趙　崢，尹芳園，耿開友，侯秀麗，王　斌，王定康

( 昆明學院，昆明 650214 )

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生態(tài)因子對滇重樓花藥開裂的影響

趙崢，尹芳園，耿開友，侯秀麗，王斌，王定康*

( 昆明學院，昆明 650214 )

滇重樓為延齡草科重樓屬植物，具有極高的藥用價值，由于重樓傳統(tǒng)藥用部位生長緩慢、繁殖力低下，以及人們對野生重樓資源的過度采挖使其資源日趨枯竭。滇重樓的花藥在整個花期中存在開裂-關閉的現(xiàn)象，花藥的有效閉合應是保護花粉、延長花粉壽命、增強雄性適合度的一種適應機制。該研究以滇重樓為對象，通過設計正交實驗和對比實驗，觀測其花藥開裂過程中的光照強度、溫度、濕度的變化，探究光照強度、溫度、濕度等生態(tài)因子對滇重樓花藥開裂的影響以及滇重樓花藥開裂與生態(tài)因子變化的關系。結果表明：(1)在滇重樓花藥開裂的過程中，光照強度增強、溫度升高、相對濕度下降；(2)溫度是影響滇重樓花藥開裂時間的主導因子，升溫促進花藥開裂，降溫促進花藥關閉；(3)高濕度及黑暗推遲花藥開裂，但并不能阻止花藥開裂；(4)低溫可使滇重樓花藥持續(xù)關閉，而光照強度越高，花藥持續(xù)關閉所需的溫度越低。該研究有利于解釋滇重樓花藥白天開裂夜晚關閉的現(xiàn)象與環(huán)境因子的關系，對滇重樓的栽培育種提供理論指導。

滇重樓, 生態(tài)因子, 花藥開裂

滇重樓(Parispolyphyllavar.yunnanensis)為延齡草科(Trilliaceae)重樓屬(ParisL.)多年生宿根性草本植物，主要分布于我國云、貴、川等地，是一種珍貴的藥用植物，具有極高的藥用價值(李恒，1998)。由于重樓傳統(tǒng)藥用部位根莖生長緩慢、繁殖力低下，以及人們對野生重樓資源的過度采挖使得重樓資源日趨枯竭(蘇文華等，2003；李運昌，1982；袁理春等，2003；黃瑋等，2008；陸輝等，2006)。

植物開花后花藥必須及時開裂才能保證正常散粉，花藥開裂為花藥發(fā)育過程中需經(jīng)歷的最后一個階段。花藥開裂和花粉釋放一直是植物生殖生物學研究的熱點問題之一?；ㄋ庨_裂是一個多級的過程，涉及藥壁細胞結構分化、退化，內(nèi)源激素變化，加上花藥組織脫水促進花藥完全開放和花粉釋放(Keijzer，1987；Wilson et al，2011)，而且低的相對濕度促進花藥開裂，高的相對濕度推遲或抑制花藥開裂過程(Linskenshf，1988；Yates et al，1993；Liscim & Pacini，1994)?，F(xiàn)在普遍認為天氣足夠溫暖和干燥有利于花藥開裂(Faegri & Vander，1979)，花藥的開裂受光照、溫度、濕度等生態(tài)因子影響(Wang et al，2009；畢廷菊等，2012)。滇重樓的花藥在正常天氣情況下，整個花期中均存在每天上午開裂、傍晚關閉，下雨關閉、雨后開裂的現(xiàn)象(王定康等，2008)。而花藥在整個花期中的有效閉合是保護花粉、延長花粉壽命、增強雄性適合度的一種適應機制(王定康等，2008；Li et al，2012)。滇重樓花藥開裂伴隨著氣溫的升高和空氣濕度的降低，花藥開裂和關閉現(xiàn)象與光照、溫度和濕度均有關(Wang et al，2009)。滇重樓花藥開裂現(xiàn)象與生態(tài)因子變化的關系有待進一步研究。本文通過一系列實驗來研究光照強度、溫度、濕度、光質(zhì)等生態(tài)因子對滇重樓花藥開裂行為及花藥開裂時間的影響情況。

