摘要
【目的】 阐明弹花现象的发生机制及花在此过程中的角色与地位，对探讨植物多样化的散粉机制具重要意义。【方法】以‘新牧4号’紫花苜蓿为研究对象，进行弹花现象与传粉者访花行为的野外观测、花粉传递的控制实验及花结构的解剖学观察等。【结果】翼瓣与龙骨瓣边缘的特化结构相互嵌套形成了苜蓿触敏性的花结构，该结构不仅对传粉者具有较高的选择性，而且可通过弹花前后蜜孔位置的变化操纵传粉者的访花行为。龙骨瓣一旦被弹开，约90%的花粉被散出，雌雄蕊将不再回到原本位置，花当天即可闭合，反之，将持续开放5~6 d，为一次性的花粉释放机制；弹花效率不受昆虫体型大小的影响，它与访花频率共同决定了昆虫的弹花贡献率；昆虫的二次访花不能增加花药中剩余花粉的移出和柱头花粉的沉积。【结论】苜蓿特殊的花结构及花对传粉者觅食行为的操纵促进了弹花现象的发生和雄性适合度效益的最大化。
Abstract
[Objective] Elucidating the tripping mechanism and the role and status of flowers in this process are of great significant to explore the diverse pollen dispersal mechanism. [Methods] Alfalfa (Medicago sativa L.)‘Xinmu No. 4’ was used as the research object to observe the flower tripping phenomenon and pollinator visiting behavior, pollen transfer control experiment, and anatomical observation of flower structure. [Results] The specialized structure of wings and keel edge were nested with each other and form the touch-sensitive flower structure of alfalfa. The “sensitiveness” structure not only had high selectivity to pollinators, but also could manipulate pollinators' visiting behavior by changing the location of honey hole before and after tripping. Once the keel flap was tripped, about 90% of the pollen in the anther was dispersed, and the gynostemium did not return to the original position. The flower closed on the same day, or it continued to open 5-6 d, which was a one-time pollen release mechanism. Tripping efficiency of insects, being not related to the insect's size, determined the tripping contribution rate together with its visiting frequency. The insect's second visiting did not increase the removing of residual pollen from anthers and pollen deposition on stigma. [Conclusion] The special flower structure and its regulation of pollinators' foraging behavior promote the occurrence of tripping phenomenon, and benefits the male fitness in alfalfa.
植株间花粉的有效传递取决于传粉者和植物对传粉者觅食行为的操纵，虽然花部特征与传粉机制和植物的繁殖适合度紧密相关，但花部特征如何作用于传粉者，引起怎样的传粉模式（花粉输入与输出方式）和雌雄适合度后果，仍知之甚少[1]。花作为被子植物的繁殖器官，比其他任何生物类群的繁殖器官都表现出更高的变异性和多样性，但花性状的选择压力无外乎通过种子途径获得的雌性适合度提高（提高种子的数量与质量）和通过花粉途径获得的雄性适合度提高（成功给胚珠授精）[2-3]。在很多植物中，雌性适合度（如花粉的落置）可能只需昆虫1次访花就能实现，而雄性适合度（花粉的散布）可能需要多次访花才能实现，如植物在传粉过程中所呈现的多样化散粉机制和雄蕊分化模式[4-6]。所以，从某种程度上讲，实现雄性适合度可能比雌性适合度更加复杂[4，7-9]。尽管植物雌雄适合度的实现密切相关，但在繁殖过程中，以实现雄性适合度或雌性适合度为选择压力时，引发的生态效应及花部综合征的适应性演化是不同的，而已有研究主要关心植物雌性适合度的实现，对雄性适合度的实现关注不足[1]。
