火柴头繁殖策略的多样性及其机理的初步研究

火柴头繁殖策略的多样性及其机理的初步研究 植物学专题讨论之二姓名: 何井瑞导师: 金银根教授 2005 年 11 月

前言 火柴头（Commelina benghalensis L.），亦称饭苞草（竹叶菜），为单子叶植物纲、鸭跖草科、鸭跖草属，一年生草本植物，是绝大数国家和地区的重要杂草之一。在我国，火柴头是茄果类蔬菜、果园、大豆、玉米、棉花等作物田埂地头或山坡草地等干湿地常见的杂草。火柴头通过营养繁殖、地下生殖和有性生殖三种方式繁衍传播。

火柴头的特殊性： 火柴头是一种特殊的植物1、生殖方式的特殊性它一定部位的花芽可以向地下生长2、生长期的特殊性在一年中的4月到10月都能发芽3、繁殖方式的特殊性：营养繁殖、地下生殖、有性生殖

花芽向地性生长 5叶期以上的植株或主茎，其基部几个节上的侧芽（花芽）突破叶鞘向地生长，形成生殖枝，如土壤疏松，这些生殖枝能在较短的时间内钻入土中，并开花结实。

研究火柴头的意义 理论意义： 1、将挑战传统的植物向性生长理论，打破植物向性生长原有的激素平衡理论，很可能发现调控植物向性生长的新物质。 2、丰富和发展植物结构生物学、植物生理学、植物生殖生物学理论。实践意义：对防除该杂草具有一定的理论指导意义，为合理开发应用该植物提供理论指导。

材料与方法 1.1材料准备 2004年10－11月份收集扬州大学实验农场田间火柴头地上、地下果实，带回实验室风干、取种分类。选择外形、色泽基本一致，籽粒饱满的地上和地下大粒、小粒种子。

1.2植株形态的观察 2005年4月播种，观察记录其发芽、出苗状况，观察植株形态，选择不同的生殖枝，Leica数码相机拍照。 1.3 花及花序解剖观察取实验田中不同类型的花序解剖，观察、记录其花序、花的结构、传粉方式，Leica体视解剖镜拍照。

1.4胚珠发育的初步研究 取地上花、地表、地下花的子房，解剖、观察其胚珠发育. Leica体视显微镜拍照。 1.5遮光处理对花芽向地性生长的影响将四种不同类型的种子分别播于黑色小型塑料钵中，共计4组，每组2盆、每盆2粒，重复三次，保持土壤湿润，常规管理，观察记录其发芽、出苗状况。三叶期时，用双层市售黑色塑料薄膜包裹植株基部进行遮光处理，一个月后揭膜观察，并继续遮光处理。

1.6 激素处理对芽向地性生长的影响 材料准备、处理时苗龄同1.4。激素处理：溶液的配备，分别称取生长素（IAA）和赤霉素（GA）27.3 、18.6mg，溶解制成1000ml 的母液，用母液进行逐级稀，得到27.3、18.6µg/ml，2.73，1.86µg/ml，0.273、0.186µg/ml，0.0273、0.0186µg/ml，0.00273、0.00186µg/ml溶液，将植株浸泡于相应的激素处理溶液中1 min.，每周观察、记录芽的向性生长情况。

结果 2.1 种子类型的多样性实验观察表明：以前关于火柴头有四种类型的种子的认识是不全面的，地上、地下均能产生另外一种类型的种子，这种种子外形、表面特征类似于以前报道的地上大种子，但比大种子小，比小种子大，不具有横断面。另外，通过萌发实验表明，该种子的萌发速率、萌发率都显著的低于大种子和小种子。

2.2 火柴头的发芽、出苗及植株形态的观察 种子吸水膨胀，胚根先突破种皮进入土壤，胚芽在子叶基部一侧生长，子叶一枚继后出现，子叶淡绿色。

火柴头植株的形态特征 • 叶片卵圆形，叶柄短小叶柄短小,叶鞘明显、闭合抱茎，茎圆柱状 • 火柴头有三种类型的生殖枝

2.3火柴头的生殖分配策略 实验研究表明：火柴头可产生三种类型生殖枝（花序），四种类型的花和六种类型的种子，即地上大粒种、地上小粒种、地上中粒种和地下大粒种、地下小粒种、地下中粒种，它们分别具有各自的形态、大小和休眠萌发特性。三种“生殖枝”是：负向地性花序、向地性花序、贴地性花序。生殖器官生物量占整个生物量的5～21%（平均15%），其中负向地性花序占9～11%,向地性花序占2.5～6%,贴地性花序占1～2%。四种类型的花包括:地上部三种花和地下部一种花。

