蔡水花, 馬文寶, 周曉, 謝浩, 鄒文勇, 劉娟, 楊群梅, 許林, 李仁貴*

1. 中國大熊貓保護(hù)研究中心，四川 都江堰 611830；

2. 大熊貓國家公園珍稀動物保護(hù)生物學(xué)國家林業(yè)和草原局重點實驗室，四川 都江堰 611830；

3. 四川省林業(yè)科學(xué)研究院，森林和濕地生態(tài)恢復(fù)與保育四川重點實驗室，四川 成都 610081

杜鵑花是杜鵑花科(Ericaceae)杜鵑屬(Rhododendron)植物的總稱[1]，開花時節(jié)，低海拔的杜鵑花多數(shù)點綴林間，高海拔的杜鵑花則形成一片花海。野生杜鵑花全世界約有967種，分布于亞洲、北美洲和歐洲，其中，中國已知的杜鵑花有6個亞屬562種，占世界種類的59%[2]。無論是作為園林花卉種類、還是作為生態(tài)系統(tǒng)組成的重要成員，中國杜鵑花都占有非常重要的地位，并影響和改變了歐洲園藝界的發(fā)展和植物園引種栽培的方向[3]。

寶興杜鵑(R. moupinense)是杜鵑花科(Ericaceae)杜鵑屬(Rhododendron)川西杜鵑亞組(Subsect. Moupinensia Sleumer)植物，花萼5裂，單瓣花5裂，寬漏斗狀，白色或帶淡紅色，雄蕊10，花絲中部以下被短柔毛，子房5室，密被鱗片，花柱細(xì)長，可在海拔1 300～3 000 m的地方生長[4]，具有較高的觀賞價值[5]。2016年3月，野生杜鵑花調(diào)查人員在四川省汶川縣三江鄉(xiāng)境內(nèi)發(fā)現(xiàn)了野生寶興杜鵑重瓣花，本文描述了重瓣現(xiàn)象，并對其形成機(jī)制進(jìn)行探討分析，以期此變異特征能夠得到深入研究和保護(hù)。

1 材料與方法

1.1 研究材料

寶興杜鵑重瓣花發(fā)現(xiàn)于四川省汶川縣三江鄉(xiāng)境內(nèi)，地理坐標(biāo)為北緯30°95′81”，東經(jīng) 103°29′33”，海拔1 557 m。寶興杜鵑重瓣花和非重瓣花混生于河谷一塊大巖石上。其中，重瓣花正綻放；非重瓣花已經(jīng)凋謝，只剩下子房和干癟的殘花以及包裹于內(nèi)的雄蕊。同一枝及其分枝上要么開重瓣花，要么開非重瓣花，并未見同一枝條上開兩種花，由于種群數(shù)量較少，并未拔出植株看兩種枝條是否從同一根部長出。

1.2 研究方法

2016年3月，在進(jìn)行野外觀察的基礎(chǔ)上，使用SONY-HX400相機(jī)、Canon-7D相機(jī)和Canon-60D相機(jī)拍攝了重瓣寶興杜鵑和寶興杜鵑的部分解剖形態(tài)特征，以供分析。

2 研究結(jié)果

根據(jù)實地和解剖觀察，發(fā)現(xiàn)寶興杜鵑重瓣花與非重瓣花有以下共同特征：灌木；幼枝有鱗片和褐色剛毛，老枝無毛；葉聚生于枝條上部，近假輪生，葉片厚革質(zhì)，邊緣略反卷，部分有緣毛，葉表面中脈密被短硬毛，葉背面密被褐色鱗片，葉柄被剛毛；花序頂生，1～2花(見圖1A；圖2A，D)；花梗被鱗片和毛；花萼5裂，下部連合，外面被鱗片，邊緣有緣毛；花冠寬漏斗狀，花瓣5 (見圖1A)；花瓣長度相同，內(nèi)側(cè)有紫紅色斑點(見圖1C；圖2D)，中下部有柔毛；花絲基部有柔毛(見圖1E；圖2B)。經(jīng)杜鵑花專家耿玉英鑒定，這些共同特征均與中國植物志上寶興杜鵑的描述一致。

圖 1 野生寶興杜鵑重瓣花Fig. 1 Wild double flowers of Rhododendron moupinense

同時，寶興杜鵑重瓣花有以下一些不同特征：花期晚1～2星期，花的外觀類似于茶花(見圖1B)，雄蕊多數(shù)無定數(shù)(見圖1C)，花絲中下部瓣化成花瓣狀，未見雌蕊(見圖1C，E，F(xiàn))；花藥部分瓣化(見圖1D)。另外，在寶興杜鵑非重瓣花生長的枝條上有當(dāng)年生的幼果和宿存的開裂蒴果(見圖2D，E)，而生長重瓣花的枝條上未見。

圖 2 野生寶興杜鵑Fig. 2 Wild Rhododendron moupinense

3 討論和分析

野生杜鵑花屬植物的花多為單瓣花，目前，報道只有興安杜鵑(R. dauricum)[6]、R. albiflorum和R.ferrugineum[7]發(fā)現(xiàn)有重瓣現(xiàn)象，野生重瓣寶興杜鵑的發(fā)現(xiàn)為野生杜鵑花重瓣現(xiàn)象提供了新的佐證。三種杜鵑的野生重瓣花發(fā)現(xiàn)地距離遙遠(yuǎn)，生長環(huán)境條件和花的特征存在差異，但也有相似性（見表1）。可以看出，三種重瓣花的花萼都未發(fā)生變化，重瓣化主要發(fā)生在雄蕊這一輪花器官。寶興杜鵑和R. albiflorum的雄蕊瓣化程度高，同時雌蕊也表現(xiàn)異常；而興安杜鵑僅雄蕊發(fā)生部分瓣化。

