植物学年报93:295-301,2004
羊草（Leymus chinensis）花粉散播、活力及柱头可受性 黄泽豪1，2;朱锦懋2; 母锡金和林金星1*
重点实验室的光合作用和分子生理学、植物研究所,中国科学院,北京100093, 中国和录取的生物工程、福建师范大学、350007中国福州
接收：2003.4.16返回修改：2003.9.10定稿：2003.12.3电子出版：2004.1.26 背景和目的
羊草是一种具有重要的经济价值和生态价值的草，它广泛的分布于亚欧大陆的东部地区。然而，羊草在自然条件下有性繁殖能力低，种子产量少。揭示羊草结实率低的原因，提高其种子生产，是一项亟待接的问题。本文针对这个问题，作出相关研究。
主要原因
羊草的花期是在四月份，一般持续5天。最适授粉时间在1600h与1700h之间，在期间大约有56.1%花粉粒散出。花序的不同部位花粉密度不同，中部花粉密度最高，其次是上部，基部最低。TCC法比IKI更准确，测的花粉活力为62.4%；划分在猪头上的萌发率为50%。花粉的活力持续仅为3h并且P/O值高达79333/1。柱头可受性时间短，仅为3h;开方受粉时，86.7%的柱头获得传粉。在整个授粉期，不同部位相对繁殖能力的峰值中间> 基部>上端。一天的繁殖能力变化和花粉的散播是相似的。授粉期一天最高的花粉量表示最高的繁殖能力。自花授粉不能产生种子。
总结
数据表明低花粉活力，短的花粉寿命和短的柱头可受性，都反映了羊草是典型的低产量饲料作物。
关键词：羊草，花粉色散，花粉活力，柱头可授性，繁殖，激光扫描共聚焦显微镜。 前 言
羊草为小麦族多年生根茎型禾本科牧草。由于羊草具有极强的抗逆性，主要分布在亚欧大陆的最东部地区，从朝鲜到蒙古和中国的北方，从西北到西伯利亚。早春发芽，迅速生长，适口性好，牧草生产使得它成为理想的饲料及饲料生产产品。除此之外，由于羊草无性繁殖效率高，并且拥有茂盛的水平的根状茎匍匐，所以被作为一种固土植物，防止北方的土地沙漠化。
因为羊草是一种具有重要的经济价值和生态价值的草，人们非常的关注它。然而，面临这一个重大的问题是有性繁殖率低。为了准确的揭示它有性繁殖率的原因，所以对这个种进行了几项调查；然而，这些调查都集中在对其生态因素的影响上。很少有对其生殖方面的调查。有关报道称羊草在自然状态下的种子产量
材料与方法：研究样地位于内蒙古锡林河盆地南部，海拔1265米，年降水量350mm，年平均气温0.3℃，属于温带半干旱地区。固定样地始建于1979年，固封后主要用于草原生态系统结构和功能方面监测研究。
花粉散播
用玻片捕获法测花粉流密度。大载玻片的一面均匀地涂满凡士林，涂面朝上置于花序不同位置登高的支架上，一小时后收起玻片。金属丝网被钉在地上，通过土地表面高为0.
38、0.45和0.52的幻灯片对应低中高部位的峰值。从2002年6月21到31日每天收集花粉。从6月21日到25日，幻灯片处于0-8：00h并且在18：00h发生变化。从6月26日到31
日，幻灯片处于0-8：00h并且在12：00h和14：00h发生变化，每小时都发生变化一直持续到18：00h。幻灯片置于18：00h每天收集处于0-8：00h的花粉。在收集期间要记录相关温度和湿度因素。发现最高温度是在14：00h和15：00h间，然后渐渐下降。对应的最高湿度是在14：00h和16：00h间，下降到最小是在16：00h和17：00h间，之后就又开始增加。
在显微镜40倍视野下，每张幻灯片随机选取5个视野统计花粉数量。通过花粉的形状和大小不同，来区分鉴定羊草花粉。使用收集的数据来估计花粉散播的空间分布情况。 柱头可受性、成功授粉及花粉管的萌发：为了统计花粉在柱头上萌发长出花粉管的数量，采集从花开的雌蕊标记六个不同时间（0、
1、
2、
3、
24、27小时）所对应的峰值。用2.5%的戊二醛进行固定后，雌蕊放在70%的酒精中，置于10%的亚硫酸钠中，120℃高压（160kpa）15分钟，水溶性苯胺蓝色溶液中染色，用凡士林封片。激光共焦显微镜下观察检查柱头上花粉粒着落数量，花粉的萌发及花粉管。
花粉和种子收集生产
