广东地区外来种五爪金龙的传粉生物学研究（英文）

五爪金龙(Ipomoea cairica)是一种匍匐或攀援生长的入侵杂草。2006-2007年作者在广东地区开展了对该入侵种的传粉生物学研究。五爪金龙在广东全年均可开花,花序为聚伞花序,花冠为紫色或蓝紫色喇叭状。开花时间在早晨4:30-5:20之间,下午17:40闭合,持续大约12h。每朵花平均分泌花蜜量为5.82±2.47μL(n=10),花蜜平均含糖量为41.03±6.52%,氨基酸含量为0.042mg/mL。开花过程中花粉活性和柱头可受性均保持较高水平(>90%)。花粉/胚珠比率(P/O)为4,778.18±264.58(n=10)。木蜂(Xylocopasp.)是其有效的传粉昆虫,蝇类和蝶类为随机访问者。开花过程中柱头与花药相接触,有利于自花授粉。然而,繁育系统的研究表明五爪金龙是自交不亲和植物,其种子仅能通过异花授粉获得。     

de novo转录组学分析华南地区入侵植物五爪金龙代谢特征

为探究华南地区严重入侵植物五爪金龙(Ipomoea cairica)生物入侵的分子机制,对五爪金龙及其近缘种七爪金龙(I. digitata)和裂叶牵牛(I. nil)进行de novo转录组测序和组装,得到56551条unigenes,其中56522条得到注释,7815条GO注释,15615条COG注释,180201条KEGG数据库注释。转录组分析结果表明,五爪金龙氮代谢通路关键酶基因的表达高于对照。次生代谢关键酶(PAL、4CL、CAD、查耳酮合酶、苯基丙乙烯酮异构酶、槲皮黄3-O-甲基转移酶等)基因在五爪金龙与七爪金龙及裂叶牵牛中均得到协同性的差异表达,而这些代谢通路指导的产物合成对五爪金龙的抗逆境能力、生长、化感作用等均起关键作用。关键基因的RT-qPCR验证结果与转录组结果具有一致性。因此,这从分子生物学层面上对解释五爪金龙在华南地区的入侵机制提供了新的证据。     

地下结实植物白番红花的繁育系统与传粉生物学

地下结实是植物用来防御不利环境的一种策略, 研究地下结实植物的繁殖特性, 可以揭示它们的繁殖对策多样性, 对于探讨环境选择压力对其繁育系统及后代适合度的影响具有重要意义。白番红花(Crocus alatavicus)是一种分布在天山西部亚高山带、具地下芽和地下结实特性的早春短命植物。我们采用野外观测和统计分析方法, 对该物种的繁育系统与传粉生物学及其对亚高山环境的适应进行了研究。研究结果表明: 白番红花具有先花后叶的特性, 于4月上中旬始花, 呈爆发式开花式样; 花白色, 无花蜜无气味; 开花时, 下位子房位于地下, 花蕾在地上开放并随光照变化而开闭; 单花花期为6–9 d, 花萎蔫时花粉活性仍保持在75.39±5.69%, 柱头可授期为8 d。人工授粉实验结果显示, 该物种属于兼性异交繁育系统, 且具有自主自花授粉能力。白番红花属于泛化传粉系统, 鲁熊蜂 (Bombus lucorum)、老条蜂 (Anthophora senilis)和黄腹地花蜂 (Andrena capillosa)是有效传粉昆虫, 通过采食花粉进行传粉, 访花频率分别为0.50±0.27次•花–1•h–1、0.18±0.08次•花–1•h–1和0.13±0.05次•花–1•h–1。在天山西部亚高山早春环境中, 白番红花不仅利用其开花式样、泛化传粉系统及早春空白生态位来提高传粉效率, 而且通过自交亲和及主动自花授粉等繁育系统特征来弥补传粉昆虫少及访花频率低的不足, 从而保障繁殖成功。     

