-
繁育系统指所有影响后代遗传组成有性特征的总和[1],主要包括花部形态特征、花各部位的寿命、花的开放式样、传粉者种类和访问频率、自交亲和程度和交配系统。植物的上述有性特征与传粉者以及传粉行为共同影响繁殖后代遗传组成和适应性。因此,繁育系统是影响植物居群遗传多样性及地理分布最关键的生物学性状之一[2],繁育系统研究在花的适应性、物种形成机制和濒危植物保育方面具有重要价值[3]。玉铃花Styrax obassia属于安息香科Styracaceae安息香属Styrax落叶小乔木或灌木,花朵清香,树姿优美,果实、木材和虫瘿均具有重要的经济价值,是非常珍贵具有潜力的园林绿化观赏与经济树种。玉铃花在中国的分布区北至辽宁东南部,向南可见于河南、山东、安徽和浙江等地[4],多处于野生状态,尚未开展有效人工扩繁并合理利用。受人类活动干扰、自然生境破坏和传粉者行为影响,加之种子萌发困难等原因,玉铃花野生植株稀少,种群零星分布[5],天然更新过程受阻。对安息香科另一物种黄梅秤锤树Sinojackia huangmeiensis有性繁殖的研究发现:其繁育类型以异交为主,部分自交亲和且需要传粉者;单株较大的开花量可维持居群的自然更新,部分自交亲和也为其提供一定生殖保障[6]。玉铃花繁育系统与黄梅秤锤树可能存在一定共性,推测植株数量可能受到所分布群落结构的影响,繁育系统和访花者的行为受气候条件影响。目前,有关玉铃花的研究集中于育苗技术和组织培养[7]、种子休眠破解[8-9]、遗传多样性AFLP分析[10]和药用价值[11]等方面,尚无繁育系统的观察研究报道。本研究通过定点观察(测)玉铃花引种植株,从花部结构、开花动态和繁育系统角度,揭示其生物学特性,探讨其天然更新困难可能存在的障碍,以期为玉铃花杂交育种、生境保护提供理论依据,同时为城市园林绿化应用推广提供技术支持。
-
试验于2021年3—6月进行。试验材料为引种至浙江农林大学东湖校区(30°15′54″N,119°43′19″E,海拔101.3 m)露地栽培的处于半自然状态的玉铃花。栽植地为平坦沟谷,亚热带季风气候,全年平均气温为17.8 ℃,年均降水量为1 613.9 mm,无霜期为237 d,年日照时数为1 765.6 h。地带性植被为亚热带常绿阔叶林。
-
选定5株样株,每日观察开花进程并拍照记录。按照DAFNI [12]的标准,确定始花期、盛花期和末花期。盛花期随机选择尚待开放的花序30个,挂牌标记,测量记录花序长度(mm)和花蕾数(个),每日观察花序发育情况,直至花瓣脱落,确定单花序和单花开放时间;随机选取单花30朵,挂牌标记后定点观察,用游标卡尺测定花冠直径(mm)、花柱长度(mm)、花丝长度(mm)等指标。在Stemi 508体式显微镜下,对花朵进行实体解剖,观察子房和胚珠等构造。
-
以玉铃花单花开放前1 d为检测起点,收集开放前1 d、开放第1、2、3、4和5天的不同个体混合花粉。选用2,3,5-氯化三苯基四氮唑(TTC)染色法[12]评定花粉活力,选用联苯胺-过氧化氢法[13]检测柱头可授性。
-
随机采集花药尚未开裂的花蕾,剥离雌蕊与雄蕊。在体式显微镜下用解剖针轻轻划开子房,统计单花胚珠数(个);采集对应单花的全部花药,用光学显微镜统计花粉粒数量(个)。重复3次,取平均值。平均单花花粉粒总数=平均花粉粒数量×1000;P/O=平均单花花粉粒总数/平均胚珠数。依据CRUDEN [14]标准,确定玉铃花繁育系统类型。
-
随机选取30朵花,测定单花直径(mm)、雌雄蕊空间高度差(mm)及雌雄蕊成熟时间间隔。依据DAFNI标准[12],确定OCI 值,评判玉铃花的繁育系统类型。
-
盛花期,晴朗天气下连续1周每天观察样树的昆虫访花情况,拍照记录各种访花昆虫种类、访花行为、访问时间、单花停留时间、单次连续访花朵数等。
-
借助Excel 2019处理原始数据,计算平均值与标准误;利用Origin 2019制图。使用佳能M6观察拍摄玉铃花开花植株和花部结构照片。
-
玉铃花为腋生或顶生总状花序,花序长(13.29±0.66) cm,含(25.3±1.8)朵花;生长初期花序梗和花序轴密被短绒毛,但随着其生长,下部毛渐渐退化,直至无毛;花梗长(5.61±0.20) mm,稍向下弯;花萼杯状,长(5.68±0.12) mm,宽(4.28±0.05) mm,上端有5~6个三角形萼齿;花梗至花萼筒均密被灰黄色星状短绒毛;花冠直径为(17.37±0.50) mm,花瓣白色,4~6瓣,常见5,椭圆形,长(16.51±0.19) mm,宽(6.47±0.13) mm,花蕾期花瓣呈覆瓦状排列;雄蕊7~11,常见9,基部贴生于花冠,花丝扁平,上下几乎等宽,长(10.17±0.15) mm,花药2室,以其背部贴生花丝,椭圆型,花药长(4.01±0.10) mm,宽(0.97±0.02) mm;花柱与略膨大子房连接,子房3室,半下位或下位,胚珠(12.8±0.7)枚(表1)。
表 1 玉铃花花部器官数量特征统计
Table 1. Statistics on the quantitative characteristics of floral organs of Styrax obassia
参数 花瓣长度/mm 花瓣宽度/mm 花冠直径/mm 花药长度/mm 花药宽度/mm 花丝长度/mm 花柱长度/mm 测定值 16.51±0.19 6.47±0.13 17.37±0.50 4.01±0.10 0.97±0.02 10.17±0.15 17.24±0.22 参数 雄蕊数量/个 子房长度/mm 子房宽度/mm 花筒长度/mm 花柄长度/mm 雄蕊雌蕊高度差/mm 测定值 9.2±0.2 2.79±0.04 1.96±0.05 5.68±0.12 5.61±0.20 2.50±0.16 -
玉铃花花芽膨大期始于3月15—20日,花芽叶芽同期,显蕾期为3月21日—4月15日,花序逐渐伸长,花蕾逐渐膨大(图1A~F),始花期为4月15-18日,盛花期为4月19—26日,末花期为4月27日—5月2日,花冠凋落,随后成功授粉的子房逐渐膨大,雌蕊干枯败落进入幼果期(图1J~L)。花期持续约15 d,单花花期3~5 d。
玉铃花开花过程大致分为5个时期(图1M)。①包裹期:花萼包裹着花蕾,上端分5个小型三角形萼裂齿;②退化期:花蕾逐渐膨大,花瓣慢慢伸长,花萼退化成杯状托住花冠,此时雄蕊藏于花冠中;③微绽期:花瓣微微绽开,可见黄色的花药和嫩绿色柱头,花粉囊微纵裂,少量花粉散出;④展开期:花瓣张开角度加大,花药柱头全部露出,柱头高于雄蕊,花粉囊开裂变大,散出花粉增多;⑤完全展开期:花瓣完全展开,花粉囊纵列增大,散出花粉量逐渐变少到散尽,花药颜色变淡。