研究植物形态学，收集30个成熟的花粉在解剖镜下进行观察。在光学显微镜下样品固定在FAA然后分块嵌入在石蜡。确定每一朵花的花粉粒数量，每一多花从未开放到成熟对应5个不同的峰值。取一个未开裂的花药，在1ml1%TCC中撕裂，充分挤出花粉，室温染色30min,然后取出0.02ml滴在血球计数板上，在显微镜下计花粉数量，每个花序做3个重复，重复计量5个花序，经一定转化，即可得到每个花药的花粉量和每朵花的花粉量。在开花期，每天标记10个峰值。授粉2个月后，统计其结实率。繁殖力是除以数量的种子集授粉后2个月的总数在授粉花朵从峰值标记。
数据分析
运用Excel数据整理及直方图、折线图绘制等；用SPSS（10.0）软件进行数据分析及绘制三维图表。其中t-检验均采用P
结果
植物的形态学：羊草是两性花并且排成复峰值。有大约45+5峰值，植株高度在0.4m到0.6m间，在开花时0.14+0.02mm峰值。在每一个小惠状花有5-8朵颖花。每朵颖花含有浆片和稃片各2枚，雄蕊3枚，雌蕊1枚。成熟的柱头两个羽毛状的，有一个子房外壁有毛，花药二室四腔。子房有一个小室,包含一个倒生胚珠。胚珠具有双层珠被，薄珠心。在峰值为14：00h和18：00h间，花通常是同步地或向基地开放。一些处于顶端的花在14：00h开放，一些处于中间的花在15：00h开放。绝大多数处于中间和基部的花是在16：00h和17：00h间同步开放的。然而还有极少数是在17：00h后开放的。
花粉散播：在这个研究中，很少有植株的花是在6月26日之前开放的，并且在6月21日到25日从未收集到成熟的花粉粒。每天的花粉量先增长，在28日到达最大值，之后又逐渐减少，6月30日之后产生的花粉量
在一个峰值的不同位置观察到花粉密度是变化的。对于每个收集期间,花粉粒的数量是最高对应的是中间部分的峰值和最低的花粉粒数量对应上部的峰值。最高的花粉密度发生在16：00h和17：00 h在中间位置(330 63 3 104粒´m±2)。最低的花粉密度(44´50 m±2 3 104粒)发生17：00h和18：00h之间在较低的位置。发现在中间位置对应最高的花粉密度(148´0 3 104粒米±2)和发现在较低的位置对应最低(109´3 3 104粒米±2),那位置上128 5 3 104粒米´±2。
花粉活力与寿命：不同的染色方法给予了不同的评价花粉的可行性。沾着TTC花粉活力是62 +5%时(无花果。1 d),但沾着IKI的花粉活力86 +3%时(无花果。1 e)。两者的区别是选择高度显著的标准(P
使用TTC染色表明,在室温下花粉可以保持大约3h活力。花粉可行性在此期间71%左右的花药裂开。当花粉是室温保存在培养皿中,生存能力下降很快。1小时后,在潮湿条件下生存能力下降到56%,在干旱条件下下降至44%；2 h后下降到34%和18%。虽然可行性的花粉保存在潮湿的条件下减少慢于在干旱条件下,但是3h后，这两种情况下的生存能力下降到低于5%。
当花粉粒落在柱头的表面时就开始授粉，花粉开始萌动。花粉粒萌动到长出花粉管大约需要3h。用苯胺蓝染色胼胝质对其花粉管进行染色。在实验条件下，大约有50%的花粉粒萌发。
柱头可授性：雌蕊在开花后大约3小时都保持可授性。激光扫描共焦显微镜检查表明,开花之前,几乎多有的柱头小且表面光滑。随着雌蕊摆脱苞片,风格和柱头拉长扩大明显大小,最后,开始接受花粉。花粉粒的数量到达柱头(授粉成功)在第一次3小时期间感受性逐渐增加高于稳定水平。在开花期大约6.7%的柱头具有可授性(15：00小时);然而,在这个时候平均不到一个花粉粒到达柱头。在15：00h和17：00h间可以显著的提高授粉。在18：00 h大约有86.7%的柱头平均可以接受16.5个花粉粒。此后，没有进一步显著增加(无花果5和6)。因此,最有效的授粉时期是在15：00h和18：00h间,不论是蕊授粉还是每个柱头接受的花粉粒数量(无花果5和6)。
花粉的生产和繁殖力：每个花粉粒产生峰值差异很小(26 444 6 1799,n = 10)。花粉:胚珠比是79333:1。观察处于旺盛期有关不同密度的花粉流变化。在单独的一个峰值,繁殖力是24.3,35.5和30.8%分别对应最低的、中间和偏上的位置的峰值(图7),以及峰值对应的花粉密度。
在整个授粉时期(26±6月30日),最是授粉时间变化往往与花粉流密度变化是相关联的(图
