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兰州百合(Lilium davidii var.unicolor Salish,2n=2x=24)是百合科(Liliaceae)百合属(Lilium L.)川百合(Lilium davidii Duchartr)的变种,为多年生鳞茎类草本植物,适应性强,具有庭院观赏、食用及药用价值。本研究以兰州百合为试材,对其开花物候、花部形态特征、大孢子和小孢子减数分裂及雌配子和雄配子体形成过程、繁育系统、花粉生活力及柱头可授性、访花昆虫等方面进行了系统的观察研究,采用荧光显微技术和石蜡切片技术研究其花粉管生长情况和胚胎发育进程,揭示了兰州百合繁殖生物学特性。主要研究结果如下:兰州百合群体开花期持续为8 d,单花花期持续5 d,营养生长期持续69 d,生殖生长期持续77 d,年生长周期持续106 d,兰州百合萌动期为4月20日,8月4日地上部分开始干枯,结束年生长周期。兰州百合在沈阳地区开花从凌晨2点开始,外花被向上翘起,4点时内外花被上卷至水平高度,开花当天上午9点,内外花被片向上翻卷至最大,花药散出花粉呈鲜红色。花部形态特征表明,兰州百合雌雄异位,花部特征形态指标,基本呈先增大后减小的趋势。通过杂交指数(OCI)和花粉-胚珠比(P/O)两个指标对兰州百合繁育系统进行评价,结果为:杂交指数为4,根据Danfi划分标准,繁育系统为异交型,部分自交亲和,需要传粉媒介;花粉-胚珠比平P/O值为(6896.29±456.68),介于2108.0和195525.0之间,根据Curden划分标准,繁育系统为专性异交型繁育系统。试验对兰州百合访花昆虫进行观察,昆虫种类主要有斑眼食蚜蝇(Eristalis arvorum)、长尾管蚜蝇(Eristalis tenax)、东方蜜蜂(Apis cerana Fabricius)等。通过田间观察发现,访花者只在花药与花被片间来回爬动,未能将花粉传授到柱头上;通过荧光观察发现存在风媒授粉,但由于花粉没有活力,使得兰州百合柱头上无法接受到有效花粉。在自然条件下,2种传粉媒介均为使对兰州百合授粉结实。兰州百合小孢子减数分裂是一种正常的连续分裂方式,花药由4个花粉囊组成,中部为药隔维管束,成熟花粉呈椭圆形,成熟花药每个囊室布满花粉粒。兰州百合大孢子减数分裂形成4个大孢子核,4个大孢子核经过3次有丝分裂形成1个卵细胞、1个中央细胞(具有2个极核)、3个反足细胞和2个助细胞,胚囊发育类型属贝母型胚囊,成熟雌蕊子房下位,中轴胎座,由3心皮形成子房3室,倒生胚珠。在花粉生活力和柱头可授性方面,兰州百合的花粉生活力只能维持12h左右,在开花当天上午8点活力最大,为80%左右,随着开花进程,花粉生活力开始下降,对兰州百合授粉,时间宜在花粉生活力高时间段内进行;兰州百合柱头在开花前就具有可授性,可授性维持6d左右,其中在开花0d和1d内,柱头可授性最高。利用荧光显微观察法对自然条件下生长的兰州百合和常规自交授粉后的兰州百合均对花粉萌发与花粉管生长情况进行观察,结果表明在自然条件下生长的兰州百合,柱头上可观察到花粉粒的存在,但花粉生活力极低,出现未萌发出花粉管或花粉管萌发未能穿过柱头向下生长的现象;自交授粉后的兰州百合多数表现出正常生长的现象,少数出现花粉管回折生长、胼胝质堆积等异常现象。利用石蜡切片法对自然开花10 d、15 d和20 d的子房和兰州百合自交授粉5 d、10 d、15 d、20 d、25 d的子房或膨大蒴果进行了胚胎学观察,结果表明,兰州百合自然开花5d后,子房整体形态缩小,10 d后胚囊开始解体,20 d后,子房内所有细胞组织连成一片,即将枯萎凋落;兰州百合自交授粉96 h后,花粉管可以到达胚珠,随后花粉管进入胚囊完成受精,在授粉5 d后可观察到受精极核的形成,完成双受精作用。在授粉10 d后,两次有丝分裂结束,四细胞原胚结构形成。在授粉15 d后,四细胞原胚分裂形成梨型胚,随后发育成鱼雷型胚、盾型胚、成熟胚。兰州百合授粉试验结果表明,兰州百合部分自交亲和,自交不亲和的影响因素包括花粉生活力、授粉时间、柱头表面抑制物和花粉管能否在花柱中生长等;兰州百合异交结实,近交较亲和,远交不亲和。