火柴头的地上花分为雄花和雌花两种，花萼三枚，无色透明，花瓣三枚，两型，两枚较大蓝色，一枚较小，浅蓝色，近透明。雄蕊6枚，三型，三枚小的，鸡爪状，不育，花丝较短，两枚花药白色。一枚花药黄色。雌花子房上位。火柴头的地上花分为雄花和雌花两种，花萼三枚，无色透明，花瓣三枚，两型，两枚较大蓝色，一枚较小，浅蓝色，近透明。雄蕊6枚，三型，三枚小的，鸡爪状，不育，花丝较短，两枚花药白色。一枚花药黄色。雌花子房上位。 2.4 火柴头花序及花的解剖观察

火柴头的地表花苞内只有一枚两性花，花部同地上两性花相同火柴头的地表花苞内只有一枚两性花，花部同地上两性花相同火柴头的地表花及地下花火柴头的地下花苞内只有一枚两性花，两枚大花瓣的颜色比地上、地表的两枚花瓣的颜色浅，呈浅蓝紫色。

火柴头子房三室，正常发育的子房形成五粒种子，实验研究发现部分胚珠不能正常发育，有的仅形成一粒大种子，尤其是本来将会形成两粒小种子的子房室，往往只会有一粒种子形成，这种种子的大小介于大种子和小种子之间，形状类似于大种子，但是休眠和萌发特性又不同于大种子和小种子，所以应该归为另外一类种子，这样如果区分地上、地下，火柴头就有六种种子。火柴头子房三室，正常发育的子房形成五粒种子，实验研究发现部分胚珠不能正常发育，有的仅形成一粒大种子，尤其是本来将会形成两粒小种子的子房室，往往只会有一粒种子形成，这种种子的大小介于大种子和小种子之间，形状类似于大种子，但是休眠和萌发特性又不同于大种子和小种子，所以应该归为另外一类种子，这样如果区分地上、地下，火柴头就有六种种子。 2.5 胚珠发育的初步研究

2.6 遮光处理对花芽向地性的影响

光对火柴头花芽向性生长的影响 2.4 a b1 b2

2.7 激素处理对花芽向地性的影响 用不同类型的激素处理对花芽的影响表现出很大差异，其中IAA对地上大种和地下小种花芽的生长有一定的抑制作用，而对地上小种和地下大种花芽的生长有促进作用；GA对地上大、小种花芽的生长有促进作用，而对地下大、小种花芽的生长则有抑制作用。植株类型地上大种地上小种地下大种地下小种激素类型 IAA GA 对照 IAA GA 对照 IAA GA 对照 IAA GA 对照平均生殖枝长（cm） 4.8 4.3 4. 5.5 2.55 4.2 3.5 3.25 3.2 4.45 3.6 4.1 花芽百分率（%） 21.5 58.8 50 32. 23.53 12 31.58 11.7 25 17.5 5.88 22.5

讨论 1 火柴头属于雄全同株植物正常的有性生殖是植株中上部的花或花序经开花、结实，发育形成地上三种类型的种子。但特殊的是它不仅能在地上开花结实，其近地面茎节上的芽能向地性生长、在地下完成生殖过程，产生的种子与地上种子特性相近.火柴头与花生不同，花生开花和受精是在地上完成，子房入土后膨大，与薄荷等植物节上侧芽向地性生长入土后形成根状茎，营营养繁殖也不同。

2 具有这样的繁殖多样性是一种长期适应的结果火柴头是一年生植物，相对于其他多年生植物来说，生活周期是短暂的，而繁殖方式的多样性，并且具有结实率高的特性，使它可以在相对短暂的有利的气候条件下能迅速建立其起自身潜在的居群——种子库。此外，不同的种子具有不同的休眠和萌发特性，从而避免了在逆境条件下群体灭亡的可能性。总之，火柴头的繁殖方式的多样性适应了其作为杂草所具有适应广、繁殖力强的特性，这些增加了该种植物对环境的适应性，这可能是火柴头种族延续并发展成为灾害性杂草的重要原因。

3 光是火柴头向地性生长的诱导因子 而植物体含有各种色素，它们可吸收不同波长的光，而不同波长的光对植物生长的作用又各不相同。一般来说，蓝、紫光能够促进植物生长和嫩芽的形成，并决定植物的向光性，但火柴头的这种向性生长是不是由蓝、紫光引起的，以及其过程如何，尚需进一步实验研究证实。

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火柴头繁殖策略的多样性 及 其机理的初步研究