珍稀濒危植物单性木兰传粉生态学研究

野外定位观测了单性木兰的花期物候、访花昆虫种类、访花频率、访花行为和同花期植物种类,并对其花粉散播距离和繁育系统进行了检测,旨在探讨制约单性木兰传粉过程的某些因素,为单性木兰的保护生物学提供科学依据。结果表明,单性木兰雄株和雌株在花期物候上存在差异,雌株在结实上存在明显的大小年现象。单性木兰以虫媒传粉为主,雄株访花昆虫30种,雌株访花昆虫仅14种,雌株和雄株共有的访花昆虫仅6种。单性木兰同花期植物共17种,其访花昆虫种类大部分与单性木兰的访花昆虫种类相同。蜂类和蝶类均非单性木兰的传粉者,其结实率低的原因不仅与访花昆虫种类少和访花频率少有关,更与其缺乏有效的传粉昆虫有关。     

雌雄异株植物长梗柳传粉系统和生殖策略研究

为探讨长梗柳(Salix dunnii)的传粉系统和不同性别的生殖投资策略,对居群性别比例、花部特征和访花昆虫进行了调查和观察,采用气相色谱-质谱联用技术(GC-MS)检测了花序的挥发性成分。结果表明,东边村居群的性别比例显著偏雄性(♂∶♀=1.28∶1, P < 0.05), 郭墩村和高地村的居群的性别比偏离不显著; 长梗柳雄株枝条的花序数显著多于雌株, 单花序的雄花数显著多于雌花, 雌花序平均长度显著大于雄花序; 长梗柳传粉系统是虫媒和风媒混合传粉系统, 主要访花昆虫为中华蜜蜂(Apis cerana)且显著偏好访问雌花; 吸引中华蜜蜂的挥发成分β-石竹烯的相对含量在雌花序中显著高于雄花序, 雌花序还具有β-榄香烯和芳香醇等吸引中华蜜蜂的特有挥发成分。因此, 长梗柳雄株在开花阶段投入了较多的资源产生雄花, 可能利于风媒传粉; 而雌株通过增加吸引传粉者的挥发成分来抵抗“传粉者限制”的效应, 可能利于虫媒传粉, 通过风媒和虫媒有效组合提升其繁殖效率。     

干热河谷麻疯树访花昆虫及主要传粉昆虫

膏桐为一种重要的油料作物,其种子可以提炼生物柴油,生物柴油在我国将成长为有一定规模的产业。为了增加膏桐结籽率,提高其产量,给膏桐规模化栽培方面提供传粉生物学的科学依据,于2006年对云南元江坝区半栽培膏桐(Jatropha curcas L.)居群的访花昆虫及主要传粉昆虫种类进行调查。膏桐开花示样醒目,具花香与蜜腺,花形态没有特化,这些特征使得它提供的酬物适合于不同的昆虫采食,其访花昆虫种类较丰富,共有35种访花昆虫,分属5目20科。综合访花昆虫的传粉数量,及传粉质量包括访花行为、访花频率与日活动规律等确定主要传粉昆虫,确定大头金蝇Chrysomya(Compsomyia)megacephala Fabricius、中华蜜蜂Apiscerana Fabricius、迁粉蝶(淡色型)Catopsilia pomona f.Crocale为该居群的主要传粉昆虫。3种传粉昆虫具有不同的访花习性和日活动规律。雌雄迁粉蝶日活动规律相似。访花者的组成受气象因素、开花示样及生境条件的影响。最后,探讨膏桐与访花昆虫的关系,以及主要传粉者的组成随时空变异而改变的规律。     