玉铃花花序开花的顺序由内至外(图1G~I),整个开花过程受天气和温度影响较大,晴天和气温较高时,花瓣展开速度和散粉速度快,整个开花持续时间较短;阴天、雨天或气温稍低,花瓣开放速度趋慢,开花持续时间较长。
-
统计花粉粒染色率发现:开花前1 d,玉铃花花粉活力达74.00%,开花第1天降至50.80%,第2天更低,仅为37.60%,随后持续降低,直到花瓣脱落,花粉殆尽,花粉活力为0。用联苯胺-过氧化氢法检测柱头可授性,结合图2可知:开花前1 d,柱头部分具有可授性,此后可授性呈增强趋势,至开花第2天,达到最强,随后逐渐下降,开花第5天,柱头已无可授性。
-
对花蕾中花药花粉粒和子房胚珠的统计可知:玉铃花单花花粉量为(8 080.0±739.8)粒,胚珠数量为(12.8±0.7)粒,P/O为(646.30±64.35)。依据CRUDEN的标准,玉铃花有性繁育系统为兼性异交。
-
玉铃花成熟花朵直径为(17.37±0.49) mm,>6 mm,OCI记为3;花朵开放前1 d花粉粒活性最强,柱头部分可授,花药开裂时间和柱头可授性具有高度同步性,OCI记为0;所观察的30朵成熟花的柱头位置均高于雄蕊花药,雄蕊花药与柱头间空间分离明显,雄蕊雌蕊高度差为(2.50±0.16) mm,OCI记为1。由此判定玉铃花开放花朵OCI值为4,其有性繁育系统为异交且部分自交亲和,需要传粉者,属于兼性异交,估算结果与P/O一致。
-
盛花期观察到的访花昆虫主要有蜜蜂科Apidae的中华蜜蜂Apis cerana、蚁科Formicidae的日本弓背蚁Camponotus japonicus、蝽科Pentatomidae的稻棘缘蝽Cletus punctiger和花蓟马Frankliniella intonsa等。其中,日本弓背蚁、中华蜜蜂出现频率最高,稻棘缘蝽除了盛花期第1天出现外,之后未观察到。
观察发现:8:00—12:00,中华蜜蜂数量和访花次数都处在较高水平,随后减少,至17:00,没有中华蜜蜂采蜜。访花时,中华蜜蜂头部朝下,足部抓住花瓣边沿,头部和胸部的绒毛可粘取花粉,伸长口器吸食花蜜,采完1朵花后携带花粉采食另1朵,触及柱头完成授粉(图3 A~C)。中华蜜蜂收集花粉时,后足绒毛沾满花粉,好似“花粉筐”,有利于传粉(图3 D)。统计发现:中华蜜蜂的单花停留时间为7.5 s,单次连续访花数9朵,单序停留时间约1.4 min。日本弓背蚁(图3 E)出现频率也较高,其单花停留时间为27.5 s,单序停留时间约3.0 min,但是由于日本弓背蚁体型很小,有研究认为其腹腺分泌物含抗生素可降低花粉活力,并且其作为无翅访问者,具有重复访花、花序行为,易促进自花授粉的发生[15],因此蚂蚁传粉作用较小。甲虫等其他种类昆虫,仅吸取子房上部花被管内的花蜜,稻棘缘蝽刺吸植物茎叶(图3 F),喜好中午时趴在花筒上吸食汁液,而花蓟马多集于花内取食,两者对玉铃花传粉无太大作用,甚至会造成花朵萎蔫,阻碍传粉。
-
植物的花部特征、传粉特性和繁育系统是相互适应的[16],此种适应性大多体现在2个方面,其一为花部结构、形态的适应,其二为传粉者行为的适应。玉铃花花朵洁白,花冠直径>6 mm,花药黄色耀眼,具清香气味,具有较强的吸引昆虫特性, 与江南牡丹草Gymnospermium kiangnanense[17]花部表现出的泛化传粉类型特征相似。玉铃花为总状花序,花朵数量较多,自下而上开花,与1年生水生植物冠果草Sagittaria guyanensis的开花顺序一致[18];单花花期约5 d,整个花序寿命长达15 d,这种花序开花不同步,且花朵耀眼、数量大的特性,有助于延长传粉昆虫的访花时间和增加植物完成异花授粉的成功率,是植物长期适应不稳定传粉环境的表现,与ZHAO等[19]发现的花形态、大小对传粉者多样性和选择性有显著影响,且花展示和数量越多、选择性越强的研究结论一致。
玉铃花在浙江境内的野生居群零星状分布,天然更新受阻,主要原因可能是传粉昆虫数量和种类较少。本研究发现:中华蜜蜂是玉铃花的主要传粉昆虫,体型与其单花大小相适宜,两者存在供食与授粉的互惠关系;中华蜜蜂访花次数和时间与花粉活力、柱头可授性最强的时间一致。可见,玉铃花有性繁育主要依赖中华蜜蜂传粉的异交。观察还发现:大量的日本弓背蚁和花蓟马在玉铃花花朵上出现,但这些昆虫体型小,易出现重复访花行为,增加自花授粉可能性,很难形成有效传粉[20]。此外,外界干扰会影响传粉者的行为,其中天气的干扰影响程度较为突出,特别是阴雨天气,使得昆虫传粉行为受到一定抑制。如在花期遭遇连续数天阴雨的山地生境,玉铃花花期会延长,符合RATHCKE [21]的研究结论,即在传粉者稀少或者不稳定生境时,植物会通过延长花期来提高生殖成功率。本研究中,玉铃花花药不同步开裂,将花粉活力从5 d延长至6~7 d,可视为对传粉者行为受限时的适应。
-
花粉/胚珠比和杂交指数被广泛用于植物繁育系统的研究[22-23]。根据DAFNI杂交指数标准,玉铃花繁育系统为异交、部分自交亲和,属于需要传粉者类型;依据GRUDEN花粉/胚珠比测定结果,玉铃花繁育系统属于兼性异交,与安息香科另一植物黄梅秤锤树的研究结论一致[6]。在玉铃花开花过程中,单花尺度的雄蕊和雌蕊始终处于空间分离,柱头高于花药,不利于自花授粉,有利于柱头接受异花授粉;同时,花粉活力和柱头可授性的强弱具有一定的时间间隔,因此避免了同花自交现象的发生。但是花朵开放花药散粉时,柱头已经具有可授性,其花粉活力与柱头可授性存在一段时间重叠,使得玉铃花在时间上又具备自交的可能性。从单株水平看,玉铃花整株同时开放的花朵数量多,且单序分2~3段开放,花朵发育期又不同,在受到外界昆虫访花者及风力的作用下,也会出现同株同花和同株异花授粉,即植物自交。植物自交是被子植物进化的普遍趋势,是植物在恶劣环境中保证繁育成功的一种适应机制[24]。如花期降雨导致传粉受阻时,玉铃花选择自花授粉。因此,自花授粉为适应不断变化的生境提供了一定生殖保障,但是自交是否会对后代适合度造成影响,还有待进一步研究。
有效的授粉可使植株结实,但果实内只有少量种子可以萌发形成新的植株。安息香科植物如秤锤树属Sinojackia、长果安息香属Changiostyrax等大多已经濒危[25],栖息地被破坏、人为砍伐是直接原因,而植物种子外果皮坚硬、胚乳内源抑制物多、种子萌发率低也是重要原因。玉铃花同其他安息香科植物存在一定共性,即种皮厚、种子存在休眠,因此,玉铃花在浙江省的生存现状需要引起足够重视与并提供有效保护。
-
