台湾独蒜兰(Pleione formosana Hayata)是兰科(Orchidaceae)独蒜兰属(Pleione)濒危植物，分布于台湾、福建西部至北部、浙江南部和江西东南部^[1]。台湾独蒜兰具有较高的观赏价值和药用价值，导致其野生资源在过去数十年来受到过度采挖，仅在台湾地区其种群数量就减少了50%以上^[2-4]。此外，在自然状态下，台湾独蒜兰存在结实率极低、种子无胚乳、整体萌发率极低等问题，并且需要极为苛刻的小环境；再加上假鳞茎无性繁殖的繁殖系数也较低，使得台湾独蒜兰居群生存受到严重威胁^{[2, 5]}。目前，有学者对台湾独蒜兰种群动态^[2]、资源^[6]、生理^[7]、栽培^[8]、组织培养^[9-10]等方面开展了研究，但缺少对台湾独蒜兰传粉生物学的相关研究。本研究通过研究台湾独蒜兰的开花状况、传粉者、繁育系统等，确定限制其种群扩散与维持的关键因素，为其种质资源保护和杂交育种提供参考。

2011年3月—2012年10月，对福建省戴云山国家级自然保护区白水漈(北纬25°41′，东经118°12′)内分布的台湾独蒜兰进行观察和研究。研究地海拔900~1 200 m，为中亚热带海洋性季风气候，四季分明，气候温凉适中，年平均气温15.6~19.6 ℃，最冷月平均气温6.5~10.5 ℃，最热月平均气温23.0~27.5 ℃。植被以南亚热带常绿阔叶林、竹林和常绿阔叶灌丛等类型为主^[6]。

标记30株蕾期植株，记录单花持续时间，观测花器官形状、大小和颜色及时空动态。开花前，每天观测1次；开花当天，每小时观测1次；之后，每天观测1次，直至其凋谢。以居群第1朵花开至最后一朵花凋谢为观测周期，每天观测、记录同一居群内的开花数量^[11]。

分别标记开花时间为1~10 d的植株各2株，每天上午10:00取下柱头与花粉块。将每株台湾独蒜兰的花粉分为3份，用2，3，5－三苯基氯化四氮唑(2, 3, 5-triphenyltetrazolium chloride，TTC)法进行花粉生活力测定(n=6)^[12]；用联苯胺-过氧化氢法检验柱头可授性^[13]。

确定一处台湾独蒜兰开花植株定位观测点，于每天上午8:30开始，用数码摄像机记录访花者的种类、行为和活动规律，并观察访花者携带花粉块的状况。同时记录天气变化、同花期其它植物对访花频率可能的影响。采集访花者制作凭证标本，鉴定其种类^[11]。

参照DAFNI^[13]的方法测定杂交指数(out-crossing index, I_oc)。依据CRUDEN^[12]的方法计算花粉-胚珠比(P/O)。

2011年3—5月，标记50株台湾独蒜兰开花植株，依参考文献[12-13]的方法，进行如下处理：自发的自花授粉(开花前套袋、不去雄)；人工自花授粉(去雄、套袋，授相同无性系的花粉)；人工异花授粉(套袋、去雄，授不同无性系的花粉)；自发的异花授粉(不套袋、去雄、自由传粉)；检测无融合生殖(套袋、去雄、不授粉)。对调查区域内的台湾独蒜兰居群其他开花植株不做任何处理，统计其自然结实率。

在野外观察到的台湾独蒜兰花的形态如图 1所示，花部数量统计特征如表 1所示(n=30)。直立花葶高8~16 cm，通常1花，偶见2花，无花蜜；花白色至浅紫色(图 1A)。唇瓣宽卵状椭圆形，先端微缺、边缘撕裂状，颜色略浅于花瓣，上面有黄褐色斑纹(图 1B、C)，长(50.5±10.3) mm，宽(24.2±4.4) mm(表 1)。唇瓣上面具有2~5条全缘或啮蚀状的不连续褶片，中央1条褶片短或无(图 1D)；萼片狭椭圆状倒披针形，长(70.3±26.5) mm，宽(11.1±2.2) mm；花瓣线状倒披针形，长(55.6±8.4) mm，宽(10.2±2.3) mm；合蕊柱长(42.2±6.1) mm，宽(9.1±1.5) mm，柱头腔与药帽间有三角形膜质分隔(图 1E)；药帽2室，每室有2个花粉块(图 1F)，具花粉块柄(图 1G)；花期为3~5个月；与中国植物志^[1]的描述一致。

	注：A.花部整体形态；B.花结构解剖；C.唇瓣；D.褶皱；E.蕊柱；F.药帽与花粉块；G.花粉块。 Note: A.whole flower; B.floral morphology; C.lip; D.ridge on lip; E.column; F.anther cap and pollinia; G.pollinia. 图 1 台湾独蒜兰的花部形态 Fig. 1 The flower morphology of P. formosana
图选项