罗汉果花气味物质量化分析方法研究

罗汉果(Siraitia grosvenorii)是葫芦科著名的药食两用植物,广泛种植于广西桂林地区,其开花后传粉不良现象迫切需要研究解决。为了探讨罗汉果花朵气味物质与传粉者访花频率的关系以及查明传粉不良产生的原因,该文选择罗汉果雄花为材料,研究了罗汉果花朵气味物质的量化分析方法。实验采用动态顶空吸附法收集新鲜花朵的气味物质,经过洗脱、洗脱液吹氮和GC-MS分析等步骤,先后完成了花朵气味物质的收集、浓缩、分离和鉴定,最后以峰面积归一化法计算各化学组分的相对含量。结果表明:从供试花朵中检测到挥发性组分(包括萜烯类物质) 5种,以及芳香烃类、烷烃类、酯类物质各1种,其中萜烯类物质的相对含量达71.07%,是供试花朵最主要的挥发性化合物。该结果高度符合葫芦科植物花朵气味的化学组分特征,并具有良好的实验重复性,表明该实验体系是收集和鉴定罗汉果花朵气味组分的理想方法,为后续开展罗汉果花气味物质研究奠定了重要基础。同时通过与葫芦科多种植物比较,发现罗汉果的花朵气味物质可能存在雌雄二型性。     

柴黄姜的传粉生物学特性

对产自湖北武当山的柴黄姜（Dioscorea nipponica subsp．rosthornii Prain et Burkill）的花部特征和访花昆虫种类及访花行为、访花频率和携粉量进行了研究，并对柴黄姜的传粉方式、结实和种子萌发状况进行了检测。结果表明，柴黄姜具有虫媒花的典型花部特征，共观测到访花昆虫4目34种，其中传粉昆虫6种，隧蜂属（Halictus sp．）和地蜂属（Andrena sp．）的2种昆虫是柴黄姜的主要传粉昆虫。访花昆虫对雄株的访花高峰时段为11：00至14：00，对雌花没有明显的访花高峰时段。在自然条件下，柴黄姜的座果率为18．86％，结实率为7．12％，种子萌发率为64．76％。在武当山，柴黄姜种群扩展仍以有性繁殖为主，无性繁殖为重要补充。     

阿魏传粉昆虫及其访花行为的初步研究

对新疆阿魏访花昆虫种类、昆虫访花频次、昆虫访花时间及昆虫访花行为进行了初步研究。在盛花期观察中,(1)发现有5目、23科、45种昆虫进行了访花,其中传粉昆虫4科7种,均属蜜蜂总科;(2)各类昆虫访花频次在不同观察时间变化较大,传粉蜜蜂仅出现在其中一个观察日中;(3)不同种类昆虫在花上的停留时间差异很大,传粉昆虫停留时间很短,鞘翅目昆虫停留时间最长。进入始果期后,昆虫的访花行为是围绕花盘的蜜腺展开的。     

北黄花菜的开花物候及传粉特性研究

北黄花菜是百合科萱草属的优秀观赏植物材料,也是进行品种创新的极有价值的野生种质资源。该研究对野生环境中北黄花菜的开花物候与传粉特性进行了连续三年的追踪观测,探讨其开花进程和传粉机制。结果表明:(1)北黄花菜种群的开花物候只有1个高峰期; 种群始花时间为5月末,盛花期为6月中旬,开花时间在30 d以上,单株花期为6～12 d; 开花同步性指数(S_i)分别为0.36、0.27和0.21,种群内个体开花时间重叠程度较低。(2)北黄花菜的开花数量与坐果数呈显著正相关(P<0.05),坐果数与单株花期长度呈极显著正相关(P<0.01),单株花期长度与始花时间呈显著负相关(P<0.05),表明北黄花菜开花数量越多,其坐果数越高。(3)北黄花菜的访花昆虫分属于4目10科共10种; 各访花昆虫的访花时间和行为区别较大; 主要的传粉昆虫有4种,其活动范围大,活动特点与北黄花菜午后开放的规律相匹配,能保证传粉效果; 部分访花昆虫虽然活动范围小,但可以帮助植物进行自花授粉; 两类访花昆虫的共同作用,使得北黄花菜的自然结实得到较大保障。上述结果可为北黄花菜的引种栽培和资源创新发挥实际作用。     