牛耳朵传粉生物学研究

苦苣苔科(Gesneriaceae)报春苣苔属(Primulina Hance)是一个近年来备受关注的类群,其纷繁复杂的物种多样性和属下种间的特有分布引起了分类学家和植物学研究者的极大兴趣。该属除了极少数的物种如牛耳朵[(Primulina eburnea(Hance)Y. Z. Wang)]以外,绝大部分的物种为狭域分布或地方特有种,其分布范围很窄。为了揭示牛耳朵的传粉生物学和繁育系统对其生殖过程和拓殖能力的影响机制,作者系统地研究了牛耳朵的开花物候、花粉与柱头活性、访花昆虫的种类和访花行为、花粉胚珠比、OCI指数和套袋实验结实率,探究其传粉等生殖过程对牛耳朵的广布是否有正面影响。结果表明:牛耳朵的自然花期是3—5月,全花期约45 d,其中盛花期约20 d,单花期6～8 d; 开花后1～2 d花粉活力最强,开花前柱头没有可授性; 花粉胚珠比为537; 杂交指数为5; 去雌套袋、去雄套袋均无法结实,说明本种不存在无融合生殖; 与自然授粉相比,自花授粉结实率略低,异花授粉结实率略高,说明自交亲和; 牛耳朵的主要传粉者是花条蜂(Anthophora florea)和熊蜂(Bombus sp.)。花蜜产量较高、花粉量较大、花粉活力较强等特点,有利于牛耳朵完成传粉和结实的整个繁殖过程。因此,这一结果显然有利于牛耳朵的拓殖进而广布在我国华南至西南地区的喀斯特地区。     

蝎毒素BmkTXKβ对家兔心房肌细胞瞬间外向钾电流的抑制作用

为研究蝎毒素BmkTXKβ对家兔心房肌细胞瞬间外向钾电流(I_to)的影响,采用全细胞膜片钳技术记录应用BmkTXKβ前后的I_to电流. 结果显示BmkTXKβ（1 μmol/L）使心房肌细胞I_to（刺激电压为+50 mV）从（13.63±0.87）pA/pF减少到（7.98±0.78）pA/pF,抑制率为41.4% (n=16, P＜0.001).冲洗后, I_to部分恢复至(11.18±0.82)pA/pF (n=6, P＜0.01,与给药后比较).在0.01～100 μmol/L范围内BmkTXKβ呈浓度依赖性地抑制I_to,IC₅₀的均值为0.95 μmol/L (n=10, P＜0.01),但无频率依赖性(n=6,P＞0.05). 1 μmol/L的BmkTXKβ可使I_to通道的失活动力学曲线明显左移,V_1/2分别为（－23.6±2.7） mV和（－35.3±3.6） mV（n=8,P＜0.05）,曲线斜率基本不变.同时可使I_to通道的恢复过程明显减慢,恢复曲线右移,τ值从（51.2±8.5） ms延长至（93.5±13.4） ms（n=9,P＜0.01）,但不影响其激活过程.据此推断BmkTXKβ对家兔心房肌细胞I_to具有显著的抑制作用,主要作用于失活过程,延长该通道的恢复时间.     

濒危植物肉苁蓉（Cistanche deserticola）繁育系统研究

在自然居群中通过野外定位观测,运用杂交指数（OCI）;花粉—胚珠比（P/O）;去雄、套袋、人工授粉等方法对濒危植物肉苁蓉（Cistanche deserticola Ma）的花序发育、开花特性、花粉活力、柱头可授性、传粉方式、繁育系统进行了研究,结果表明：肉苁蓉穗状无限花序的生长发育期可明显分为拱土期、出土期、开花期、结实与种子成熟期四个阶段。两性花,单花开放时间2~3d,花序有花期持续20~25d。种群开花历时36~38d。开花时柱头略高出花药,柱头较大,下垂。重力玻片法检测,风媒导致的异株异花传粉完全可以忽略。主要访花昆虫为蜂类。扫描电镜观察虫体,蜂类携带大量花粉,但传粉飞行距离大部分为0。杂交指数为3;花粉—胚珠比为35.45±8.56;结合去雄、套袋和人工授粉试验结果,认为肉苁蓉属于以自交为主的繁育系统。     

