問題包括：（1）杜鵑花屬植物類群和種類在自然授粉條件下的可育性特征或多或少與上述4項指標關聯，其中值得重視的問題之一是特定的種類可能存在一個受種性制約的單位種子數量幅度和上限，這應該是不同類群與種類單位種子數量所具有的種種差異的內在原因。（2）依據現有知識和理論推斷，部分種類自然授粉的敗育現象可能主要源于不同程度的自交和花期重疊的同亞組的異種到不同亞組間的自然交配所引起的遺傳不適，如自交不親和可能導致退化，而雜交不親和可能引起雜種衰退等（Nathannel et al， 2006； Akihide Kenichi， 2006； Akira， 2010），尤其在一些開花個體有限的種類中，由于遺傳選擇的限制或脅迫（任明迅等， 2012），這種現象尤為突出。

3.3 為進一步開展杜鵑花屬植物在遷地保育條件下的自交、雜交研究建立了認識起點和參照，提出了有關杜鵑花屬植物可育性的多指標評價體系和方法

自然授粉作為研究自交和雜交的參照在實踐中有成例可法（劉曉青等， 2010； 張敬麗等， 2007）。以往的研究證明，杜鵑花屬的一些類群（如常綠杜鵑亞屬）自交與雜交情況比較普遍（Williams et al， 1990），甚至有的種類被證明是雜種后裔（Zhang et al， 2007； Zha et al， 2010），但通常情況下其種類的延續仍主要源于同種不同個體或不同基因型間的種內交配（Rouse et al， 1993； Williams et al， 1990； Jose et al， 2002），唯其如此才既能保證親和又能維系物種特征的基本穩定和遺傳多樣性（孟金陵等， 1997）。自交可視為種內交配的極端現象（劉定富和薛永彪， 1997），而用于種間雜交的母本則比父本增加了胞質遺傳貢獻。同時，本研究在眾多的育性指標中選擇了意義明確、操作性強的4項作為考察杜鵑花屬植物育性的指標，考慮到坐果率的不穩定性和可育種子絕對數量在種間的巨大差異性，僅將二者給予較輕的權重，而對直觀且被普遍接受的綠苗率指標給予了最大的權重考慮，同時給予綠苗系數適當的權重以反映或映射敗育苗的相應量值，根據數據分布情況和前人研究經驗（Williams et al， 1990； Rouse et al， 1993； Tom et al， 2007），嘗試進一步劃定了各指標的閾值，并確定了相應的分值，從而提出了一套有別于以往單一指標而由多指標構成的綜合評價體系與方法，比較真實地反映了杜鵑花屬植物在遷地保育條件下的育性及其適應性面貌。

致謝本研究田間與室內試驗和數據采集工作由李燁與唐桂英女士完成，英文摘要得到高賢明研究員的傾力幫助，峨眉山生物試驗站為本研究給予了大力支持，在此一并致謝！

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