玉铃花为总状花序,单花序开花由基部向先端分2~3区段开放,单花开花持续3~5 d,花期为4月中旬至5月初;玉铃花花朵洁白、花药黄色具芬芳气味均为吸引传粉昆虫的花部特征,主要传粉昆虫为中华蜜蜂、日本弓背蚁等小型昆虫,体型与单花大小、花部结构相适应,玉玲花与传粉昆虫存在供食与授粉的互惠关系;玉铃花昆虫访花的时间与花粉活力、柱头可授性最强的时间一致;花粉胚珠比为(646.30±64.35),杂交指数为4,证实其授粉方式为依赖昆虫媒介为主的异交类型,繁育系统为异交且部分自交亲和。
Flowering dynamics and breeding system of Styrax obassia
-
摘要:
目的 研究玉铃花Styrax obassia的开花动态,揭示其繁育系统的基本特征,认识其生物学特性,为玉铃花杂交育种、生境保护提供理论依据,也为城市园林绿化应用推广提供技术支持。 方法 田间观测玉铃花开花动态特征、花部结构、昆虫访花特性,采用TTC染色法和联苯胺-过氧化氢法,分别测定花粉活力和柱头可授性,运用杂交指数(OCI)、花粉胚珠比(P/O)等方法确定其繁育系统类型。 结果 ①玉铃花的花期为4月中旬至5月初,始花期为4月15—18日,盛花期为4月19—26日,末花期为4月27日—5月2日,单花花期约3~5 d。②总状花序下垂,开花顺序由花梗基部向先端分2~3区段开放, 30个总状花序的小花数量平均为(25.3±1.8)个。③开花1 d后的花粉活力最强,雌雄蕊成熟时间部分重合, P/O为(646.30±64.35), OCI为4。④访花昆虫主要有中华蜜蜂Apis cerana、日本弓背蚁Camponotus japonicus等。 结论 玉铃花开花始于4月中旬,结束于5月初,盛花期持续1周时间,其繁育系统属于兼性异交、需要传粉者的类型,部分为自交亲和。图3表1参25 Abstract:Objective With an investigation of the flowering dynamics of Styrax obassia, this study is aimed to reveal the basic characteristics of its breeding system for a better understanding of its biological characteristics so as to provide theoretical basis for cross breeding and habitat protection of S. obassia as well as technical support for the application and popularization of urban landscaping. Method Observations were made of the flower dynamic characteristics, floral structure and insect visiting characteristics before the pollen viability and stigma receptivity were determined employing TTC staining and benzidine hydrogen peroxide method whereas the breeding line type was determined using hybridization index (OCI) and pollen ovule ratio (P/O). Result (1) With a single flowering period of about 3 to 5 days, the flowering period of S. obassia is from mid-April to early May with April 15 to 18 being the initial flowering period, April 19 to 26 being the full flowering period and April 27 to May 2 being the final flowering period. (2) With the racemes drooping, its flowering sequence was divided into 2−3 segments from the base of the pedicel to the apex and the average number of florets in 30 racemes was (25.3±1.8). (3) The pollen vigor was the strongest one day after flowering, and the mature time of male and female stamens partially coincided, with a P/O of (646.30±64.35) and an OCI of 4. (4) The flower visiting insects mainly include Apis cerana and Camponotus japonicus. Conclusion The flowering period of S. obassia began in mid-April and ended in early May with the bloom lasting for a week and the breeding system is featured with facultative outcrossing and pollinator and is partially self-compatible. [Ch, 3 fig. 1 tab. 25 ref.] -
Key words:
- Styrax obassia /
- flowering dynamics /
- breeding system /
- pollen vitality /
- stigma receptivity
-