1 材料與方法

1.1 研究地概況及實驗材料

試驗地位于昆明學院農(nóng)學院(25°03′ N，102°43′ E)，年均氣溫為15.1 ℃，年均降雨量為1 075 mm，海拔1 891 m，屬低緯高原山地季風氣候。滇重樓于2014年3月種植在遮蔭棚中，遮陰率約為75%，株行距15 cm × 25 cm，正常水肥管理。

1.2 方法

1.2.1 花藥開裂過程觀察對植株進行標記，觀察花藥開裂情況并記錄相應的時間、溫度、濕度、光照強度。用SPSS軟件計算均值。因單朵花內(nèi)最先完全開裂和最后完全開裂的單枚花藥開裂時間相差不到1 min，因此取50%花藥完全開裂的時間作為其花藥開裂的時間，下同。

1.2.2 花藥開裂生態(tài)因子影響實驗實驗在BIC-300人工氣候箱中進行實驗。每組實驗開始前將實驗植株置于環(huán)境條件設置為15 ℃、黑暗、70%RH 的BIC-300人工氣候箱中4.5 h，使其花藥處于持續(xù)關閉的狀態(tài)。1.2.2.1 正交實驗實驗設光照強度(A)、溫度(B)和濕度(C)3個因素，根據(jù)自然狀態(tài)滇重樓花藥開裂時的生態(tài)因子數(shù)值設定因素水平，每個因素包括3個水平(表1)。采用L9(34)的正交表進行正交實驗，因素A、B、C分別排列于第1、2、3列，第4列為空列(表2)。記錄這9個處理組合下花藥開裂時間。采用直觀分析法了解因素的主導效應及其優(yōu)水平組合，用SPSS軟件進行交互作用分析及因素間的方差分析。1.2.2.2 溫度對比實驗在光照強度均為2 000 lx，相對濕度均為45%～65%，溫度分別為12、17、20、21、22、23、24 ℃的條件下進行對比實驗。

表 1　實驗的因素水平表

表 2　L9(34)正交試驗因素水平表及試驗實施

1.2.2.3 光照強度對比實驗在濕度均為45%～65%，溫度為24 ℃、光照強度分別為100、1 000、3 000、5 500 lx的環(huán)境條件下進行對比實驗，觀察花藥開裂過程并記錄花藥開裂時間。

2　結果與分析

2.1 花藥開裂時間及開裂過程中生態(tài)因子的變化

滇重樓的花藥具有每天上午開裂、晚上關閉的特性，其花藥開裂-關閉的同時伴隨著光照強度、溫度、濕度的變化。觀測發(fā)現(xiàn)上午8：43～9：29滇重樓花藥開裂，花藥開裂過程中溫度升高1.3 ℃，相對濕度降低2.57%，光照強度升高496.7 lx。整個花藥開裂過程所需時間均為46 min；在滇重樓花藥開裂的過程中，其全閉、半開、全開時的光照強度分別為(2 000 ± 53)、(2 353 ± 26)、(2 497 ± 26) lx；溫度分別為(20.8 ± 0.06)、(21.7 ± 0.06)、(22.1 ± 0.06)℃；相對濕度分別為(69.07 ± 0.26)%、(66.93 ± 0.09)%、(66.5 ± 0.06)%。

2.2 生態(tài)因子對滇重樓花藥開裂的影響

2.2.1 L9(34)正交實驗結果及分析處理組合1-9滇重樓花藥完全開裂所需時間分別為182、34、31、54、42、36、45、52、31 min(圖1)。

表 3　滇重樓花藥開裂時間及生態(tài)因子變化

圖 1　不同處理組合滇重樓花藥開裂時間Fig. 1　Anther dehiscence time of Paris polyphylla var. yunnanensis under different treatment combinations

實驗結果很明顯分為二類，處理組合1為一類，其余處理組合聚為一類。處理1光照強度、溫度最低，濕度最高，大大延長了花藥開裂時間；處理組合4、5、7、8的花藥開裂時間最接近自然狀態(tài)值，處理組合2、3、6、9的花藥開裂時間偏短，其溫度值均高于自然狀態(tài)值。

對實驗結果按直觀分析法進行分析(表4)。極差R分析結果為RB>RC>RA；表明各因素對滇重樓花藥開裂時間的影響主次順序為溫度>相對濕度>光照強度，即溫度為影響滇重樓花藥開裂時間的主要因子。各因素最優(yōu)水平分別為A3、B3和C3，即滇重樓花藥開裂時間最短的光照強度、溫度及相對濕度為5 500 lx、28 ℃、20 RH。

