蓁山两种同花期植物的开花动态和昆虫的访花动态

　　传份生态学主要以植物的传粉事件为中心，研究与之相关的生物学特性和生态因子之间的作用规律[1].目前，该研究已从最初的单纯观察和描述逐渐过渡为研究植物和传份媒介的协同进化、物种的形成和植物构件的适应意义等内容[2].自20世纪70年代，传份生态学逐渐进入到实验研究的阶段，而我国的传份生态学研究大致从20世纪80年代开始，标志性的事件是钦俊德（1987）《昆虫与植物的关系》一书的出版。国内的专家学者做了很多有意义的工作，涉及的植物种类也很多，包括单性木兰[3]、翅果油树[4]、益智[5]、柽柳[6]、刺五加[7]等植物，研究的内容包括植物的开花特性以及昆虫的访花行为等，促进了传粉生物学的发展。探讨植物的开花特性、昆虫的访花行为以及影响访花行为的因素对于优化植物种质资源，促进农业、林业生产有着重要的意义。

　　烟台蓁山地区7~8月间开花植物较少，处于盛花期的木槿（Hibiscussyriacus）和冬青卫矛（Eu-onymusjaponicus）是当地两种重要的常见观赏植物。木槿为落叶灌木或小乔木，是意大利科学家Amici发现植物受精过程的经典植物[8],在国内中部各省大量栽培。供园林观赏用，或作绿篱材料；茎皮富含纤维，供造纸原料；入药治疗皮肤癣疮，具有良好的食用价值、药用价值和观赏价值[9-10].冬青卫矛为常绿灌木，其叶片上面有小室，小室边缘凸起，突起之间可以吸附颗粒物，叶片下面有绒毛可以增加滞留颗粒污染物的能力，在我国尤其是北方地区广泛栽种，具有显着的生态经济意义[11-12].

　　近些年，对这两种植物的研究较多，但主要集中于活性成分、绿化栽培应用以及分类鉴定等方面[13],相关传粉生物学内容也都仅限于分析花蜜的成分以及营养价值[14].昆虫的访花行为受到的影响主要来自于花的形状、大小、花色和花香，花朵（花序）的排列方式和密度也是重要的因素[15-18].本文主要集中研究了这两种同花期植物的开花动态和昆虫的访花动态，调查了其有效传粉者和影响访花动态的影响因素，为该地区其他物种传粉系统的研究打下基础，也可以为本地区的绿化、农业生产和环境保护提供合理化建议。

　　1材料与方法
　　
　　1.1研究地点概况

　　研究地点为中国烟台的蓁山地区，位于鲁东大学西侧，属山东半岛北部黄海沿岸丘陵，地理坐标为N37°30'~37°32',E121°19'~121°21',海拔高度在230~327m之间。地属温带季风气候，年均降水量740.3mm,年均气温12℃。土壤为棕壤，成土母质为花岗岩，土层在海拔200m以下较厚，但含砾石量较大，200m以上有基岩出露。山体沿多向延伸，与土壤结合，形成多种小生境[19-20].

　　1.2研究材料

　　研究材料为烟台蓁山地区种植的两种同花期植物，分别为木槿和冬青卫矛，生长期均为3~5年，在本地区分布较广、生长良好，植株能正常发育并开花结实。木槿，落叶灌木或小乔木，高3~4m,小枝密被黄色星状绒毛。叶菱形至三角状卵形，具深浅不同的3裂或不裂，下面沿叶脉微被毛或近无毛。花单生于枝端叶腋间，钟形，淡紫色，花瓣倒卵形，雄蕊柱长约3cm.花期7~10月[21].

　　冬青卫矛为灌木，高可达3m,小枝四棱，具细微皱突。叶革质，有光泽，倒卵形或椭圆形。聚伞花序，花白绿色，花瓣近卵圆形，雄蕊花药长圆状，花丝长2~4mm,子房每室2胚珠，着生中轴顶部。花期6~7月，果熟期9~10月[22].

　　1.3研究方法

　　1.3.1开花动态研究

　　采用定位观测的方法，在蓁山地区分别选择相隔一定距离的5株标记植物全天候观察花朵开放动态过程，记录开花的数目、形状、颜色以及开放时间、时长和散粉时间等参数。随机采集两种植物盛花期的花朵20朵测量各个花部器官，使用扫描电镜观察两种植物花粉的形态特征。

　　1.3.2花粉活力研究收集盛花期花药带回实验室，用TTC法检测花粉活力[23-24].具体方法为：25℃条件下，分别在0.1%,5%,10%,15%的蔗糖溶液中做花粉萌发对比实验，确定体外花粉萌发的适宜条件（10%）。然后在此条件下做花粉萌发实验，测定花粉在72h内的活力，并进行比较。

　　1.3.3访花动态研究

　　在盛花期连续4日观察访花者种类及访花频率，用捕虫网和毒瓶采集访花者制成标本进行鉴定分类。详细记录访花者的访花行为和访花时间，同时记录各时段温度、湿度及天气变化。使用体视显微镜观察访问频率较高的访花者，记录花粉携带情况，判断其是否为主要传粉者。