随着环境保护要求的不断提高,环保型木材防腐剂越来越受到重视,此类防腐剂多以高效低毒的有机农药为主成分,配合其他助剂制备成有机型或水基型防腐剂[1-2]。三唑类杀菌剂,如丙环唑、戊唑醇、环丙唑醇、氟环唑和苯醚甲环唑等,既可以单独使用,又可以与铜制剂复配[3-4],是目前常用的木材防腐剂;这些三唑类杀菌剂杀菌谱不尽相同,作用机制也有所差异,应用较广泛的是丙环唑和戊唑醇[5-6]。常见的木材防霉剂有异噻唑啉酮类如卡松、1,2-苯并异噻唑-3-酮(BIT)、4,5-二氯-2-正辛基-3-异噻唑啉酮(DCOI)等,有机碘类如碘丙炔醇丁基氨甲酸酯(IPBC),三唑类等[7],杀菌谱也不尽相同;常用的仓储水果防霉剂如溴菌腈和抑霉唑[8-9],防霉活性较高,但较少应用于木材防霉。菊酯类杀虫剂是常见的防治白蚁的药剂,具有用量少、成本较低、废弃物易回收、环境相对友好等优点;高效氯氟氰菊酯在菊酯类杀虫剂中活性较高、稳定性较强、耐雨水冲刷性能较好。因含有大量羟基等亲水基团[10],木材变色、发霉、腐朽、变形等问题频发,品质降低[11-13],常用亚麻油、桐油、豆油、核桃油等含甘油三脂肪酸酯的植物油[14]和沥青、石蜡等含长链烷烃的矿物油用作木材防水;现代工业多将植物油与动植物蜡等复配成木蜡油[15],用作木材的表面防水处理剂。如马红霞等[16]使用56号石蜡制备木材防水剂,当石蜡质量浓度为5%时,防水效率可达54%;由此可见,石蜡可作为良好的木材防水剂。液体石蜡是经原油分馏得到的无色无味的液态烃类混合物,室温下为液态,用作防水剂时可省去加热融化环节,节约了能源和时间。木材在使用过程中需要多重保护,如防腐、防霉、防虫和防水等,存在工序繁琐、成本高昂等问题,为满足木材不同生物危害防治需要,本研究拟制备一种同时具有防腐、防霉、防虫和防水多项功能的水基型有机木材保护复合制剂,通过室内抑菌圈法筛选不同杀菌剂的抑菌活性,从中挑选活性较好、杀菌谱互补的防腐成分与防霉成分进行复配,并筛选两者的最佳配比;将其与杀虫成分和防水成分复配,制备成可以兑水自动乳化的乳油制剂。制备的复合制剂稳定性好,兼具防水、防腐、防霉、防白蚁等性能,同时处理工序简单,可达到常规生物危害防治要求的目的,为木材保护提供参考。
1. 材料与方法
1.1 试验材料
1.1.1 杀菌剂、杀虫剂和防水剂
杀菌剂包括氟环唑(FCZ)、戊唑醇(TEB)、丙环唑(PPZ)、苯醚甲环唑(DCZ)、碘丙炔醇丁基氨甲酸酯(IPBC)、溴菌腈(BMN)、抑霉唑(IMZ)。杀虫剂为高效氯氟氰菊酯(CLT)。防水剂为液体石蜡(化妆品级)。以上试剂购自上海麦克林生化科技有限公司。
1.1.2 测试菌种
木材腐朽菌有褐腐菌密粘褶菌Gloeophyllun trabeum、白腐菌彩绒革盖菌Coriolus versicolor。木材混合霉菌有黑曲霉Aspergillus sp.、木霉Trichoderma sp.、青霉Penicillium sp.。木材变色菌可可球二孢Botryodiplodia theobromae。所有菌株均为实验室保存的生物测试标准用菌株。
测试树种为辐射松Pinus radiata。
1.2 试验方法
预实验通过满细胞法确定辐射松边材吸液(水)量为750~850 kg·m−3;根据三唑类药剂防腐有效载药量(200.0~400.0 g·m−3)[17],换算药剂质量浓度为150.0~300.0 mg·L−1,确定试验用药质量浓度为200.0 mg·L−1。
1.2.1 防腐、防霉成分及配比筛选
通过室内抑菌效果普筛挑选出效果较好且杀菌谱互补的杀菌剂作为防腐和防霉成分。将挑选出的防腐和防霉成分按照不同配比混合进行复配,再次测试室内抑菌效果,确定效果较好的复配比例作为药剂配伍。
1.2.2 室内抑菌圈测试
参照《中华人民共和国药典》的“抗生素微生物检定法”测试抑菌圈。将5种防腐剂(FCZ、TEB、PPZ、DCZ、IPBC)统一配制成质量分数为5.00%的乳油,分别加水稀释到200.0 mg·L−1;防霉剂IMZ配制为400.0 mg·L−1,BMN分别配制为400.0、600.0和800.0 mg·L−1。在各涂满真菌孢子液的马铃薯葡萄糖琼脂(PDA)培养基中,分别摆放4个装有0.3 mL待测药液的牛津杯。随着药液的扩散,培养基上的真菌菌丝会受到抑制形成抑菌圈,抑菌圈直径越大,说明药剂抑菌效果越好。
1.2.3 制剂性能测试
乳液稳定性测试。参照GB/T 1603—2001《农药乳液稳定性测定方法》,在100.0 mL室温标准硬水中慢慢加入不同体积样品,边加入边搅拌,加完后继续搅拌30 s;然后在30 ℃恒温水浴中静置1 h,观察不同稀释倍数下样品乳状液分离情况。无浮油、沉淀或沉油则视为乳液稳定性合格。
防水性能测试。将含液体石蜡质量分数为40.00%的复合制剂分别兑水,稀释液体石蜡质量分数为2.00%、4.00%、8.00%,满细胞法处理试块。辐射松边材尺寸为50 mm×20 mm×10 mm,每组8块试块,室温平衡21 d后称质量,然后蒸馏水浸泡30 min,取出试块,称质量,参照GB/T 1934.1—2009《木材吸水性测定方法》计算吸水率;测量弦向尺寸变化,参照GB/T 29901—2013《木材防水剂的防水效率测试方法》计算防水效率。
室内防腐性能测试。参照GB/T 13942.1—2009《木材耐久性能第1部分:天然耐腐性实验室试验方法》进行。将待测制剂分别兑水稀释5、10、20倍备用,辐射松边材尺寸为20 mm×20 mm×10 mm,每组6块试块,经真空−0.09 MPa处理10 min,常压浸渍10 min,参照标准测试防腐性能。试块质量损失率<10%,属于Ⅰ级强耐腐;质量损失率为11%~24%,属于Ⅱ级耐腐;质量损失率为25%~44%,属于Ⅲ级稍耐腐;质量损失率>45%,属于Ⅳ级不耐腐。
室内防霉性能测试。参照GB/T 18261—2013《防霉剂对木材霉菌及变色菌防治效力的试验方法》进行。将待测制剂分别兑水稀释5、10、20倍,辐射松边材尺寸为50 mm×20 mm×10 mm,每组8块试块,参照标准方法处理试块,测试防霉性能。试块表面无菌丝、霉点时,定义侵染值为0;试块表面感染面积<1/4,定义为1;试块表面感染面积1/4~1/2,定义为2;试块表面感染面积1/2~3/4,定义为3;试块表面感染面积>3/4,定义为4。
室内防白蚁测试。参照GB/T 18260—2015《木材防腐剂对白蚁毒效实验室试验方法》进行。将待测制剂分别兑水稀释5、10、20倍,辐射松边材尺寸为20 mm×20 mm×10 mm,每组5块试块,参照标准方法处理试块,测试室内防白蚁性能。试块蚁蛀程度为完好无损,定义试样完好等级为10;微痕蛀蚀,定义为9.5;轻微蛀蚀,截面面积<3%的蛀蚀,定义为9;中等蛀蚀,截面面积3%~10%的蛀蚀,定义为8;中等蛀蚀,截面面积10%~30%的蛀蚀,定义为7;严重蛀蚀,截面面积30%~50%的蛀蚀,定义为6;非常严重蛀蚀,截面面积50%~75%的蛀蚀,定义为4;试块几乎完全被蛀毁,定义完好等级为0。
2. 结果与分析