蒙古扁桃的花部综合特征与虫媒传粉

连续2年对蒙古扁桃自然居群的传粉昆虫进行了观察,用重力玻片法检测。结果表明风媒导致的异株传粉作用可以忽略;蒙古扁桃花散布的气味、花蜜在诱导昆虫传粉中起主要作用;共发现访花昆虫17种,主要包括蜂类、蝇类、蝶类,以蜂类为主;昆虫访花频率与开花习性有关,访问者偏爱访问处于盛花期的花;蒙古扁桃趋向于虫媒的异花授粉,但缺乏忠实的传粉者。     

濒危植物柄扁桃的传粉者及其访花行为

对濒危植物柄扁桃(Amygdalus pedunculata)访花昆虫的种类、访花行为、访花频率和日活动规律进行了研究.结果表明:柄扁桃的访花昆虫有5目17科19属21种,其中传粉昆虫为3目11科13属15种,主要的传粉昆虫为黑颚条蜂(Anthophora melanognatha)、密林熊蜂(Bombus patagiatus)、大蜂虻(Bombylius major)、黄腿食蚜蝇(Syrphus ribesii)及红足隧蜂(Halictus rubicundus);主要传粉昆虫的日活动规律差异较大,活动高峰期彼此交错;黑颚条蜂具有体积大、携粉量大、小花停留时间短等特点,为柄扁桃传粉的效率最高,今后应加强其生物学、传粉生态学方面的研究.     

神农架地区典型草本群落中的昆虫访花行为比较

对神农架地区不同海拔高度(1,000–2,600m)的典型草本群落中的昆虫访花行为进行了初步的监测和统计。在9个样地中共观察到鳞翅目、膜翅目、双翅目11科昆虫访花,访花者的类群在不同海拔高度的群落中有所不同,但明显与植物群落的物种组成有关。对昆虫访花频率的监测发现,不同物种组成的草本群落中,所有昆虫访花的总频率和不同类群的昆虫访花频率都有差异,正在开花的物种较多的群落中通常能吸引相对较多的访花者。同一种植物在不同的群落背景中受访频率差异显著,如花被不甚显著的酸模(Rumex acetosa)在某些群落中未观察到访花者,在另一些群落中却有昆虫频繁访问。而花被显著的血见愁老鹳草(Geranium henryi)在各群落中都有频繁的昆虫访问。一些植物(如广布野豌豆Vicia cracca)虽然在不同群落中都有昆虫访问,但访花者类群却有较大差异。作者认为,在植物群落中,不同植物的花在吸引昆虫传粉方面存在着一定的相互作用,在研究特定植物的虫媒传粉时应重视该植物种群所处的群落背景所起的作用。     

用单性结实基因2A11-iaaM转化罗汉果的研究

为了实现罗汉果生产中免除人工授粉和果实无籽化,该研究利用pBI121-Gus构建果实特异启动子2A11与生长素合成相关基因iaaM的嵌合基因(2A11-iaaM)过量表达载体,以罗汉果雌株叶盘为材料,采用农杆菌介导法建立罗汉果高效遗传转化体系,转化和创制单性结实罗汉果种质,通过基因特异引物对的PCR扩增,初步检测出转基因阳性植株,将之移栽大田,观察转基因植株的单性结实性的表现。结果表明:构建罗汉果单性结实性相关的pBAI-Gus植物双元表达载体获得成功;建立了农杆菌介导的罗汉果叶盘遗传转化优化体系,即农杆菌菌液OD_(600)值为0.3～0.5,侵染10 min,最优选择培养基为MS+TDZ 0.7 mg·L~(-1)+IBA 0.5 mg·L~(-1)+Kan 5 mg·L~(-1)+Cef 300 mg·L~(-1);经PCR鉴定共获得4株转基因阳性雌株;将阳性植株扩繁后移栽田间,经田间调查发现,24株阳性扩繁植株中有5株正常开花,占总植株数的20.8%,且其子房未经人工授粉发育成幼果,表现单性结实性。在载体构建和农杆菌介导的罗汉果遗传转化体系优化的基础上,将外源单性结实相关嵌合基因整合进罗汉果基因组并得到表达,为后续研究单性结实罗汉果的遗传生理,创制转基因罗汉果单性结实新种质,以及克服其产业化中需要人工授粉和无籽化提供了理论和应用基础。     