2)。繁殖力变化对应每天的峰值,所有峰值平均值是30.2%。从6月26日至28日它逐渐增加,紧随其后的是一个下降。在6月30日,繁殖力下降到16.5%。没有种子生产如果钉满了袋子。
讨论：这是常见的雌雄同体的被子植物产生花和胚珠比水果和种子多(威尔逊,1979;Bawa和
韦伯,1984;萨瑟兰和德尔菲,1984;萨瑟兰,1986)。解释的存在这些无果花，提出了两个假设(萨瑟兰,1987)。一个提出资源除了花粉限制种子生产。其他的假说提出,种子植物通常得不到足够的花粉或种子集满水果。花反映了花粉的数量，足够数量的花粉粒将达到一个柱头的概率(时候,1977)。在目前的调查,花粉产量多产的作为显示高花粉:胚珠比(79333:1)根据提出的定义的时候(1977年),对应该归类为展示专性异株异花受粉(最高外交级别)。此外,缺乏种子生产在峰值覆盖着袋也支持这样的观点,即羊草通常远交和拥有强大的植物壁垒。
在异花授粉的物种,它已经被报道,花蕊得不到足够的花粉或种子集水果——繁殖力可以提出补充人工授粉(Bawa和韦伯,1984;齐默尔曼和派克,1988;约翰斯顿,1991)。硕士(1984)观察到一个低密度花粉流由于异步裂开在羊草栽培人口,导致低繁殖力。然而,在当前的研究中人们发现开裂在自然条件下一般与从花粉散播同步。超过95%的峰值花在5 d 26至6月30日,56.15%花粉总量都集中在1600h和1700 h在四健会收集期。相应地,最高的繁殖力发生6月28日,而最低的繁殖力是发现在6月30日峰值后。结实和花粉密度表明两个的变化趋势是类似的,高繁殖力与开花时高花粉密度相符。这是进一步观察到相关繁殖力的变化与花粉密度在单独的一个峰值,既是最高的繁殖力和密度最高的花粉流出现的半腰峰值(图7)。从这个正相关,它是推断果实和种子设置可以限制,尤其是在花粉负载较低的峰值和超越时间26±6月30日。即使在上层峰值和期限内26±6月30日,成功授粉的频率可以降低当或在传粉者是不可靠的,因为异柱异花授粉的物种主要是外交系杂交或自交不亲和的(时候,1977)。
花粉活力被看做是花粉质量的一个重要的参数。TTC和IKI是相同的染色法来判断花粉的活力大小。据报道用IKI测的花粉活力大约是90%，然而繁殖力却低于50%。然而，在这里介绍的研究，用TTC法和IKI法染色测得花粉活力分别是62.4%和85.6%。这两种方法之间的差异极显著(P
花粉寿命是另一个有关繁殖力重要的因素,可能会限制种子生产(Fritz和Lukaszewski,1989;Dafni和Firmage,2000)。这里描述的实验表明,花粉可行性超过3h后，花粉活力会从70.8%急剧下降到5%。换句话说,这一物种花粉授粉的时间是短暂的。如果花粉到达雌蕊在延迟时间超过3小时，就可能发生授粉失败。由于羊草是风媒花粉的物种,生存能力低与高温度和相对湿度较低的典型干旱区密不可分。
在许多被子植物物种,雌蕊接受能力可以持续一天或几天里。一个长时间的柱头可授性有助于授粉成功(Nepi和Pacini,1993;Tangmitcharoen和欧文斯,1997;Sornsathapornkul
和欧文斯,1998;Aleemullah et al .2000)。这里给出的结果表明,养草的柱头可授性只持续大约3 h。超出这个时间,无论花粉的活力多么高和花粉的数量多大，授粉的结果通常都是失败的。有一个看似冲突更高密度和低繁殖力花粉对应上层位置的峰值(图7)。当天早些时候位于上层高花粉密度的花先开放（1400小时)与那时候其他花粉密度低的位置(1600±1700 h)相比较。事实上,当柱头可授性明显降低时，花粉密度却增加1600±1700 h)。它似乎表明,柱头可授性时间短是限制羊草种子产量的一个不利因素。
总之,目前的研究也表明,自然条件下人类对羊草花粉的寿命和柱头可受性的影响。特别是,它表明花粉密度变化和繁殖力发生不同位置对应的峰值。除此之外，花粉活力、花粉寿命及柱头可受性与繁殖力密切相关。数据显示，在自然条件这些因素都会影响养草的种子产量。大孢子发生、受精和胚胎的进一步研究，有助于更准确的理解这个物种低繁殖力的原因。
感谢
我们感谢内蒙古草原生态系统研究站提供现场和实验室设施。我们也感谢沈博士和林金星教授为建设性的批评的手稿。本研究重点项目成立中国科学院(KSCX1-08)。
文献引用