2.1 有效成分筛选
从表1可以看出:5种防腐剂(FCZ、TEB、PPZ、DCZ和 IPBC)对木材腐朽菌(彩绒革盖菌和密粘褶菌)均具有较好的抑制效果,但FCZ、TEB和PPZ对变色菌(可可球二孢)和混合霉菌几乎没有抑制作用,只有DCZ对可可球二孢有抑制效果,因此优选DCZ作为防腐成分。IPBC和IMZ对所测试菌种均有较好的抑制效果,BMN和IMZ虽然对混合霉菌和变色菌有抑制作用,但抑菌圈均小于IPBC。因此,优先IPBC作为防霉成分。
表 1 各杀菌剂的室内抑菌效果Table 1 Result of inhibition zones test by bactericide杀菌剂 质量浓度/
(mg·L−1)抑菌圈大小/mm 彩绒革
盖菌密粘
褶菌可可球
二孢混合
霉菌FCZ 200.0 >45.0 >45.0 0 0 TEB 200.0 >45.0 >45.0 0 0 PPZ 200.0 >45.0 >45.0 0 0 DCZ 200.0 >45.0 >45.0 11.4 0 IPBC 200.0 >45.0 >45.0 34.6 21.9 BMN 800.0 37.2 35.4 12.8 10.6 600.0 38.1 29.0 9.0 9.4 400.0 26.8 31.8 8.3 7.1 IMZ 400.0 39.2 41.6 26.9 12.7 将DCZ和IPBC按质量比1∶1、1∶3、3∶1的比例配制混合药剂,测试DCZ+IPBC复配药剂对腐朽菌和霉菌的抑制效果;将其他3种三唑类防腐药剂(FCZ、TEB和PPZ)与IPBC按照质量比1∶1配制复配药剂,作为对照测试抑菌效果。由表2可以看出:DCZ+IPBC复配药剂对木材腐朽菌、变色菌和混合霉菌的抑制效果较好,其中按照1∶1比例复配的药剂效果最高。相其他三唑类与IPBC的复配药剂,抑菌效果亦有所提高。由此确认防腐/防霉复配药剂,DCZ和IPBC按照1∶1进行配制。
表 2 不同三唑类药剂与IPBC复配的抑菌效果Table 2 Result of inhibition zones test by compounded of different preservatives组分 质量浓度/
(mg·L−1)抑菌圈大小/mm 彩绒革
盖菌密粘
褶菌可可球
二孢混合
霉菌DCZ 200.0 >45.0 >45.0 11.4 0 DCZ+IPBC 150.0+50.0 >45.0 >45.0 22.4 15.1 DCZ+IPBC 100.0+100.0 >45.0 >45.0 31.0 23.6 DCZ+IPBC 50.0+150.0 >45.0 >45.0 29.1 23.7 IPBC 200.0 >45.0 >45.0 30.6 21.9 FCZ+IPBC 100.0+100.0 >45.0 >45.0 25.7 21.8 PPZ+IPBC 100.0+100.0 >45.0 >45.0 25.8 22.5 TEB+IPBC 100.0+100.0 >45.0 >45.0 24.0 21.0 为探索CLT对白蚁的防治效果,设计含梯度载药量的辐射松边材室内抗白蚁效果测试,拟定辐射松边材载药量分别为5.0、10.0、15.0、20.0、30.0 g·m−3。由表3可知:试块中CLT载药量达10.9 g·m−3以上时,白蚁蛀蚀完好值>8.0,质量损失率<11%,而未添加药剂处理的对照木材,完好值仅4.6,质量损失率>40%。因此,设计的复合制剂中防虫成分的目标载药量为7.5~30.0 g·m−3。
表 3 不同CLT载药量木材的白蚁蛀蚀结果Table 3 Result of lab anti-termite test of cyhalothrin载药量/
(g·m−3)白蚁蛀蚀
完好值质量损
失率/%载药量/
(g·m−3)白蚁蛀蚀
完好值质量损
失率/%− 4.6 42.9±14.6 15.5 8.0 10.5±1.4 5.3 8.0 11.3±0.7 21.8 9.1 5.2±1.4 10.9 8.6 5.9±1.5 32.1 8.4 5.1±1.9 说明:−表示未添加药剂 综上,本研究设计制备了含苯醚甲环唑、碘丙炔醇丁基氨甲酸酯、高效氯氟氰菊酯、液体石蜡等多种有效成分的木材保护复合制剂,通过调试乳化剂和助溶剂的用量和配比,最终配制出稳定、均相、透明、入水可自乳化的乳油制剂。制剂制备时按比例称取原药和乳化剂,加入助溶剂,充分溶解混匀后加入液体石蜡,搅拌均匀即可。测试使用的制剂为乳油,组成成分质量分数为0.20%苯醚甲环唑、0.20%碘丙炔醇丁基氨甲酸酯、0.02%高效氯氟氰菊酯和40.00%液体石蜡。
2.2 制剂性能测试
2.2.1 乳液稳定性测试
制剂兑水稀释250倍,制剂呈乳白色,初入水时呈乳白色团雾状,可自动扩散,摇匀后呈均匀的乳状液,静置1 h未见分层、析油和沉淀,稳定性可保持3~4 h;过夜后破乳,药液表面有大量浮油,颠倒摇匀后可恢复乳液状,不影响正常使用。
2.2.2 防水性能测试
参照标准方法用该制剂处理辐射松边材,经水浸泡30 min后测试试块的吸水率和防水效率。由表4可知:未添加药剂处理的木材,吸水率为54.7%;随着制剂中石蜡质量分数升高,木材试块中石蜡含量相应增加,试块吸水率依次降低,从43.5%下降到26.6%,木材防水效率则随之增强,从44.4%提升到了77.8%。
表 4 防水剂处理后试块的防水性能Table 4 Efficiency of waterproof稀释
倍数制剂中液体石
蜡质量分数/%试块中液体石
蜡含量/(kg·m−3)吸水
率/%防水效
率/%5 8 49.1 26.6±7.4 77.8±19.1 10 4 19.4 35.0±17.3 68.9±22.1 20 2 10.5 43.5±15.1 44.4±20.6 − 0 0 54.7±5.8 0 说明:−表示未添加药剂 2.2.3 室内耐腐性能测试
由表5可知:未处理木材受白腐菌侵染后质量损失率达75.7%,受褐腐菌侵染质量损失率为19.4%,而所有处理试块质量损失率均低于6%,达到强耐腐。制剂稀释20倍后处理试块,试块中DCZ和IPBC载药量超过71.1 g·m−3,试块质量损失率可达1%,达到Ⅰ级强耐腐。值得注意的是,稀释20倍的药液处理后,试块质量损失率低于稀释5倍的药液,原因是高质量浓度制剂处理后,试块内含有大量的液体石蜡,在长达3个月的试验期内,液体石蜡自动扩散到培养基,试块质量损失增加。但取样现场也发现:高质量浓度制剂处理的试块无腐朽菌菌丝附着生长,说明添加防水剂实际进一步提升了制剂的防腐性能。