三倍体罗汉果及其亲本的同工酶比较研究

为了加快三倍体罗汉果育种的进程和效率,进一步提高其亲本选择性,该文对F1代3x罗汉果与其4x和2x亲本的过氧化物酶(POD)同工酶和酯酶(EST)同工酶进行了比较。结果表明:F1代3x罗汉果与其4x和2x亲本的POD和EST同工酶均有一定差异,3x和4x的POD和EST同工酶不同迁移率的平均酶带数目较2x多,酶带活性也较强;4x的POD同工酶数目较3x的多,但EST同工酶两者差异较小;F1代3x罗汉果的同工酶均出现了与其4x和2x亲本不同的新酶带,预示着其可能具有的杂种优势;聚类分析结果显示,F1代3x罗汉果与其4x母本的遗传距离更近,并且当4x母本间亲缘遗传关系较近时,其F1代3x在亲缘遗传上也相聚较近,说明F1代3x在亲缘遗传上更倾向于其4x母本。由于三倍体罗汉果育种亲本间存在杂种优势,且更倾向于其母本遗传,因此通过该研究可以初步总结出三倍体罗汉果及其父本、母本的遗传规律,并提出罗汉果三倍体良种选育的建议,即在3x罗汉果育种时需要更加关注4x母本的优良性状表现,并以亲本的遗传背景为基础,选择遗传差异较为显著的父本和母本。     

Relative importance of diurnal and nocturnal pollinators for reproduction in the early spring flowering shrub Stachyurus praecox (Stachyuraceae)

Generalized pollination systems may be favored in early spring flowering plants, as during this period pollinator activity is unpredictable. Many previous studies have concentrated on the importance of diurnal visitors in pollination, and consequently, information on the contribution of nocturnal visitors to pollination in early spring is limited. This study was conducted to evaluate the relative importance of diurnal and nocturnal pollinators in the early spring flowering dioecious shrub Stachyurus praecox (Stachyuraceae), in two temperate forests in central Japan. Visitors to the female and male flowers were observed during day and night, and their relative contributions to seed set were compared. The pollinator observations revealed that the diurnal and nocturnal insects visited both male and female flowers, and that the main flower visitors were diurnal small bees and flies as well as nocturnal settling moths. The diurnal and nocturnal flower visitors also acted as pollinators, as the pollen grains of S. praecox were attached to the insects collected from the female flowers. Pollination experiments demonstrated that the contributions of diurnal pollinators to the seed set were higher than those of the nocturnal pollinators. The results of this study indicate that S. praecox has a generalized pollination system, comprising both diurnal insects and nocturnal settling moths. Although the roles of diurnal insects are more important in the pollination of S. praecox, nocturnal settling moths may have a complementary role in early spring.     

