竹枝石斛干热季和雨季两次开花的生态适应性研究

Flowering phenology is a momentous characteristics in plants' life history. It has significant influences on plant reproductive successes and population structures through sexual reproduction and pollen flow. In Xishuangbanna, there are 48 Dendrobium species with two distinctly separated flowering peaks each year, one during the dry-hot seasons and one during the rainy seasons. However, D. salaccense is the only species that flowers twice per year, in both dry-hot season (April to May) and the middle of rainy season (July to August). This project is designed to study the ecological adaption of bi-seasonal flowering in D. salaccense. The floral characteristics, pollination system, reproductive success, herbivory effect, seed germination, and the mutualism with the symbiotic fungi in dry and rainy flowering periods will be comparatively investigated. Moreover, two sympatric species, D. fimbriatum, flowering annually in dry-hot season, and D. spatella, flowering once a year in rainy season, are selected for comparative study in reproductive ecology and seed ecology. These comparison studies could explore the adaptive significance of flowering phenology in Dendrobium species at regional level. The results will help us better understand the ecological adaption and evolutionary trend of flowering phenology. The understanding would provide us new insights on potential Global Climate Change effects on the relationships between plants and plants, plants and animals, or even plants and symbiotic fungi. This study could contribute to not only the conservation of Dendrobium species but also the other orchids.

开花物候是植物生活史中的一个重要特征，它通过影响有性繁殖和花粉流对植物的繁殖成功和种群结构产生重要影响。西双版纳的48种石斛属植物在干热季和雨季呈现出2个明显的开花高峰期，而竹枝石斛在干热季的4-5月和雨季中期的7-8月2次开花。本项目拟对竹枝石斛2次开花的生态适应性开展研究，对2次开花在花部特征、传粉系统、繁殖成功率、植食作用、种子萌发及与共生真菌的相互关系等方面开展对比研究；同时，选择同域分布的，在干热季开花的流苏石斛和雨季开花的剑叶石斛，开展繁殖生态学和种子生态学的对比研究，从区域水平探讨石斛属植物开花物候的适应意义。研究结果对深入理解植物开花物候的生态适应意义及演化趋势具有十分重要的理论意义和科学价值，也能从一个新的视角来认识全球气候变化可能对植物与植物、植物与动物、植物与共生真菌之间相互关系所产生的影响，对于石斛属植物，乃至整个兰科植物的有效保护都具有重要的价值。

本项目对竹枝石斛2次开花物候的生态适应性开展研究，从“植物-传粉者”和“植物-共生真菌”相互关系来探讨其适应意义，开展不同兰科植物繁殖生态学和种子生态学的对比研究，从区域水平来探讨兰科植物的生态适应性，为濒危兰科植物的有效保护提供理论依据。经过4年的研究，达到了预期的目标。竹枝石斛和景洪石斛与同域分布的其他同属植物在花展示和开花物候上显著不同，较小的花展示对吸引传粉昆虫不利，采取多次开花的策略，有利于避免和其他石斛属植物对传粉植者竞争，从而在一定程度上增加繁殖成功率。同域分布的隔距兰则具有泛化的传粉系统，不同研究地点的传粉昆虫组成不同、不同昆虫不同年份的访花频率也不同，但不同传粉昆虫的组合确保了隔距兰能取得稳定的繁殖成功率，适应不同的生境条件。南方玉凤花进化出专性无融合生殖的繁育系统，在不利环境条件下获得了繁殖保障，对保持种群的遗传稳定具有重要作用。采用迁地或原地共生萌发技术，从原球茎或幼苗中分离获得了9种石斛属植物种子萌发的有效共生真菌。对种子萌发阶段与真菌的共生关系开展了研究，发现有效萌发真菌能够快速促进种子萌发并形成幼苗，具有很强的专一性，这种专一性表现在种子萌发的后期，即原球茎形成幼苗的时期，这对于自然种群中幼苗的建立十分关键，这一结果带给我们有关兰科植物种子和有效萌发真菌相互关系新的认识。利用获得的齿瓣石斛的有效真菌开展了种群恢复，对播种时间、播种密度、播种方式、影响幼苗成活的因素等进行了对比研究。在此基础上，开创性的研发出了便于在树干上播种的“药用石斛种子和菌剂混合播种包”，这项技术不但可以应用于濒危石斛属植物的种群恢复，还可以用于药用石斛种苗的规模产生，具有很大的应用前景，同时也为其他附生兰科植物的有效保护提供了借鉴。本项目目前已发表了10篇SCI论文和4篇CSCD论文，获得了授权专利4项，申请专利2项，相关技术正在推广和应用。