　　1.3.4访花频率研究

　　2014年7月~8月定点观测，选择了位置安静、人流量小、远离噪音、污水、大风等生长区域的植株，在盛花期标记3~5个典型代表性花序记录主要访花者的访花状况，取平均值作为访花频率的统计结果，观测时间从早上8时到晚上20时。根据观察结果绘制访花频率曲线，寻找其中的规律和影响因素，并比较两种植物访花频率的差异。

　　在蓁山地区一处山坳分别选定三处5m×5m的样地，分别标记后进行访花频率统计，分组前提是仅仅组间植株（簇）数有差异，而每株（簇）花序数量差异不大。选定一天（2014年8月3日）定点观察访花昆虫的访花频率，将观察结果进行线性回归，并用SPSS19.0软件分析。

　　2研究结果2.1开花生物学特性

　　2.1.1花部综合征

　　木槿花期较长，但单朵花的开花历时短暂，花苞显色后，第1天盛开，第2天开始变色萎蔫，第3天干枯。在整个开花季节，花苞在新生枝条不断形成，不断有鲜花盛开，木槿雄蕊瓣化，花蕾充实饱满。开花当天的8时花瓣开始分裂，花药开始散粉，访花昆虫开始出现。至12时花朵完全盛开，花药散粉完毕，花冠鲜艳，访花昆虫大量出现。14时，花冠依然完全张开，但访花昆虫有所减少，可能是由于温度较高的原因。16时，少数花冠出现萎缩现象，至18时多数花冠开始萎缩，访花昆虫几乎少见。

　　冬青卫矛聚伞花序腋生，花冠四片，雄蕊四枚，着生于花盘边缘处。雌蕊一枚，中轴胎座，子房上位，与花盘联合着生。单花期约为5~7天，开花第一天时花丝较短，微有卷曲，花瓣微裂，有少量访花昆虫。第二天进入盛花期，花瓣完全打开，花丝伸长，开始充分散粉，访花昆虫大量出现。进入第三天后，花瓣开始卷曲，颜色变暗，花丝变软最终倒掉，直至第6~7天形成果实。

　　2.1.2花部各器官测量

　　分别测量两种植物花部的相关指标，花冠直径、花瓣长度、花丝长度等指标品种间差异显着，具体结果见表1.

　　【1】

　　2.1.3花粉形态学比较

　　木槿花粉呈球形或近圆球形，直径为100~200μm,表面覆有不等长的刺状或近刺状突起；刺长约4~30μm,在基部扩大。冬青卫矛花粉呈长球形、椭圆形或扁球形，极面观3裂圆形（15~40）×（15~40）μm,3孔沟，沟较宽，内孔横长而较窄，常不明显，表面密布不规则斑纹。扫描电镜照片见图1.

　　2.1.4花粉活力比较
　　
　　如表2所示，在观察的72h内，木槿的花粉活力变化较大，在离枝后花粉活力下降很快，72h后下降到0时的一半左右；冬青卫矛的花粉活力较好，在72h后仍保持较高的水平。

　　【2】

　　2.2访花动态结果

　　2.2.1访花昆虫种类及访花行为

　　两种花的访花昆虫种类较多，总计超过30余种，访花行为差别较大。晴天时6∶00就有访花昆虫出现，随着气温上升，访花昆虫逐渐增多。木槿的访花昆虫有意大利蜜蜂、黄胸木蜂等蜂类以及东方菜粉蝶、豆粉蝶等几种蝶类和蚂蚁等，其中最常见的是意大利蜜蜂，为木槿的主要访花昆虫。冬青卫矛的主要访花昆虫是异丽金龟和家蝇，盛花期也发现了意大利蜜蜂、食蚜蝇和蚂蚁等。观察到的主要访花昆虫列于表3.

　　【3】

　　如图2所示，意大利蜜蜂访问木槿花时从花正面落于花上，钻入花筒、合抱雄蕊组成的花柱，吸食花蜜，前、中足将花粉收集到后足的“花粉篮”上，花粉会沾附在它们的胸腹部，顺便完成传粉。由于木槿花朵较大、花色鲜艳、花药也较集中，因此意大利蜂单花访花时间较长，可维持1~3min.东方菜粉蝶访花时通常会附着于柱头上，探身与花筒内吸食花蜜，但是单花访问时间较短、频率较快。

　　冬青卫矛花朵较大的开合度使访花者较易获1提供能量来源。访花者一般直接趴伏在花盘上吸食花蜜，单花访问时间也比较长，在3天的观察中异丽金龟单花访问时间为18.3±3.6min.