表 5 制剂处理后试块的室内耐腐性能Table 5 Result of lab sand block test on sapwood P. radiate稀释
倍数彩绒革盖菌 密粘褶菌 试块DCZ+IPBC
载药量/(g·m−3)质量损
失率/%试块DCZ+IPBC
载药量/(g·m−3)质量损
失率/%5 311.2+311.2 5.5±0.6 320.6+320.6 3.6±0.3 10 150.9+150.9 2.7±0.2 139.0+139.0 3.4±0.4 20 71.2+71.2 0.6±0.1 71.1+71.1 1.0±0.2 − 0 75.7±4.3 0 19.4±2.1 说明:−表示未添加药剂 2.2.4 室内防霉性能测试
参照标准方法用该制剂处理辐射松边材,测试室内防霉效果。由表6可知:未处理木材的霉菌和变色菌侵染值为4,该制剂稀释5倍时,试块表面的DCZ和IPBC含量均达0.165 g·m−2,处理试块变色菌和混合霉菌侵染值均为0,防治效果优良。在实际使用中可根据木材树种的天然耐腐性及所处环境适当增减制剂的用量,以达到理想的防霉效果。
表 6 室内防霉测试结果Table 6 Result of lab mildew proof test稀释
倍数可可球二孢 混合霉菌 DCZ+IPBC载药
量/(g·m−2)侵染值 DCZ+IPBC载药
量/(g·m−2)侵染值 5 0.165+0.165 0 0.202+0.202 0 10 0.106+0.106 1.5 0.148+0.148 0.5 20 0.045+0.045 4.0 0.048+0.048 3.3 − 0 4.0 0 4.0 说明:−表示未添加药剂 2.2.5 室内抗白蚁测试
由表7可知:不同稀释倍数的制剂处理后,试块质量损失率均<3%,而未添加抗虫剂的对照试块,质量损失率为42.9%;制剂稀释5倍时,试块载药量达29.1 g·m−3,试块白蚁蛀蚀完好值为9.6;稀释20倍时,试块载药量为7.6 g·m−3, 试块白蚁蛀蚀完好值为8.9,而未处理木材的白蚁蛀蚀后完好值仅为4.7,质量损失率达42.9%,显示该制剂的防治白蚁效果优良。结合表3可知:相比单用高效氯氟氰菊酯时,复合制剂处理材在同等载药量下对白蚁的防治效果要好得多;当高效氯氟氰菊酯质量浓度为15.0、30.0 g·m−3时,该复合制剂防治白蚁的效果远远优于单剂,由此可知其他组分的加入起到了增效作用。
表 7 室内抗白蚁测试结果Table 7 Result of lab anti-termite test稀释
倍数木材中高效氯氟氰菊酯
载药量/(g·m−3)质量损
失率/%白蚁蛀蚀
完好值5 29.1 2.8±0.5 9.6 10 14.7 2.6±0.3 9.2 20 7.6 2.5±0.7 8.9 − 0 42.9±14.6 4.7 说明:−表示未添加药剂 3. 讨论
针对不同的木材败坏防治需求,本研究制备了一种具有防腐、防霉、防虫、防水多功能的复合制剂,类型为乳油,有效成分为苯醚甲环唑、碘丙炔醇丁基氨甲酸酯、高效氯氟氰菊酯和液体石蜡。
该制剂兑水稀释后呈乳液状,稳定性可保持3~4 h,符合GB/T 1603—2001 《农药乳液稳定性测定方法》的规定。石蜡作为常见的防水剂被广泛应用,多数所使用的时熔点较高的固体石蜡[18],而该制剂以液体石蜡为防水组分,优点是室温下即为液体,无需加热融化,缺点是液体石蜡密度较小,相较常规药剂,兑水稀释后稳定性差,药液兑水约 4 h 后就会分层破乳;不过,稍微搅拌即可恢复乳状,基本不影响正常使用。该制剂防水性能较好,然而应注意的是防水剂含量很大,大剂量液体石蜡的使用,存在一定的消防隐患,后期应配合表面阻燃处理。石蜡基防水剂的主要防水机制是通过石蜡的疏水作用[19],石蜡的使用同时增强了木材的尺寸稳定性[20],石蜡分子量较大,不易进入木材内部,因此需要将其乳化成细小的乳状液,然而,乳化剂的过量使用可能会有石蜡的疏水性降低的风险,需要在以后的开发中引起重视。结合室内耐腐试验菌丝生长状况可以发现:防水剂液体石蜡的加入,可以明显增加药剂的防腐性能,而木材中石蜡的含量很高,当木材与环境中土壤或者水体接触时,石蜡会从木材中自由扩散到环境中,可能会增加药剂流失的风险。
室内防霉测试结果来看,将制剂稀释 5 倍使用,即辐射松试块苯醚甲环唑和碘丙炔醇丁基氨甲酸酯载药量均为 0.165 g·m −2 时,混合霉菌的生长才能被完全抑制,这与李晓文等[21]的IPBC防霉效果结论一致。室内防霉测试所选的温湿度条件适合霉菌生长,且霉菌的孢子液人为接种,因此,通常可以通过室内防霉测试的药剂,在实际生产中的防霉效果也会很好。
室内防白蚁测试结果可知:制剂稀释 20 倍后,试块受白蚁蛀蚀程度仍较低,质量损失率较小,防蚁性能优异。同时,比较单独使用高效氯氟氰菊酯和添加防水剂后的防白蚁效果可以看出:防水剂的添加明显增加了药剂的防白蚁效果。分析原因可能是石蜡是一种化石能源,白蚁不喜食。
4. 结论
为满足木材不同生物危害防治需要,本研究制备出一种含石蜡水基型有机多功能木材防腐剂,可以一次处理基本满足木材常规保护的要求。该木材保护复合制剂同时具有防腐、防霉、防虫、防水多功能,剂型为乳油,质量分数分别为0.20%的苯醚甲环唑和碘丙炔醇丁基氨甲酸酯、0.02%的高效氯氟氰菊酯和40.00%的液体石蜡。
当环境中生物危害较轻时,可将该复合制剂稀释20倍使用,当生物危害较重时,可将复合制剂稀释5倍甚至直接使用。将制剂稀释5到10倍处理木材,即木材中液体石蜡为25.0~50.0 kg·m−3,苯醚甲环唑和碘丙炔醇丁基氨甲酸酯为150.0~300.0 g·m−3,高效氯氟氰菊酯载药量为15.0~30.0 g·m−3,可满足多大多数生物危害的防治需求。
-
表 1 玉铃花花部器官数量特征统计
Table 1. Statistics on the quantitative characteristics of floral organs of Styrax obassia
参数 花瓣长度/mm 花瓣宽度/mm 花冠直径/mm 花药长度/mm 花药宽度/mm 花丝长度/mm 花柱长度/mm 测定值 16.51±0.19 6.47±0.13 17.37±0.50 4.01±0.10 0.97±0.02 10.17±0.15 17.24±0.22 参数 雄蕊数量/个 子房长度/mm 子房宽度/mm 花筒长度/mm 花柄长度/mm 雄蕊雌蕊高度差/mm 测定值 9.2±0.2 2.79±0.04 1.96±0.05 5.68±0.12 5.61±0.20 2.50±0.16 -