龙胜县丘陵山区土壤与罗汉果重金属含量及潜在生态危害评价——以宝赠村为例

桂林市龙胜县作为罗汉果的三大主产区之一,种植区土壤重金属含量及罗汉果质量影响到该区罗汉果产业的健康发展。为探索龙胜县丘陵山区典型贫困村罗汉果园的安全性,该文研究了宝赠村典型罗汉果园土壤及罗汉果果实中砷、铜、锌、铅、镉、铬、汞7种重金属含量,并采用Hankanson指数法分析了其潜在生态风险。结果表明:(1)龙胜丘陵山区罗汉果园土壤(0~10 cm,10~20 cm)重金属含量均达到国家农业用地土壤筛选值标准(GB15618-2018),其中0~10 cm土壤中砷、铜、锌、铅、镉、铬、汞的含量分别为3.67、18.00、58.39、17.01、0.10、28.57、0.08 mg·kg^-1,10~20 cm土壤中砷、铜、锌、铅、镉、铬、汞的含量分别为1.93、12.56、21.47、10.51、0.04、17.09、0.02 mg·kg^-1。(2)在0~10 cm和10~20 cm土层中,重金属的生态风险状况总体上处于轻微生态风险等级,综合生态风险指数分别为105.29和38.96;0~10 cm土层不同重金属潜在的生态风险顺序为汞>镉>铅>铜>砷>锌>铬,汞、镉的生态风险分别为50.16、42.05,在总重金属风险中贡献率分别占所有重金属的47.6%和39.9%,已达中等生态风险等级;在10~20 cm土层中,7种重金属的生态风险大小关系为镉>汞>铜>铅>砷>铬>锌。(3)研究区罗汉果果实中砷、铜、锌、铅、镉、铬、汞的含量分别为0.00024、0.273、1.10、0.0016、0.00013、0.00013、0.00012 mg·kg^-1,其生态风险状况均处于轻微风险等级,7种重金属的生态风险顺序为汞>铜>镉>锌>铅>砷>铬,综合生态风险指数为0.21193,几乎不存在生态风险。因此,在龙胜县丘陵山区典型贫困村——乐江镇宝赠村推广种植的罗汉果达到了安全质量标准。     

罗汉果大孢子发生及雌配子体发育与花部形态、胚珠变化的关系

为弄清罗汉果(Siraitia grosvenorii)大孢子发生、雌配子体发育过程与花部形态特征、胚珠的关系,运用石蜡切片法对罗汉果子房进行了显微观察。结果表明,罗汉果的胚珠倒生,双珠被,厚珠心,大孢子四分体呈线型排列,合点端一个大孢子分化为功能大孢子,成熟胚囊为蓼型。花蕾形态、胚珠变化与大孢子发生、雌配子体的发育时期具有一定相关性,当子房长度为7.0 mm≤L<9.0 mm,珠心呈椭圆形时,约有45.83%的大孢子母细胞处于减数分裂时期。因此,依据罗汉果花部形态可有效确定大孢子发生与雌配子体发育的时期。     

基于FTIR的三倍体罗汉果花粉直感效应研究

以四个品系的三倍体罗汉果雌株为材料,用五种不同的二倍体雄花分别对其授粉,利用傅里叶变换红外光谱法(FTIR)测定了其子代果实的红外光谱,并运用主成分分析和聚类分析研究了授粉雄花对子代果实化学成分的影响。结果表明:不同雄花授粉后,雌株F302、F323和F322各子代果实红外光谱中1 050 cm-1波数附近甜苷物质特征吸收峰的峰高有显著或极显著差异,雌株F311子代无籽果实的差异不显著;同时五种授粉雄花分别对雌株F302、F323、F322和F311子代果实在主成分二维投影图和聚类图中的排序也有明显的影响,但对不同品系雌株子代果实的排序影响不同,从而说明三倍体罗汉果的甜苷物质含量和整体成分含量均有较为明显的花粉直感效应,并且存在品种特异性。     