表 4　L9(34)正交實驗結果的直觀分析

用SPSS軟件進行交互作用分析(圖2)。A × B、B × C、A × C交互作用圖中，三條曲線的斜率相等，基本沒有交互作用。從圖中還可以看出：光照強度A由水平1到水平2花藥開裂時間變化大，由水平2到水平3的折線近乎水平，花藥開裂時間變化非常?。徽f明黑暗可以推遲花藥開裂，而有光照時，光照強度的強弱對花藥開裂時間影響甚微。溫度B由水平1到水平2花藥開裂時間變化大，由水平2到水平3花藥開裂時間變化較小，但依然有明顯變化。而C2、C3的兩條線幾乎重合說明濕度從水平2到水平3花藥開裂時間幾乎不變，濕度從水平1到水平2花藥開裂時間變化較大。這驗證了Wang et al(2009)的濕度對花藥開裂時間影響的結論：高濕度推遲花藥開裂，中低濕度對花藥開裂時間無影響。對比3個交互作用圖可以看出，溫度由B1到B2到B3花藥開裂時間的變化明顯大于光照強度由A1到A2到A3花藥開裂時間的變化，這驗證了極差分析中溫度對花藥開裂時間影響程度大于光照強度對花藥開裂時間的影響。

為進一步了解因素水平間影響花藥開裂時間的差異顯著性，對其水平進行單因變量多因素的方差分析(表5)。表5結果顯示，實驗中光照強度、溫度、相對濕度各水平對花藥開裂時間無顯著影響。但是從處理組合1可以看出黑暗、低溫、高濕的環(huán)境能夠大大延長花藥開裂時間，而處理組合2、3表明黑暗可以使滇重樓花藥正常開裂，處理組合6、8表明極端高濕也可以使滇重樓花藥正常開裂。

由于滇重樓花期內(nèi)昆明市的夜間溫度常低于20 ℃，低溫是否調(diào)控著滇重樓花藥夜間關閉不得而知，故進一步增加溫度及光照強度水平進行對比實驗。

表 5　因素的水平間花藥開裂時間的方差分析

注：P<0.05表示差異顯著，P<0.01表示差異極顯著。

Note:P<0.05 means significant difference,P<0.01 means extremely significant difference.

2.2.2溫度對滇重樓花藥開裂的影響從圖3可以看出，在2 000 lx、55% RH的環(huán)境條件下，≤17 ℃時花藥開裂時間>12 h，20、21、22、23、24 ℃時花藥開裂時間分別為90、58、45、35、30 min，花藥開裂時間隨著溫度的升高而明顯縮短，在2 000 lx、55% RH時，滇重樓花藥在1 h之內(nèi)開裂的最低溫度為21 ℃，高于這個溫度其花藥可以正常開裂，否則將長時間保持關閉狀態(tài)。2.2.3光照強度對滇重樓花藥開裂的影響圖3結果顯示，在45%～65% RH、24 ℃，光照強度為100、1 000、3 000、5 500 lx時，花藥均能開裂，開裂時間分別為28、24、24、22 min。當溫度為24 ℃時，溫濕度相同、光照強度越大，花藥開裂時間越短，但是相差不明顯。

3　討論

溫度的變化是影響滇重樓花藥開裂時間的主導因子，高濕度及黑暗推遲花藥開裂，但并不能阻止花藥開裂，而中低濕度及有光照時的不同光照強度對花藥開裂時間幾乎無影響。不同溫度的對比實驗證實在一定光照強度、相對濕度條件下，低溫能夠使得花藥12 h持續(xù)不開裂，符合現(xiàn)在普遍認為花藥只有在天氣足夠溫暖和干燥，能夠便于傳粉時才會開裂的觀點(Faegri et al，1979)。而光照強度越高，要使花藥持續(xù)不開裂所需溫度越低。