[1] WYATT R. Pollinator: plant interactions and the evolution of breeding systems [M]//REAL L. Pollination Biology. Orlando: Florida Academic Press, 1983: 51 − 95. [2] DeMAURO M M. Relationship of breeding system to rarity in the lakeside daisy (Hymenoxys acaulis var. glabra) [J]. Conserv Biol, 1993, 7(3): 542 − 550. [3] 何亚平, 刘建全. 植物繁育系统研究的最新进展和评述[J]. 植物生态学报, 2003, 27(2): 151 − 163. HE Yaping, LIU Jianquan. A review on recent advances in the studies of plant breeding system [J]. Acta Phytoecol Sin, 2003, 27(2): 151 − 163. [4] 褚泽龙. 玉铃花种子休眠与萌发特性研究[D]. 泰安: 山东农业大学, 2015. CHU Zelong. Study on Dormancy and Germination Characteristics of Styrax obassia Sieb. et Zucc. Seeds [D]. Tai’an: Shandong Agricultural University, 2015. [5] 宋朝枢. 浙江清凉峰自然保护区科学考察集[M]. 北京: 中国林业出版社, 1997. SONG Chaoshu. Scientific Surver of the Qingliangfeng Nature Reserve [M]. Beijing: China Forestry Publishing House, 1997. [6] 张金菊, 叶其刚, 姚小洪, 等. 片断化生境中濒危植物黄梅秤锤树的开花生物学、繁育系统与生殖成功的因素[J]. 植物生态学报, 2008, 32(4): 743 − 750. ZHANG Jinju, YE Qigang, YAO Xiaohong, et al. Preliminary studies on the floral biology, breeding system and reproductive success of Sinojackia huangmeiensis, an endangered plant in a fragmented habitat in Hubei Province, China [J]. J Plant Ecol, 2008, 32(4): 743 − 750. [7] 王奎玲, 刘庆超, 李俊卿, 等. 玉铃花的组织培养与快速繁殖[J]. 植物生理学通讯, 2010, 46(9): 959 − 960. WANG Kuiling, LIU Qingchao, LI Junqing, et al. Tissue culture and rapid propagation of Styrax obassia [J]. Plant Physiol J, 2010, 46(9): 959 − 960. [8] 司倩倩, 臧德奎, 刘丹, 等. 玉铃花种子休眠原因及其内源激素含量变化[J]. 北方园艺, 2017(6): 91 − 95. SI Qianqian, ZANG Dekui, LIU Dan, et al. Causes of dormancy and change of endogenous hormone content in Styrax obassia seed [J]. Northern Hortic, 2017(6): 91 − 95. [9] 邢世岩, 董雷雷, 胡爱华, 等. 玉玲花种苗特性研究[J]. 种子, 2008, 27(3): 60 − 62. XING Shiyan, DONG Leilei, HU Aihua, et al. Study on seeds and seedlings characteristics of Styrax obassia Sieb. et Zucc. [J]. Seed, 2008, 27(3): 60 − 62. [10] 王萱. 玉铃花遗传多样性的AFLP分析[D]. 泰安: 山东农业大学, 2016. WANG Xuan. Genetic Diversity of Styrax obassia Sieb. et Zucc based on AFLP Markers [D]. Tai’an: Shandong Agricultural University, 2016. [11] 赵倩倩, 张艳红, 李刚. 玉玲花虫瘿中单宁含量初探[J]. 辽东学院学报(自然科学版), 2018, 25(1): 36 − 42. ZHAO Qianqian, ZHANG Yanhong, LI Gang. Tannin content of insect galls in Styrax obassia [J]. J Eastern Liaoning Univ Nat Sci Ed, 2018, 25(1): 36 − 42. [12] DAFNI A. Pollination Ecology: Apractical Approach [M]. Oxford: Oxford University Press, 1992. [13] 刘林德, 张洪军, 祝宁, 等. 刺五加花粉活力和柱头可授性的研究[J]. 植物研究, 2001, 21(3): 376 − 380. LIU Linde, ZHANG Hongjun, ZHU Ning, et al. Pollen viability and stigma receptivity of Eleutherococcus senticosus (Araliaceae) [J]. Bull Bot Res, 2001, 21(3): 376 − 380. [14] CRUDEN R W. Pollen ovule ratios: a conservative indicator of breeding systems in flowering plants [J]. Evolution, 1977, 31: 32 − 46. [15] PEAKALL R. The unique pollination of Leporella fimbriata (Orchidaceae): pollination by pseudocopulating male ants (Myrmecia urens, Formicidae) [J]. Plant Syst Evol, 1989, 167: 137 − 148. [16] 阮成江, 姜国斌. 