蓝花丹结实率低的传粉生物学和繁育系统初探

为解释蓝花丹自然结实率低的原因,该研究从传粉生物学和繁育系统入手,采用TTC法与联苯胺-过氧化氢法分别测定花粉活力和柱头可授性的动态变化;用花粉-胚珠比(P/O比)、杂交指数(OCI)估算蓝花丹繁育系统类型并通过人工控制授粉试验验证。结果表明:(1)蓝花丹L型雌器官与S型雄器官、L型雄器官与L型雌器官成熟时间重叠区域较多,雌雄性器官在成熟时间上无显著差异;而S型雌器官与L型雄器官、S型雌器官与S型雄器官成熟时间重叠区域较少,但蓝花丹持续开花的模式缓解了雌雄性器官时间差异而引起的生殖隔离。(2)蓝花丹L型花P/O为502.00±52.30,S型花P/O为482.70±87.91,OCI为4,综合判断蓝花丹的繁育系统属于专性异交型且具有异型自交不亲和的特性。综上可初步解释蓝花丹自然结实率低的原因为内外因素共同作用的结果,其中雌雄性器官同熟时间短不是主要原因,而其本身较强的自交不亲和性可能是自然结实率低下的关键性内因。由于蓝花丹的专性异交繁育系统使其成功授粉需要传粉媒介,但因引种地与原产地环境存在显著差异,同时开花模式不集中导致的缺乏传粉者完成异花授粉或许是引起异交成功率降低的主要外因。因此,提高蓝花丹的结实率应从克服其自身自交不亲和性以及适当引入安全传媒昆虫入手。     

多叶斑叶兰繁育系统与传粉生物学研究

为探讨多叶斑叶兰(Goodyera folisa)的繁育系统与传粉生物学特征,对其开花物候、花粉活力与柱头可授性、人工授粉、花的挥发性成分以及昆虫传粉行为进行了研究。结果表明,多叶斑叶兰的唇瓣黄色,萼片白色或白色带红褐色;单花花期为(9.4±0.8)d;花粉在开花后第1天具备活力,柱头在开花后第2天具备可授性,花粉活力和柱头可授性都在开花后第5天达到峰值。去雄套袋和不去雄套袋都不能结实,人工自花授粉、同株异花授粉和异株异花授粉的结实率分别为93.3%、95.0%和96.7%,自然结实率为43.3%。花朵的主要挥发性成分为1-辛烯-3-醇、3-辛醇和N,N-二甲基甲酰胺。多叶斑叶兰传粉者为中华蜜蜂(Apis cerana)。多叶斑叶兰具有自交亲和能力,但在自然界不具有主动自交现象,必须依赖中华蜜蜂传粉,花色及花香气味为吸引传粉者的主要因素。     

罗汉果全基因组Survey分析

罗汉果是广西特有药用及甜料植物,其主要成分之一甜苷V作为天然、非糖甜味剂,具有广阔的开发前景,但罗汉果目前完全来自于栽培,适生区狭窄,连作障碍严重,加之含量低导致甜苷V生产成本居高不下,严重限制了其应用。为了减少盲目性,在大规模全基因组深度测序之前,先做低覆盖度的基因组Survey测序,评价基因组的大小及复杂程度,以确定适合该植物全基因组的测序研究策略。该研究采用第二代高通量测序技术(Illumina Hiseq TM 2000)首次测定了罗汉果基因组大小,并利用生物信息学方法估计罗汉果杂合率、重复序列和GC含量等基因组信息。结果表明:(1)获得了18.1 Gb罗汉果基因组测序数据,基因组大小估计为344.95 Mb左右,测序深度为52×;(2)从K-mer分布曲线发现罗汉果基因组有明显的杂合峰,杂合率达1.5%,基因组高杂合导致组装的结果中Contig N50和Scaffold N50的长度比预期的要短很多,还造成GC平均深度及含量分布明显异常,存在一个低深度分布区域。基因组主峰后面有微弱的重复峰,说明罗汉果存在较多的重复序列;(3)由于罗汉果存在高杂合率和重复序列较多的特点,该基因组测序分析仅采用全基因组鸟枪法(WGS)策略不合适,为了更好地对全基因组进行序列拼接和组装,可尝试结合采用Fosmid-to-Fosmid或BAC-to-BAC策略。该研究结果对于揭示罗汉果产量、有效成分含量、发育及抗病虫的分子机制,以及通过分子育种来提高甜苷V含量和降低生产成本具有重要意义,为全基因组测序策略的选择提供了依据。