圆唇苣苔属(Gyrocheilos)花柱侧偏弯折现象及其传粉适应机制

圆唇苣苔属(Gyrocheilos)是苦苣苔科的中国特有属,有5种,全部狭域分布在我国西南及广东的高海拔山区。圆唇苣苔属所有物种的花柱侧偏且花柱顶端呈90°弯折,使得柱头位于花开口的中央位置。这种独特的侧偏弯折花柱结构,说明圆唇苣苔属可能有着特殊的演化历史和适应机制。为揭示这种特殊的花柱侧偏弯折现象的发生范围、发育过程及其传粉适应机制,该研究在圆唇苣苔(Gyrocheilos chorisepalus)、折毛圆唇苣苔(G. retrotrichus)和微毛圆唇苣苔(G. microtrichus)3个物种中开展了花部综合征观察,并研究了广东大雾岭保护区内的折毛圆唇苣苔花发育过程、花部特征和繁育系统以及传粉过程。结果表明:(1)微毛圆唇苣苔只有花柱左偏弯折现象,而圆唇苣苔和折毛圆唇苣苔虽然大部分花是花柱左偏弯折,但在部分个体中出现了少量的花柱右偏弯折现象(占种群总花数的2%～3%)。(2)传粉观察发现,折毛圆唇苣苔在花蕾期即出现了花柱弯折现象,2个可育雄蕊的花药合生、位于花冠筒喉部中央位置,与侧偏花柱不存在左右镜像对称关系。(3)折毛圆唇苣苔的花粉胚珠比(P/O)为456.98±15.55,属于兼性异交繁育系统。折毛圆唇苣苔存在一定的传粉限制,自交授粉可以结实,但异交种子萌发率更高,可能存在近交衰退。(4)折毛圆唇苣苔的访花昆虫较少,访花频率较低,主要访花昆虫有隧蜂、熊蜂、食蚜蝇等; 熊蜂体型较大,访花时降落在弯折花柱和花瓣下唇,胸部侧面及下部能有效接触到柱头。(5)反射率结果显示,折毛圆唇苣苔花瓣反射波长范围集中在紫光和蓝紫光区域,花冠的反射波长范围与蜂类视觉范围一致且花冠筒外侧和花瓣下唇的反射强度最大,更容易吸引蜂类落置在花冠宽大的下唇; 圆唇苣苔属的花柱侧偏弯折现象可能来自近缘的长蒴苣苔属(Didymocarpus)的花柱下弯现象或镜像花(mirror-image flowers)。综上认为,这种侧偏弯折的花柱,可能通过提供昆虫降落平台,使得柱头位于花开口中央和花瓣下唇的上方位置,提高了柱头接触访花昆虫的概率,是适应高海拔地区低频率访花者的一种机制。     

濒危植物四药门花的自花授粉

观测了四药门花Loropetalum subcordatum的开花物候、开花动态和访花者; 对其花粉组织化学、花粉胚珠比和花粉活力进行了检测; 通过人工控制授粉实验检测了其繁育系统; 使用扫描电子显微镜(SEM)观察了自花花粉在柱头上的萌发情况并使用荧光显微镜观察了花粉管在花柱中的生长情况。结果表明: 四药门花花期为9月至次年2月, 其中9-10月为开花高峰期; 单花花期4-6 d; 雌蕊先熟, 开花时柱头即有活性, 并持续到花谢; 花药于开花后12-24 h内开裂, 并能直接落置自花柱头; 离体花粉寿命约26 h, 花粉为非淀粉型, 花粉胚珠比为8420±720.86 (n=10); 无花蜜分泌。未观察到任何外来的访花者, 仅见到生活在头状花序中的蓟马Thrips sp., 且未见到蓟马在花间积极迁飞, 表明蓟马不是其有效的传粉者。无处理套网和辅助异株授粉的结实率(5.30%±1.83%/6.67%±1.91%)与自然对照(4.79%±1.45%)差异均不显著(P=0.847/0.616), 扫描电镜观察证明自花花粉能在柱头上顺利萌发, 荧光显微镜观察证明花粉管能在24 h内生长到花柱基部, 说明四药门花是自花传粉, 不存在无融合生殖。四药门花存在雌蕊先熟现象并且仍有异交可能, 说明其祖先类型曾经是异交植物。花谢后子房于次年夏天才开始膨大而果实于10月间开花高峰期后成熟, 说明存在胚发育延迟的现象。本文还讨论了金缕梅科Hamamelidaceae中自花传粉由蝇类传粉演化而来的可能性。     