　　2.2.2访花频率

　　如图3所示，木槿的观察记录持续3天，每日11时左右，温度上升到30℃以上，至15点左右达到一天的最高温33~36℃，然后逐渐缓慢降低至18时的24℃左右。

　　通过比较发现，从8∶00开始木槿花上有访花昆虫出现，逐渐增加，直至中午12时左右开始减少，至15时又开始缓慢增加，然后逐渐减少。访花者访花频率在一天内出现了两个高峰，分别是在11时和16时，结合温度变化发现，该趋势很温度呈正相关，说明该类访花昆虫对温度是敏感的。冬青卫矛的访花昆虫一天之内访花者的访花频率明显较低，变化也较少，但单花访问时间件较长，可能与该类访花者喜欢占据花盘有关。值得注意的是，7月29日10时突然下雨，在11时雨停后，访花昆虫大量出现，至12时达到高峰，初步分析与气温适宜和昆虫饥饿等因素有关[16].

　　2.2.3花（序）密度和访花行为的关系

　　实验过程中发现，木槿和冬青卫矛两种植物访花频率差异较大，由于观察过程中天气状况基本一致，初步判定花色、花香对访花频率影响较大。统计10m×10m的样地内植株数绘制直方图，与随机一天内的访花昆虫数量进行比较，进而做出初步的判断。

　　如图4所示，样地内冬青卫矛的植株数量比木槿多很多，但是其访花昆虫数量并没有随之增加，反而有降低的趋势，这跟预想中的结果并不一致，花部特征与花色等因素可能是影响二者访花频率不同的主要因素[18].蓁山地区的冬青卫矛为人工栽培品种的绿化树种，频繁的人工修剪破坏了大部分花序，盛花期的花序在样方地内仅错落出现。综合考虑植物品种的差异以及人为干扰因素，发现木槿访花者的访花频率跟样地内植株的花序数量呈正相关（P=0.174），冬青卫矛访花者的访花频率跟样地内植株的花序数量呈显着正相关（P=0.048），对其他植物物种的一些研究也得出了类似的结论[25].

　　3讨论

　　影响昆虫访花频率的因素很多，其中花的颜色、花的形状和花的大小以及香气等花部综合征最为重要，花粉释放的挥发性气味中含有丰富的萜类成分，对昆虫有强烈的约束和吸引作用。有一些花还会释放特殊的气味来吸引特定的昆虫访问，这可能也是与访花昆虫相互适应的进化结果。

　　访花的昆虫也会考量访花的成本，也就是能量预算，距离、花蜜成分和花序的密度都是需要考虑的因素。另外，植物所处生境的不同也会影响昆虫的访花行为，环境的污染也日益成为重要的影响因素[26-30].

　　3.1花部特征与访花行为的关系

　　木槿的花部较大，花色鲜艳，花药也较为集中，访花昆虫获得花酬物的成本较低，访花频率虽然不高但访花时间维持较长。除了受到温度、风力等自然因素影响外，访花频率随花朵的开放过程而不断变化。冬青卫矛花朵较小，但花盘开合度较大，访花昆虫不用过于费力钻入花筒，更易获得花酬物，访花频率受自然因素的影响较为明显。

　　3.2花（序）密度影响访花行为

　　在观测范围内，同种植物的花序密度会直接影响到昆虫的访花行为，通常来说密度越大访花频率越高。分析可能有以下三个原因：访花者在获取花酬物时可能会考虑能量的付出，花序密度大可以使访花者容易做到“少付出高回报”;有些访花昆虫与植物有高度专一性，通常会围绕一个花序访问所有的花朵[31];蜂类的群居行为也使得受欢迎的花朵越来越受欢迎[32].

　　3.3访花昆虫成为环境监测标志物
　　
　　合适的栖息地对于访花昆虫来说是极其重要的，好的生境不仅对植株有利，也可以为整个生态系统提供好的生态服务[33].环境因子如光照、温度、湿度以及周围的同花期植物都会影响昆虫的访花行为，但不可忽略的是环境污染加重造成的影响[34].以本研究中的木槿为例，靠近蓁山新建垃圾填埋场附近的昆虫访花频率比孺子湖边的昆虫访花频率低很多。伴随城市化的发展，环境污染愈发严重，而昆虫多样性是环境污染研究的直接标志物，应用访花昆虫开展环境评价更有针对性，随着环境污染程度的加重，访花昆虫的种类和数量日趋减少。国外已有学者通过实验研究了重金属（铝、镍）会影响熊蜂的访花行为，熊蜂作为环境污染的良好指示物也已经在景观生态学中得到应用，在环境监测中访花者的种类、行为和多样性均可作为生物标志物使用[35-37].

　　4结语

　　花是植物中最能诠释进化生物学的代表性器官，不仅需要适应资源环境等因素，还与访花生物互相影响、协同进化。本文采用野外定位观测结合室内试验的方法研究了蓁山地区两种植物的开花生物学特征，并就影响访花昆虫访花频率的因素展开了探讨分析。影响访花频率的因素除视觉（花色）和味觉（花香）之外，研究发现单位样地内的花序数量也是重要的影响因素。今后需要采用更新的技术手段综合研究影响植物访花频率的因素，这将有助于明确植物与传粉生物间协同进化的机理，对于迁地保护、生态恢复以及环境监测都有一定的借鉴意义。

　　参考文献：
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