重瓣花的產(chǎn)生，是由于花由確定性結(jié)構(gòu)變成了不確定性結(jié)構(gòu)，從而產(chǎn)生不確定數(shù)量的花器官而形成的[8]。野生重瓣寶興杜鵑即是由正常的10個雄蕊和1個心皮變化為不定數(shù)的瓣化雄蕊，且心皮消失。從重瓣花的起源方式來看，這屬于雌雄蕊起源，即雌雄蕊變瓣[9]。野生重瓣寶興杜鵑從觀賞園藝和遺傳育種角度來說，相對于寶興杜鵑具有更高的引種馴化價值，因此，對其形成機(jī)制進(jìn)行相關(guān)探討，有一定必要性。

自花發(fā)育的ABC模型首次被提出，與花器官發(fā)育相關(guān)的重要基因也被成功克隆，隨著植物新的突變體的發(fā)現(xiàn)，植物花器官發(fā)育模型也由經(jīng)典的ABC模型逐步發(fā)展到ABCDE模型。對經(jīng)典模式植物擬南芥(Arabidopsis thaliana)花器官發(fā)育模型的研究結(jié)果表明，存在A、B、C、D、E共5類功能基因?qū)M南芥花器官發(fā)育起關(guān)鍵調(diào)控作用[10]。其中，C類和B類基因在重瓣花的形成中扮演重要的角色,它們的突變或者超表達(dá)可以導(dǎo)致重瓣花的形成[11]。野生重瓣寶興杜鵑雄蕊多數(shù)，雌蕊消失，這可能是由于B類基因的異位表達(dá)引起的。在擬南芥花發(fā)育過程中，AP3／PI基因可能與植物的性決定有關(guān)，參與激活雄性器官發(fā)育而抑制雌性器官的發(fā)育[12]，在sup突變體中，由于SUPERMAN(SUP)基因的失活，AP3和PI的表達(dá)范圍得到延伸，從而造成第4輪花器官中有B類基因的異位表達(dá)，導(dǎo)致該輪發(fā)育成雄蕊[13]。而C功能基因的異常表達(dá)導(dǎo)致雄蕊花絲瓣化的形成，可能是野生重瓣寶興杜鵑表現(xiàn)出重瓣特性的主要原因。前人研究結(jié)果表明，通過A～C功能基因表達(dá)范圍的移動，特別是C功能基因在第二輪或第三輪花發(fā)育過程中異常表達(dá)，由此相應(yīng)的引起花瓣向雄蕊或雄蕊向花瓣的轉(zhuǎn)變，即產(chǎn)生既類似于花瓣又類似于雄蕊的過渡類型[14,15]。另外，重瓣寶興杜鵑的雄蕊數(shù)和輪數(shù)大大超出寶興杜鵑，這可能是一些非花器官特性基因突變引起的。水稻(Oryza sativa)花器官數(shù)量基因FLORAL OGRAN NUMBER1(FON1)基因通過調(diào)控分生組織進(jìn)而調(diào)控花器官的數(shù)量，發(fā)生突變時導(dǎo)致花器官顯著增加[16]。金魚草(Antirrhinum majus)的Cyc和Dich兩個相互獨立的背特性花型調(diào)節(jié)基因發(fā)生雙突變時，其花萼、花瓣、雄蕊都由5枚增加到6枚[17]。由于本次調(diào)查未開展基因測序，因此若要深入探討野生寶興杜鵑重瓣花形成的分子機(jī)制，還需要做進(jìn)一步的遺傳學(xué)研究。

影響重瓣花形成的因素除了不同基因之間的相互作用外，還有可能是外界環(huán)境信號對花發(fā)育基因起到了調(diào)控作用[11]。研究鳳仙花(Impatiens balsamina)的葉在花發(fā)育進(jìn)程中的作用表明，葉來源信號(Leafderived signal)的延遲能導(dǎo)致花瓣數(shù)量增加[18]。通過外源激素的處理，能提高鳳仙花的重瓣率[19]。高溫(27℃)和低溫(13℃)都能導(dǎo)致石竹科的紅粉雪輪花(Silene coeli-rosa)花器官增加，且雄蕊變得極不穩(wěn)定[20]。寶興杜鵑和興安杜鵑野生重瓣花均發(fā)現(xiàn)于相應(yīng)野生非重瓣花的分布區(qū)內(nèi)，與非重瓣品種混生或相距不遠(yuǎn)（見表1），如果僅是環(huán)境因素就能促使重瓣花的形成，那發(fā)現(xiàn)的野生重瓣杜鵑樣本量就不可能像現(xiàn)在這樣稀少。因此，基因突變或異常表達(dá)更可能是野生杜鵑重瓣花形成的主要原因；不過，基于目前的調(diào)查情況，還難以判斷是否有環(huán)境因素參與這兩種重瓣花的形成。

表 1 三種杜鵑野生重瓣花的比較Tab. 1 Comparison of wild double flowers of three Rhododendron species

綜上分析，推測可能是由于與花器官發(fā)育相關(guān)的基因的突變或異常表達(dá)導(dǎo)致野生寶興杜鵑重瓣花的形成，其中，C類和B類基因可能起主要作用。野外環(huán)境自然產(chǎn)生的重瓣杜鵑非常罕見，由于雌雄蕊不同程度的瓣化、花藥發(fā)育不完全等原因，野生重瓣杜鵑有性繁殖必然較為困難，這也是其數(shù)量稀少的原因之一。重瓣花具有較高的觀賞價值，若要引種馴化野生重瓣寶興杜鵑，保存這一自然變異特征，還需要深入研究其形成機(jī)制，開展組織培養(yǎng)、人工繁育等研究。