海南三七（姜科）的食源性欺骗传粉

有花植物为繁殖成功,进化出各种各样的花部特征来吸引传粉者,如为传粉者提供花蜜、花粉、栖息地等,然而在33科146属的被子植物中也存在着不提供任何报酬而欺骗昆虫为其传粉的现象。这种欺骗性传粉模式主要出现在高度进化的具有多样化传粉模式的兰科植物中。报道了在姜科植物中首次发现的食源性欺骗传粉模式。对姜科山柰属海南三七进行连续2年的传粉生物学观察和研究发现,海南三七的花在早上5:30～6:00之间开放,下午17:00～18:00左右闭合萎蔫,持续大约11～12h。开花过程中花粉活性与柱头可受性均保持较高水平(>90%)。花粉/胚珠比率(P/O)为82.20±47.89(n=20)。木蜂是其主要的访花和传粉昆虫,访花目的是吸取花蜜。海南三七虽有细长线形的蜜腺,但并不分泌花蜜作为传粉昆虫访花的报酬,采用食源性欺骗的方式欺骗木蜂为其传粉。繁育系统的研究表明广西弄化的海南三七居群主要是通过根茎进行无性繁殖。     

全自动生化分析仪测定血清AST同工酶

应用天冬氨酸氨基转移酶抑制剂“AMANO-3”水解样品中的线粒体型天冬氨酸氨基转移酶同工酶（m-AST）,测定血清中剩余的胞浆型AST同工酶（c-AST）活性,进而与总AST活性相比较并计算出受抑制剂水解的m-AST同工酶活性．由于此方法采用蛋白水解反应破坏m-AST,因此测定方法可直接应用于生化自动分析仪．亦建立了一个适于日立7150分析仪的AST同工酶联合测定方法．其测定和计算出的m-AST同工酶批内CV为3.5％～7.9％;其结果(y)与AST同工酶电泳迁移率(x)相关．y=1.019x-0.489,r＝0.996（n＝30）．测定了113名健康人m-AST和c-AST,其m-AST参考值范围1.64～9.64U/L,x±s＝(5.641±2.013)U/L;c-AST参考值范围5.69～16.81U/L,x±s＝(5.641±2.013)U/L．     

入侵植物五爪金龙生物学特性研究

通过栽培实验,观察入侵植物五爪金龙的形态学特征,测定两个不同生长期的生物量、根茎长度等指标,对实验数据进行统计分析,从几个方面研究五爪金龙的生物学特性。结果表明:生长期为6个月的五爪金龙生物量与生长期为3个月的五爪金龙生物量相比,根、茎、叶分别增长了2~5倍;平均含水量在7.41%~82.99%之间,两者无显著差异;两者之间的根冠比存在显著差异,但是跟其他草本植物相比,其根冠比相对较小;不同生长期的平均根长度分别为57cm、87cm,平均茎长度分别为319cm、714cm,两者之间的根茎比存在极显著差异。研究结果为进一步研究五爪金龙的入侵机制和控制五爪金龙的对策提供科学的理论依据。     

五爪金龙茎的解剖结构

运用常规石蜡切片、显微观察及显微照相的方法, 对五爪金龙( Ipomoea cairica) 茎的结构进行了观察研究, 结果表明: 五爪金龙茎的解剖结构以初生结构为主, 维管形成层已经形成, 但次生结构尚不发达。通常具3～6 个空腔, 初步推断其为裂生式分泌道; 表皮外弦向壁增厚, 具角质层, 具气孔及气室;紧贴表皮内方的1～3 层和皮层最内1～3 层的细胞可能为分泌细胞; 具双韧维管束, 木质部极为发达, 导管细胞紧密排列, 围绕内韧皮部和中央的髓而成一圆周; 形成层位于外韧皮部与木质部之间; 茎中央是大型薄壁细胞构成的髓, 具簇晶。     

