琼北火山岩地区兰科植物多样性及美花石斛传粉生物学研究

论文摘要

兰科植物是世界上有花植物中的四大科之一,它们的花部构造高度特化,在植物界的系统演化上是属于最进化、最高级的类群,这是与传粉昆虫协同进化的结果。兰科植物的生长和繁衍需要特定的环境条件,对环境条件的要求较其它科的植物更为苛刻。而距离海口市区仅十几公里的琼北火山岩地区兰科植物正面临着人类生活、经济活动等的影响而逐渐减少,甚至海口市政府即将搬迁至该地区致其生境面临进一步大规模破坏和丧失,兰科植物的生存岌岌可危。因此,全面摸清琼北火山岩地区野生兰科植物资源状况,揭示其致濒机制,提出种质资源保护方法已成为当务之急。本研究主要采用野外实验生态学、保护生物学的方法,通过收集各种文献资料以及多次野外调查,对琼北火山岩地区兰科植物的野生资源、附生宿主和伴生植物进行较为详尽的调查与分析;为深层次揭示兰科植物濒危机制,以火山岩和其它地区分布的同时具备药用和观赏价值的美花石斛(Dendrobium loddigesii)为例,对其进行野外实地传粉生物学观察研究,并对该地区的兰科植物提出了相应的保护措施与建议,结果表明:(1)琼北火山岩地区兰科植物种类有9属13种,其中4种在中国仅分布于海南岛(包括局限于琼北火山岩区分布的2种),物种丰富度低,但是特有分布种占有率高,因此具有较高的保护价值。该地区兰科植物区系成分单一,都属热带区系成分;由于农业用地的特殊性,导致兰科植物呈斑块状分布。(2)琼北火山岩地区13种兰科植物中,地生兰3种,附生兰有10种,占76.9%;各附生兰宿主表现出广泛的多样性;同种兰科植物可选择不同科、属的树种为其宿主(如叉子股等);不同的兰科植物也可附生于相同的树种或同一棵树甚至相同的位置(如鞭叶隔踞兰与叉子股等);同属兰科植物倾向选择相同宿主(如白点兰属);并且果树如龙眼、荔枝、番石榴等与玄武岩成为兰科植物很重要的宿主,这种兰科植物对宿主的可塑性和倾向性为人工开发栽培基质提供了参考依据。(3)琼北火山岩地区开垦果园、果树品种的更替、人为砍伐、开发建设、开采火山石等人类生活、经济活动及外来物种入侵等导致生境的丧失,兰科植物、宿主、伴生物种的减少。(4)在自然条件下,美花石斛自然结实率仅为0.48%,人工授粉实验成功率也比较低,可能是长期干旱导致其自然结实与人工授粉结实率都非常低,通过传粉过程的观察发现,其自然结实率低还有个关键的原因就是传粉昆虫稀少;但是自花授粉亲和得到验证。(5)蜜蜂总科中准蜂科的栉距蜂属Ctenoplecta florisomnis是美花石斛的专性传粉的昆虫;美花石斛与栉距蜂的形态对应关系是传粉昆虫与植物的协同进化的有力证据。花部构成即花的结构、颜色、气味和蜜汁产量等单朵花的所有特征对与传粉者的觅食动力学之间的关系是传粉生物学研究的一条重要纽带。从美花石斛传粉昆虫访花时的动作来看不存在性欺骗行为,但花香、花色对栉距蜂属这一单食油性传粉昆虫的觅食行为所产生的影响还有待进一步研究,继续深入野外观察和实验设计有助于揭示改种的繁育机制。总之,琼北火山岩地区人类生活、经济活动及外来物种入侵等导致兰科植物生境的丧失,兰科植物宿主、伴生物种的减少,加速了本身已经斑块化即生境破碎化的兰科植物减少。因为传粉昆虫的稀少导致美花石斛野外自然结实率极低,琼北火山岩地区没有观察到传粉昆虫,即缺乏传粉昆虫,这也是美花石斛在当地数量减少的原因之一,因此,生境的破坏以及传粉昆虫的稀少都成为制约琼北火山岩地区兰科植物生长繁殖的影响因素乃至致其濒危原因。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 前言
• 1.1 国内外火山岩研究
• 1.1.1 火山与火山岩
• 1.1.2 植物与火山岩
• 1.1.3 海南岛火山岩概况
• 1.2 我国野生兰科植物保育研究
• 1.2.1 植物分类与系统进化
• 1.2.2 植物区系地理
• 1.2.3 微观形态
• 1.2.4 栽培与繁殖
• 1.2.5 传粉生物学
• 1.3 琼北火山岩地区兰科植物研究及亟待解决的问题
• 1.4 本研究的内容、目的与意义
• 第二章 琼北火山岩地区兰科植物多样性研究
• 2.1 研究区域概括
• 2.1.1 地理位置及地形
• 2.1.2 气候条件
• 2.1.3 土壤与植被
• 2.2 研究方法
• 2.2.1 野外实地考察和植物标本采集
• 2.2.2 资料收集与整理
• 2.3 结果与分析
• 2.3.1 兰科植物物种多样性及区系组成
• 2.3.2 宿主多样性分析
• 2.3.3 伴生植物物种多样性
• 2.4 小结与讨论
• 2.4.1 兰科植物分布与区系特点
• 2.4.2 宿主的选择与附生格局
• 2.4.3 生境的丧失与兰科植物
• 第三章 美花石斛传粉生物学
• 3.1 研究区域概况
• 3.1.1 区域地理
• 3.1.2 地形与气候
• 3.1.3 生境特征
• 3.2 研究内容与方法
• 3.2.1 开花生物学
• 3.2.2 传粉生物学
• 3.3 结果与分析
• 3.3.1 花部结构
• 3.3.2 单花开放进程与子房发育
• 3.3.3 传粉观察
• 3.3.4 结实与繁育系统
• 3.4 小结与讨论
• 3.4.1 气候环境与花期、繁育系统
• 3.4.2 食物与传粉
• 3.4.3 拟态与传粉
• 3.4.4 可能的传粉机制
• 第四章 结论与建议
• 4.1 结论
• 4.2 建议
• 参考文献
• 附录：琼北火山岩地区兰科植物伴生物种名录
• 致谢