Flowering dynamics and breeding system of Styrax obassia

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)。

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。

Figure 1.  Flowering dynamics of Styrax obassia

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。

Figure 2.  Dynamics of stigma acceptability for S. obassia flowers during development

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。

Figure 3.  Visiting behavior of insects

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。