五爪金龙茎的解剖结构

运用常规石蜡切片、显微观察及显微照相的方法,对五爪金龙(Ipomoea cairica)茎的结构进行了观察研究,结果表明:五爪金龙茎的解剖结构以初生结构为主,维管形成层已经形成,但次生结构尚不发达。通常具3~6个空腔,初步推断其为裂生式分泌道;表皮外弦向壁增厚,具角质层,具气孔及气室;紧贴表皮内方的1~3层和皮层最内1~3层的细胞可能为分泌细胞;具双韧维管束,木质部极为发达,导管细胞紧密排列,围绕内韧皮部和中央的髓而成一圆周;形成层位于外韧皮部与木质部之间;茎中央是大型薄壁细胞构成的髓,具簇晶。     

五爪金龙对其草本伴生种部分生理指标的影响

采用电导率法和分光光度法,测定了5个不同的自然生境中入侵杂草五爪金龙(Ipomoea cairica)的4种草本伴生植物火炭母(Polygonum chinense)、三叶鬼针草(Bidens pilosa)、红花酢浆草(Oxalis corymbosa)、鸡矢藤(Pae-deria scandens)的相对电导率和叶绿素含量等生理指标,并设相同生境中不与五爪金龙伴生的这4种草本植物为空白对照。结果表明:4种伴生草本植物的叶绿素含量与对照相比差异达显著或极显著水平;三叶鬼针草相对电导率差异显著,另外3种伴生植物的相对电导率变化不明显,说明五爪金龙对火炭母、红花酢浆草、鸡矢藤3种草本伴生植物的叶绿素含量影响显著,而对三叶鬼针草的叶绿素含量和质膜透性均有显著影响。     

Floral nectaries, nectar production dynamics and chemical composition in six ipomoea species (convolvulaceae) in relation to pollinators

BACKGROUND AND AIMS: Floral nectaries and nectar features were compared between six Argentinian Ipomoea species with differences in their pollinator guilds: I. alba, I. rubriflora, I. cairica, I. hieronymi var. hieronymi, I. indica, and I. purpurea. METHODS: Pollinators were recorded in natural populations. The morpho-anatomical study was carried out through scanning electron and light microscopy. Nectar sugars were identified via gas chromatography. Nectar production and the effect of its removal on total nectar sugar amount were determined by using sets of bagged flowers. KEY RESULTS: Hymenopterans were visitors of most species, while hummingbirds visited I. rubriflora and sphingids I. alba. All the species had a vascularized discoidal nectary surrounding the ovary base with numerous open stomata with a species-specific distribution. All nectar samples contained amino acids and sugars. Most species had sucrose-dominant nectars. Flowers lasted a few hours. Mean nectar sugar concentration throughout the lifetime of the flower ranged from 34.28 to 39.42 %, except for I. cairica (49.25 %) and I. rubriflora (25.18 %). Ipomoea alba had the highest nectar volume secreted per flower (50.12 microL), while in the other taxa it ranged from 2.42 to 12.00 microL. Nectar secretion began as soon as the flowers opened and lasted for a few hours (in I. purpurea, I. rubriflora) or it was continuous during the lifetime of the flower (in the remaining species). There was an increase of total sugar production after removals in I. cairica, I. indica and I. purpurea, whereas in I. alba and I. rubriflora removals had no effect, and in I. hieronymi there was a decrease in total sugar production. CONCLUSIONS: The chemical composition, production dynamics and removal effects of nectar could not be related to the pollinator guild of these species. Flower length was correlated with nectary size and total volume of nectar secreted, suggesting that structural constraints may play a major role in the determination of nectar traits of these species.     