雌雄异位和花部行为适应意义的研究进展[J]. 植物生态学报, 2006, 30(2): 210 − 220. RUAN Chengjiang, JIANG Guobin. Adaptive significance of herkogamy and floral behaviour [J]. J Plant Ecol, 2006, 30(2): 210 − 220. [17] 虞钦岚, 刘守赞, 徐韧析谋, 等. 珍稀濒危植物江南牡丹草种群结构和繁育系统研究[J]. 园艺学报, 2021, 48(3): 539 − 552. YU Qinlan, LIU Shouzan, XU Renximou, et al. Population structure and breeding systems of rare and endangered Gymnospermium kiangnanense (Berberidaceae) [J]. Acta Hortic Sin, 2021, 48(3): 539 − 552. [18] 任明迅, 姜新华, 张大勇. 植物繁殖生态学的若干重要问题[J]. 生物多样性, 2012, 20(3): 241 − 249. REN Mingxun, JIANG Xinhua, ZHANG Dayong. Some important questions in plant reproductive ecology [J]. Biodiversity Sci, 2012, 20(3): 241 − 249. [19] ZHAO Yanhui, REN Zongxin, LÁZARO A, et al . Floral traits influence pollen vectors’ choices in higher elevation communities in the Himalaya-Hengduan Mountains [J/OL]. BMC Ecol, 2016, 16: 26[2021-06-25]. doi:10.1186/s12898-016-0080-1. [20] 王淳秋, 罗毅波, 台永东, 等. 蚂蚁在高山鸟巢兰中的传粉作用[J]. 植物分类学报, 2008, 46(6): 836 − 846. WANG Chunqiu, LUO Yibo, TAI Yongdong, et al. Ants pollinate Neottia listeroides (Orchidaceae) in Sichuan, China [J]. J Syst Evol, 2008, 46(6): 836 − 846. [21] RATHCKE B J. Floral longevity and reproductive assurance: seasonal patterns and an experiment test with Kalmia latifolia (Ericaceae) [J]. Am J Bot, 2003, 90(9): 1328 − 1332. [22] 杨楠, 聂江力, 石福臣, 等. 天津地区野生山樱桃花部结构及生殖特征研究[J]. 种子, 2021, 40(1): 40 − 45. YANG Nan, NIE Jiangli, SHI Fuchen, et al. Study on floral structure and reproductive characteristics of wild Cerasus serrulate in Tianjin Region [J]. Seed, 2021, 40(1): 40 − 45. [23] 孙忆, 李玺, 丁苏芹, 等. 小苍兰开花特性与繁育系统研究[J]. 园艺学报, 2018, 45(2): 299 − 308. SUN Yi, LI Xi, DING Suqin, et al. Studies on flowering characteristics and breeding system of Freesia hybrida [J]. Acta Hortic Sin, 2018, 45(2): 299 − 308. [24] 孙维红, 袁雪艳, 吴玲娇, 等. 圆齿野鸦椿开花动态特征与繁育系统[J]. 植物生理学报, 2017, 53(12): 2215 − 2221. SUN Weihong, YUAN Xueyan, WU Lingjiao, et al. Flowering dynamics and breeding system of Euscaphis konishii Hayata [J]. Plant Physiol J, 2017, 53(12): 2215 − 2221. [25] 姚小洪. 秤锤树属与长果安息香属植物的保育遗传学研究[D]. 北京: 中国科学院, 2006. YAO Xiaohong. Studies on Conservation Genetics of Sinojackia Hu and Changiostyrax C. T. Chen [D]. Beijing: Chinese Academy of Sciences, 2006. 期刊类型引用(4)
1. 张景朋,蒋明亮,张斌. 嘧菌酯高效液相色谱分析方法及防腐材抗流失性能研究. 浙江农林大学学报. 2025(01): 185-192 . 本站查看
2. 刘于莜,王小燕,云虹. 生物基防腐技术的研究进展及其在木包装中的应用展望. 包装工程. 2023(03): 8-15 . 百度学术
3. 马星霞,乔云飞,黎冬青,王艳华. 古建筑木构件生物危害预防性保护体系框架构建. 木材科学与技术. 2023(01): 83-90 . 百度学术
4. 陈利芳,王剑菁,马红霞,谢桂军,高婕. 防腐树脂增强改性木材力学及耐久性能研究. 安徽农业大学学报. 2023(03): 389-395 . 百度学术
其他类型引用(0)
-
-
链接本文:
https://zlxb.zafu.edu.cn/article/doi/10.11833/j.issn.2095-0756.20210455