綜上所述，可以解釋滇重樓花藥白天開裂夜晚關閉的現(xiàn)象與環(huán)境因子的關系：白天光照強度由0逐漸增強，使得花藥開裂的最低溫要求降低，解除黑暗對花藥開裂的推遲作用；同時，溫度不斷升高，濕度不斷下降解除高濕度對花藥開裂的推遲作用，隨著溫度升高到足以使花藥正常開裂的溫度，花藥便逐漸開裂；而夜晚溫度迅速降低并不斷降低，使得花藥關閉并整晚保持持續(xù)關閉狀態(tài)，光照強度的減弱直至黑暗使得花藥開裂的最低溫升高，從而促進花藥的關閉。

圖 2　光照強度-溫度、溫度-相對濕度、光照強度-相對濕度的交互作用圖Fig. 2　Interaction between pair wise of light intensity, temperature and relative humidity

圖 3　不同溫度下滇重樓花藥開裂時間Fig.3　Paris polyphylla var. yunnanensis anther dehiscence time at different temperatures

植物開花及花藥開裂、散粉對植物繁殖和育種具有重要意義。滇重樓花藥的適時開裂是保護花粉、延長花粉壽命、增強雄性適合度的一種適應機制(王定康等，2008)，通過控制光照強度、溫度、濕度、光質(zhì)等環(huán)境因子對滇重樓花藥開裂行為及花藥開裂時間實現(xiàn)人為調(diào)控，為滇重樓的繁殖栽培、選種育種提供重要支持。

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Effects of ecological factors on anther dehiscence ofParispolyphyllavar.yunnanensis

ZHAO Zheng，YIN Fang-Yuan，GENG Kai-You，HOU Xiu-Li，WANG Bin，WANG Ding-Kang*

( Kunming University, Kunming 650214，China )

Parispolyphyllavar.yunnanensisto Trilliaceae plants, have a very high medicinal value, because of the traditional medicinal part slow growth and low fertility. Due to the excessive excavation of the resources of wildP.polyphyllavar.yunnanensisexcessive excavation, the resource is dried up. Anther dehiscence is a multistage process involving localized cellular differentiation and degeneration, combined with changes to the structure and water status of the anther to facilitate complete opening and pollen release. Jasmonic acid has been shown to be a critical signal for dehiscence, although other hormones, particularly auxin, are also involved. Anther dehiscence is affected by light, temperature, humidity and other ecological factors.P.polyphyllavar.yunnanensisof anther in the entire flowering cracking-closure phenomenon, anther effective closure should protect pollen, for extend the service life of pollen, the increase of a male fitness adaptation mechanism. We observed the effects of ecological factors, light intensity, temperature, humidity changes in anther dehiscence process ofP.polyphyllavar.yunnanensis. The effects of ecological factors such as light intensity, temperature, relative humidity and light quality on the anther dehiscence ofP.polyphyllavar.yunnanensiswere studied by comparing experiments and orthogonal experiments. The main experimental results were as follows: Light intensity and temperature increased, humidity droped in the process of anther dehiscence ofP.polyphyllavar.yunnanensis; Temperature was the main factor affecting anther dehiscence, temperature increasing encouraged anther opening and temperature decreasing encouraged anther closing; Dark and high humidity delayed anther dehiscence, but it did not prevent anther dehiscence; Low temperature kept anther remaining closed for a long time and increasing light intensity could reduce the temperature limiting anther dehiscence. The study explains the relationship between environmental factors and the phenomenon of anther opening in the daytime and closing at night，and provides the information for cultivation and breeding ofP.polyphyllavar.yunnanensis.

Parispolyphyllavar.yunnanensis, ecology factor, anther dehiscence

10.11931/guihaia.gxzw201510029

2015-11-26

2016-01-17

國家自然科學基金(31260073) [Supported by the National Natural Science Foundation of China(31260073)] 。

趙崢(1980-)，女，云南昆明人，博士，副教授，主要從事植物繁殖生物學研究，(E-mail)zhaozheng2118@163.com。

王定康，博士，教授，從事植物繁殖生物學研究，(E- mail)wdk117@163.com。

Q948.1

A

1000-3142(2016)10-1192-06

趙崢，尹芳園，耿開友，等. 生態(tài)因子對滇重樓花藥開裂的影響 [J]. 廣西植物，2016，36(10):1192-1197

ZHAO Z，YIN FY，GENG KY，et al. Effects of ecological factors on anther dehiscence ofParispolyphyllavar.yunnanensis[J]. Guihaia，2016，36(10):1192-1197