两型豆(Amphicarpaea edgeworthii Benth.)和野大豆(Glycine soja Sieb.et Zucc.)的生物学特性比较研究
两型豆(Amphicarpaea edgeworthii Benth.)为豆科，蝶形花亚科，两型豆属植物，其最显著的特征是同一植株上产生三种类型的花，分别于地上和地下发育成熟为形态各异的果实，是典型的地上/下两型结实类型。而野大豆(Glycine sojaSieb.et Zucc.)隶属于豆科，蝶形花亚科，大豆属，只可见地上的蝶形花及由此发育成熟的荚果，属于常见的地上结实植物。本论文将两型豆和野大豆这两种不同结实类型植物的种子生物学、光合特性和物质及其热焓值的动态变化、营养器官的解剖结构以及繁殖生物学等生物学特性进行了比较研究，以揭示两型豆这种地上/下两型结实类型植物所具有的地上/下不同的繁殖方式对生态环境的适应性。主要研究结果如下:
(1)两型豆地上/下果实和种子在形态方面存在显著差别，两型豆地上果实是长和宽分别为21.743 mm和5.965 mm的长圆形内含2-3粒种子的豆荚，而地下果实是长7.834 mm，宽6.722 mm的内含1-2粒种子的椭圆形膜质豆荚。两型豆地下种子的大小是地上种子的10倍左右。野大豆果实和种子的形态与两型豆地上果实种子相对比较接近。从吸水/失水曲线和种子萌发曲线可以看出，两型豆地上种子和野大豆种子存在种子硬实现象，在适宜的条件下萌发率较低，分别为32.22％和7.77％。地下种子则不具有硬实种皮，只要条件适宜就能大量萌发。两型豆可以借助这种地上/下种子不同的休眠特性来减少同胞之间的竞争和适应多变的环境。果皮和种皮的解剖学研究发现，种皮结构是造成两型豆地上种子和野大豆种子存在种子硬实现象的部分原因，通过各种手段改变种皮构造是解除种子硬实的关键所在。用浓硫酸和低温层积来解除种子硬实的实验结果表明，两型豆地上种子适宜用98％浓硫酸处理20 min左右，而野大豆约需45 min;两类种子经过80d4℃的层积后萌发率均有显著提高。
(2)净光合速率日变化曲线、叶绿素荧光参数、叶绿素含量、比叶重等能反映植物光合特性的指标表明野大豆较两型豆具有较强的光合能力，但是二者之间的差异是随着生长发育过程的进行而不断减小的，至结果期时二者的光合能力接近甚至是两型豆超越了野大豆。差热分析、折干率、氮素含量、有机碳含量等指标表明两型豆会优先将能量积累在地下部分，之后才逐渐传递至地上部分以供地上部分进行生长发育，而野大豆正好与之相反。在本实验中两型豆和野大豆种植于同一个花盆中，二者之间的竞争使其资源受到了一定的限制，在这种情况下，两型豆会将资源优先积累在地下繁殖体中以使地下种子优先发育，保证后代的繁衍。在后期如果环境条件允许，植株的地上部分会积累营养生产质量较高的种子。
(3)两型豆和野大豆营养器官的结构学研究指出野大豆具有发达的输导组织用来适应干旱环境，两型豆却是通过根和茎中发达的储存物质的组织来保证植株在干旱环境中的生存。另外，野大豆的叶片栅栏组织和叶脉组织发达，具有相对较高的耐强光照射的能力，而两型豆叶片薄，栅栏组织相对不发达，表皮细胞中具有少量叶绿体，是比较耐阴的物种。二者用不同的结构特征来适应不利的环境，并且两型豆地下茎的结构还可以在不利环境中保证地下繁殖体的存在，使后代得到延续。
(4)两型豆地上开放花和野大豆开放花均为典型的蝶形花，花瓣颜色鲜艳，能够分泌花蜜;P/O值分别为2584.29±314.39和2234.05±634.52;异花授粉结实率分别为61.11％和4.17％，这些均说明二者具有异花授粉的潜力。但是，两型豆地上开放花和野大豆开放花在花药散粉期间柱头和花药紧密接触;花药开裂花粉具有萌发活力和柱头具有可授性之间在时间上有一定的重叠;对照组和自花授粉组相近的结实率，这些又说明在自然生境中二者以自交受精为主。两型豆地下闭锁花的P/O值为143.44±53.24，属于兼性自花授粉，这使得两型豆成为高度自交的类群。两型豆和野大豆这种具有异花授粉能力但是却以自花授粉为主要交配策略的现象可以在传粉者缺乏导致花粉限制时保障胚珠的受精。
两型豆;野大豆;种子萌发;光合特性;结构学;繁殖生物学
浙江师范大学
硕士
植物学
吕洪飞
2012
中文
Q949.751.9;Q945.65
95
2012-11-30（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）