台湾独蒜兰单花开花进程见表 2。台湾独蒜兰的花期为每年3—5月，自然状态下单花花期为25~32 d：单花的花蕾期持续8~13 d，单花的盛花期持续8~12 d；单花的衰败期持续3~8 d。在花期的观察过程中还发现：授粉成功的植株，1~2 d内蕊柱向下弯曲贴近唇瓣，花瓣萎凋加快，3~5 d花瓣脱落；但如果仅药帽脱落并不影响其衰败的进程。

戴云山国家自然保护区台湾独蒜兰居群开花动态、进程及物候观测结果表明，始花期(少于5%的植株开花)为3月初至中旬，盛花期(50%以上的个体开花)为3月下旬至4月中旬，末花期(少于5%的植株在开花)为4月下旬，群体花期45~60 d。

用TTC法检测台湾独蒜兰的花粉活力(图 2, n=6)。从图 2可以看出，台湾独蒜兰花朵初开到盛开第8天，花粉活力在70%以上；第6天和第7天花粉活力最高，在80%以上；花朵开放第9天，花瓣开始枯萎，药帽也有干枯现象，花药干枯脱落，花粉活力开始迅速减弱，第10天仅52.15%。

	图 2 台湾独蒜兰不同时期的花粉活力 Fig. 2 The pollen vitality of P. formosana in different periods
图选项

柱头可授性结果显示：花开后第2天开始具有过氧化物酶活性，柱头具有可授性，第8天后柱头过氧化物酶活性下降，可授性降低。

在2012年4月4—14日，连续11 d(8：00—17：00)对戴云山国家自然保护区内的30株台湾独蒜兰开花植株进行定点观察。发现台湾独蒜兰的访花动物(图 3)主要有果蝇(Drosophila sp.)、三条熊蜂(Bombus trifasciatus)、中华绒木蜂(Bombioxylocopa chinensis)、食蚜蝇(Syrphus sp.)、蜜蜂(Apis sp.)、蜘蛛(Araneae sp.)和蚂蚁(Formicidae sp.)等。通过观察发现三条熊蜂和中华绒木蜂背上有携带花粉块，其访问过的花朵药帽脱落、花粉块消失，部分花朵的柱头腔内有花粉块。由此推断，中华绒木蜂和三条熊蜂为台湾独蒜兰的有效传粉者。

	注：A.食蚜蝇；B、C.中华绒木蜂；D.果蝇；E.蜘蛛；F.蚂蚁。Note: A.Syrphus sp.; B and C.Bombioxylocopa chinensis; D.Drosophila sp.; E.Araneae sp.; F.Formicidae sp.. 图 3 部分访花动物 Fig. 3 Pictures of flower-visiting animals
图选项

在戴云山国家自然保护区共观察11 d，其中有7 d(第2、3、6、7、9、10、11天)为雨天。雨天访花动物活动减少，观察不到访花行为。访花动物中，蜘蛛和果蝇的晴天访花时间和频率最高，其次为中华绒木蜂和三条熊蜂(表 3)。

经调查统计，在台湾独蒜兰分布地与其花期相遇的植物有空心泡(Rubus rosaefolius)、七星莲(Viola diffusa)、满山红(Rhododendron mariesii)、杜鹃(Rhododendron simsii)、猴头杜鹃(Rhododendron simiarum)、蚂蝗七(Didymocarpus fimbrisepalus)、羽裂唇柱苣苔(Chirita pinnatifida)等；其中，满山红、猴头杜鹃、蚂蝗七、羽裂唇柱苣苔的花色都为粉红色至浅紫色，而且花瓣上也散布着黄色、红色或褐色的斑纹，与台湾独蒜兰的花色较相近。观察发现，在中华绒木蜂和三条熊蜂在对台湾独蒜兰访花的过程中，也会对同花期花色相近的植物进行访花活动。

台湾独蒜兰I_oc值为5。根据DAFNI^[13]的标准，其繁育系统为异交，部分自交亲和。台湾独蒜兰的花粉-胚珠比约211.1。依据CRUDEN^[12]的标准，其繁育系统为兼性自花传粉型。

调查发现自然条件下台湾独蒜兰结果率不到5.33%。通过不同授粉方式试验结果表明：台湾独蒜兰无自发的自花传粉现象，且自然结实率极低，需借助传粉昆虫才能完成授粉过程；而通过台湾独蒜兰人工套袋授粉试验，自花或异花授粉的结实率都达100%，说明其不存在自交不亲和或异交不亲和的现象。无融合生殖试验结实率为0，表明台湾独蒜兰不存在无融合生殖现象(表 4)。

