莲(Nelumbo nucifera Gaertn.)属于莲科莲属植物,在进化地位上处于基底被子植物位置。经过长期的进化,至今仍然保留着许多原始性状。因此,莲的生物学基础研究在植物系统进化方面具有重要的意义。本文以洪湖籽莲“满天星”品种为研究对象,采取野外形态学观察与记录、实验室解剖镜检、制作临时切片及石蜡切片、组织化学染色、花粉体外萌发、红外线热电偶探针测温、红外线成像、生物信息学探究等方法,对莲的开花生热效应及传粉生物学进行了初步研究。本研究的主要结果如下:(1)莲的开花进程可以划分为5个时期:花蕾期、花蕾膨大期、花瓣初绽期、散粉期和凋零期。单朵莲花的花期大约持续3到5d,花部各个器官在不同的时期呈现不同的形态特征。(2)在开花过程中,莲花具有雌雄异熟的开花特性。对于单朵莲花而言,雌蕊先成熟,雄蕊后成熟。雌性成熟时期发生在花瓣初绽期和散粉期,而雄性成熟时期发生在散粉期,两者时间间隔24h(即从雌蕊柱头具有可授性到雄蕊花药成熟),而两者重叠的时间大约为6h(即双性时期)。因此,莲花既可以接受异花传粉,也可以进行自花传粉,雌雄异熟机制在一定程度上避免了莲属植物自交现象。同时,莲花于早上6:00开放,下午14:00左右闭合,经历二次开合现象,直至花瓣凋零脱离。(3)在开花时期,莲花具有明显的生热现象。本研究经红外线测温以及热电偶探针测定显示,生热开始于花蕾膨大期,在凋零期产热结束。当环境温度在24~40℃的范围浮动时,花托的温度始终维持在30~35℃。到了凋零期,花部器官的温度不再维持稳定状态,而是会随着环境温度的变化而波动,花托的温度波动范围进一步扩大。莲花花部器官的温度恒定对于保障花粉发育、成熟、受精和花粉管生长的顺利进行具有重要的意义。(4)观察发现,在开花生热前后,花托外表皮和花瓣基部外表皮的气孔器形态和数量,都发生了显著性变化。处于生热期间的花托上表面和侧面以及花瓣基部外表面表皮气孔器数目增多,且孔径增大。气孔器位于植物组织的表皮,是植物与外界环境进行气体交换的通道。莲花的花托和花瓣表皮细胞在开花生热过程中气孔增大,不仅可以促进气体的交换速率,维持高热量的产出,还可以促进莲花花香的释放,从而吸引更多的昆虫前来为其传粉。(5)交替氧化酶(alternative oxidase,AOX)是一种末端氧化酶,位于线粒体的内膜基质上,和植物的开花生热紧密相关。运用in silico方法共鉴定出7条莲AOX基因,通过MEME软件对莲AOX蛋白motif进行预测,发现了7个比较保守的motif。顺式作用元件分析表明其主要含有各种光响应、激素响应、低温、干旱响应以及防御和应激反应顺式作用元件。根据莲和其他几个物种的AOX蛋白氨基酸序列构建无根进化树,将进化树划分为5个分支,莲AOX蛋白主要集中在G1分支,而NnAOX4和NnAOX1分别位于G4和G5分支,其他4个分支都表现出了单子叶植物或双子叶植物AOX蛋白聚集的现象。本研究表明,AOX蛋白在莲的生长发育过程扮演着极其重要角色。(6)观察显示,莲的花粉活力在开花不同时期具有很大的差异。花蕾期和花蕾膨大期的花粉尚未成熟,不能进行体外萌发。散粉期(Stage4)的花粉在体外培养条件下,萌发的速率最快,萌发时间只需要1.5h左右,且花粉的萌发率最高,花粉的活力最强。花瓣初绽期的花粉萌发率和散粉期相差不大,但是萌发速率减半。设置5个温度梯度,取散粉期的花粉进行体外萌发实验,其它条件相同且最优。结果表明,在24℃培养条件下,萌发率最低;在32℃培养条件下,萌发率最高。该结果表明,开花生热可以将花部器官(尤其是生殖器官)的温度维持在适宜的温度范围,从而保证花粉具有较高的萌发率和快速的花粉管伸长。(7)莲属于典型的甲虫传粉植物。本研究对开花期间访花昆虫行为及频率进行跟踪记录。结果表明,莲花的访花昆虫很多,主要包括鳞翅目昆虫、瓢虫科昆虫、鞘翅目甲虫、食蚜蝇科昆虫和蜜蜂科昆虫。其中在雌性时期,来访的昆虫占总数较少,最丰富的是甲虫类昆虫,在双性花时期,食蚜蝇科昆虫和蜜蜂科昆虫最多,在凋零期,主要来访的昆虫为蜜蜂科昆虫。分析来访昆虫的访花行为,结果表明,甲虫和蜜蜂科昆虫以及食蚜蝇科昆虫是莲潜在的传粉昆虫。