入侵杂草五爪金龙在切割处理下的再生能力

对五爪金龙(Ipomoea cairica (Linn.) Sweet)进行切割试验,对其在不同光环境及不同季节的萌芽率、成活率、主茎长度和生物量等进行研究。结果表明:五爪金龙切条越短其萌芽越迟,其成活率、主茎长度和生物量下降;五爪金龙在光下和林下的成活率无显著差异,但林下生物量较低;切条越短,林下条件越不利于主茎的伸长;冬季五爪金龙的主茎长度和生物量最低;夏季在光下和林下不能再生的最长切条长度均为4 cm;秋季均为1 cm;而冬季光下为1 cm,林下为3 cm;春季光下则为4 cm,林下为5 cm。春季时将五爪金龙切割为5 cm并置于林下是最经济的防除方法;如果不考虑季节性及光条件,应将其切割至1 cm以下的片段,可以有效防止五爪金龙再生。     

入侵植物五爪金龙根系深色有隔内生真菌的侵染特征

深色有隔内生真菌（DSE）广泛侵染华南地区外来入侵植物五爪金龙。显微观察发现五爪金龙根系具有大量的泡囊,其最显著的特征是大量脂质的富集和被分解成小脂质体,并通过透明或深色菌丝转移,说明了五爪金龙和DSE之间进行碳转移。富含脂质的泡囊可产生透明菌丝和自我复制,说明泡囊具有繁殖功能。富含脂质的泡囊和透明菌丝等非典型结构没有可分辨的或具透明的细胞壁,是活跃的真菌结构。透明菌丝和富含脂质的泡囊主要定殖在生理活性强的根组织中。深色有隔菌丝和微菌核是DSE的典型结构,主要定殖在相对不活跃的根组织中。DSE定殖于五爪金龙根的维管柱、皮层、表皮细胞和表面,同时延伸到土壤,在宿主植物和土壤之间形成连续的系统的真菌网络。根据DSE的多态性质、庞大的真菌网络和脂质的富集及其分布,探讨了DSE和入侵植物五爪金龙潜在的互惠共生关系。     

Close clustering of anthers and stigma in Ipomoea hederacea enhances prezygotic isolation from Ipomoea purpurea

Theory predicts that, for taxa that are already substantially postzygotically isolated but for which hybrid mating is still costly, enhanced prezygotic isolation will be favored. Here, we tested this hypothesis by examining the potential contribution of one particular floral trait, herkogamy, to prezygotic isolation between two species of morning glory, Ipomoea hederacea and Ipomoea purpurea. This trait was experimentally manipulated to determine whether it is a likely prezygotic isolating barrier in naturally pollinated arrays in the field. Emasculated I. hederacea flowers set significantly fewer seeds than did control flowers, indicating that clustering of anthers and stigma in I. hederacea enhances prezygotic isolation from I. purpurea. We hypothesize that this occurs through some combination of mechanical protection and increased self-pollination, with the effect of mechanical protection estimated to be 30% greater than the effect of increased selfing. Our results identify stigma-anther proximity as a likely prezygotic isolating barrier and target of selection in the presence of heterospecific pollen flow, and provide motivation for further study of the role of floral morphology in reproductive isolation in this system.     

干旱胁迫对五爪金龙种子萌发与幼苗生长的影响

以粤东地区危害严重的入侵杂草五爪金龙为材料,采用聚乙二醇(PEG-6000)模拟不同程度的干旱胁迫,测定了干旱胁迫下五爪金龙种子萌发率、萌发指数及其幼苗的叶绿素含量、细胞水势、生物量、抗氧化酶活性等指标,以探讨五爪金龙的抗旱机理.结果表明:随着干旱胁迫程度的增加,(1)五爪金龙种子的初始萌发时间延迟,萌发率、萌发指数显著降低,在重度干旱胁迫(30%)时,种子完全不能萌发且伴随腐烂现象;(2)五爪金龙幼苗叶绿素含量、细胞水势、生物量及苗高显著降低,根茎比显著增大;(3)幼苗叶片的超氧化物歧化酶(SOD)活性和丙二醛(MDA)含量持续上升,过氧化氢酶(CAT)活性持续下降,过氧化物酶(POD)活性在轻度胁迫时无明显变化,但中度胁迫时显著上升,重度胁迫时显著下降(P<0.05).研究发现,干旱胁迫对五爪金龙种子萌发和幼苗生长均有显著抑制作用,但同时也能通过自身一系列生物学、生理学指标的改变主动适应干旱逆境.