台湾独蒜兰的唇瓣通道大小与传粉昆虫的体型大小相近(表 5)，传粉昆虫沿着唇瓣外弯的中裂片进入花朵深处，发现无蜜液回报并退出花朵时，会将药帽顶开，使得花粉块掉落并黏附在传粉昆虫的背部(图 3C)，当该传粉者再次访问同一朵花或不同花时，因柱头离通道的高度小于传粉者的高度，花粉块被置入柱头腔的可能性较大，从而完成授粉工作。授粉后的1~3 d的台湾独蒜兰柱头会下弯至贴合唇瓣，使得传粉昆虫不能进入唇瓣。

台湾独蒜兰的花期为3—5月，自然状态下单花花期为25~32 d，群体花期为45~60 d。台湾独蒜兰的自然结实率极低，繁育系统为兼性自花传粉型，无自发传粉现象，需传粉者参与才能完成授粉过程，其传粉昆虫主要有中华绒木蜂和三条熊蜂。而在实验观察的过程中发现访花昆虫的访花频率相对较低，且受天气因素影响较大，表明制约其有性生殖的关键因素之一为传粉者。

通过繁育系统研究检验物种自交、异交和传粉媒介贡献程度，以及是否存在无融合生殖，而系统发育检验的重点是自交和异交的相互演化^[14]。台湾独蒜兰单朵花的花期长为25~32 d，花粉活力和柱头可授性的持续时间也相对较长，而且自花或异花人工套袋授粉结实率都达100%，但其自然结实率却极低，说明其具有较高的被动自交和异交的能力，因此花期与传粉者活动期是否吻合、花是否对传粉者有吸引力则是制约传粉者访花的关键因素。

花的形态是影响植物与传粉者相互作用的重要因素之一，它决定传粉者获取花蜜、花粉置落在传粉者身体的效率和柱头从传粉者获得花粉的效率^[15]。台湾独蒜兰唇瓣中间不连续的褶片与基部围合的唇瓣构成一个通道，引导着传粉昆虫进入花朵的喉部，蕊柱在通道的正上方，倒三角形的柱头腔在柱头顶端，药帽与柱头被三角形膜质分隔，药帽分2室，每室各2个花粉块，花粉块很难散开，蜡质，具花粉块柄。传粉昆虫从通道进入花朵深处时，碰触到蕊柱从而顶开药帽，使得花粉块黏附在昆虫背部被带走花粉块或者对柱头进行授粉。有学者通过检测杏黄兜兰(Paphiopedilum armeniacum)的柱头与雄蕊的开花作用发现：柱头的缺失或使命已完成与否是维系花朵持续开放的关键，一旦失去柱头或授粉成功，花朵则会终止开放以便节约能量；而雄蕊的缺失或花粉被带走，则不会影响花朵的开放^[15]。本研究发现授粉后的1~3 d的台湾独蒜兰柱头会下弯至贴合唇瓣，使得传粉昆虫不能进入唇瓣；而花粉块被带走并不影响传粉者继续进出该花，至于在此过程中是否能减少花朵的能量消耗还需进一步的研究。多数兰科植物的食源性欺骗通过花色及斑块的颜色来吸引传粉者^[16]，有研究发现美花兰(Cymbidium insigne)模拟同花期的长柱睫萼杜鹃(Rhododendron ciliicalyx)花的形状和大小来吸引传粉者^[17]。本研究发现与台湾独蒜兰花色相近的同期开花植物有满山红、猴头杜鹃、羽裂唇柱苣苔、蚂蝗七等，这些植物花瓣上也散布着黄色、红色或褐色的斑纹，且满山红、猴头杜鹃为有报酬植物。在台湾独蒜兰的有效传粉者中华绒木蜂和三条熊蜂中：三条熊蜂对花朵的偏爱程度与花瓣大小、颜色和花朵的其他特征有关^[18]，野外观察中华绒木蜂对粉色至紫色的花有偏好，由此推测台湾独蒜兰是通过模仿同花期有报酬植物的花色及斑块颜色吸引传粉者访花，从而为其传粉。

在为期11 d的台湾独蒜兰居群动物访花行为及频率的观察记录中，有7 d为雨天。持续的阴雨天气，昆虫的觅食行为明显减少，抑制了传粉昆虫的访花行为，使其无法进行访花传粉。雨天不仅影响了传粉昆虫的活动行为，还对台湾独蒜兰的开花行为造成影响。由于台湾独蒜兰的花部面积较大，受到雨水的冲击时，容易导致花器官受伤，缩短了居群单花盛开状态所持续的时长；同时，大面积单花开花持续时间的缩短，也造成整个居群的花期相对变短。总而言之，阴雨天气通过影响花期和访花昆虫的行为进而影响传粉效果。