爆发式花粉释放现象又称弹花现象，既可发生在虫媒传粉的异花或自花授粉植物中，也可发生在风媒传粉的植物中[7，10]，表现为受外力或传粉昆虫作用时，雄蕊会突然从花内释放出来，将成熟的花粉弹射到昆虫的体表，从而完成花粉的释放。一旦雌雄蕊柱蓄积的能量被释放出来，就不能再回到原来的位置，因此，该机制只有1次主动释放花粉的机会[11-12]。这种爆发式花粉释放现象引起了达尔文的极大关注，他曾着迷于龙须兰属（Catasetum）植物如何将花粉传递给传粉者[13]，并将其称之为“触敏性”传粉现象，该现象虽然罕见，但其适应性及爆炸机制依然在豆科（Fabaceae）、唇形科（Lamiaceae）等16个与异花或自花授粉有关的科中被报道[11，14-15]。如在一些风媒传粉的植物中爆炸机制被认为是促进花粉的远距离传播[3，10]，而在一些虫媒传粉的植物中则被认为是促进传粉者介导的花粉传递效率[7，16]，或促进自花授粉植物花粉的释放[17]。
花粉释放离不开传粉者访花行为和花对觅食行为的操纵，对其发生机制与适应性的评价不仅需要进行植物与传粉者相互作用的研究，还需要进行花粉传递的量化分析。而已有研究虽然在不同植物类群通过不同角度进行了弹花现象与适应性的报道，但是因为缺乏花粉传递的量化分析，很难阐明这一现象的适应性机制，以及基于雌性或雄性适合度实现为目的的选择压力，导致在同一植物中甚至出现截然不同的观点，如在山月桂（Kalmia latifolia）中，一种观点认为花粉释放是为了确保自花授粉而精心设计的[18]；而另一种观点则认为花粉被弹射到蜜蜂身上是为了异花授粉[16]。因此，要弄清这一现象的发生机制、适应性特征及其雌雄性适合度后果和选择压力，还需要在更多植物类群中开展广泛和深入研究。
弹花现象被认为是蝶形花植物在进化中形成的最经济和最有效的一种花粉释放机制[6]，但为什么是最有效的散粉机制，却鲜有文献阐述。紫花苜蓿作为一种在全球范围内广泛被种植的优良豆科牧草，其独特的花结构和对传粉的需求，使得苜蓿的弹花现象、传粉特性及由此引起的种子产量等问题引起了研究者的广泛关注[19-21]。如1832年De Candolle[22]首次发现了苜蓿的弹花现象；1899年Cockerell[23]首次用‘tripping’这个词描述弹花过程。随后提出了“没有通过弹花过程的花不结实或结实率极低”[24]；传粉者重复访问已经弹开的花不能提高种子产量[25]；弹花的难易程度受环境因素的影响等[21]。而对于弹花现象的发生机制、适应性特征及引起的雌雄性适合度后果等问题的研究却少有关注。
‘新牧4号’紫花苜蓿（Medicago sativa L. cv. ‘Xinmu No.4’）为广泛被栽培的一个苜蓿品种，具有抗逆性强、产草量高等特点，其种子产量及与种子产量相关的传粉生物学研究被广泛关注[26]。但弹花现象的发生机制、适应性特征及引起的雌雄性适合度后果等问题并没有引起重视。为此，本试验以‘新牧4号’紫花苜蓿为研究对象，对弹花现象的发生机制、传粉者访花行为、弹花效率和弹花贡献率等进行研究，阐明花对传粉者觅食行为的操纵及由此引起的花粉传递模式和雌雄适合度后果，以探讨爆发式花粉释放机制的传粉生物学意义及生殖效应，丰富对弹花现象的认识，也为苜蓿种子产量的研究及栽培措施的选择提供理论依据和新的视角。
1 材料和方法
1.1 研究材料与地点
研究材料为‘新牧4号’紫花苜蓿（Medicago sativa L. cv. Xinmu No.4），花紫色，龙骨瓣包裹着雌雄蕊，花粉的释放和柱头花粉滞落发生在龙骨瓣弹开的过程中。研究地点（86°59′32.36″E、44°18′15.19″N，海拔431 m）位于呼图壁草地生态站的‘新牧4号’紫花苜蓿种子生产田。该区域属于温带大陆性干旱半干旱荒漠区，年降水量245 mm，年平均气温2.5~13.2℃[27]
1.2 花展示与设计
盛花期，在样地内不同植株上随机标记一定数量即将开放的花，进行开花动态、单花寿命、开放特点及是否自动弹花的观察。同时，另标记一定数量的花和花序，对其单花花粉量、胚珠数及P/O值（花粉与胚珠之比）等花部特征参数进行统计和计算。
1.3 花结构与弹花现象观测
盛花期，在不同植株上随机选取一定数量的花，对其花结构、泌蜜方式、蜜孔位置，以及弹花过程中作用力的形成与释放等进行观测与解剖。
1.4 传粉者类群及花对觅食行为的操纵
盛花期，随机标记一定数量开放但龙骨瓣没被弹开的花，人工随机弹开标记花的一半，从8:00到19:30，以0.5 h为1个时间段，进行昆虫访花动态的连续观测，记录昆虫的种类、访花频率、采食偏好（采食花粉或花蜜）、访花偏好及花对觅食行为的操纵（偏向于访问龙骨瓣弹开/没弹开的花），并拍照，捕捉相应的昆虫用于鉴定，重复观测2~3 d。其中，采食偏好用采食花蜜或花粉的占比（采食花蜜次数的占比=采食花蜜的次数/总访花次数）表示；访花偏好用访龙骨瓣弹开或没弹开花的占比（访问龙骨瓣没弹开花的占比=访问龙骨瓣没弹开花的次数/总访花次数）表示。
1.5 弹花效率与弹花贡献率测定
为明确不同传粉者类群弹花的有效性，将昆虫按体型大小差异分为大型昆虫和中小型昆虫两类，在盛花期，随机标记一定数量未弹开的花，进行不同体型大小的昆虫访花后龙骨瓣弹开情况的统计，计算弹花效率；同时，结合每种昆虫的访花频率计算弹花贡献率。弹花率=昆虫弹开的总花朵数/访问的总花朵数×100%；弹花贡献率=弹花率×访花频率。
1.6 弹花过程中的花粉传递
为观测不同体型大小昆虫的传粉效率，盛花期，随机标记一定数量待开放的花，进行以下调查与处理：（1）弹花后花药中花粉留存量和柱头花粉数。为探究2类昆虫弹花后花粉的释放及柱头花粉的滞落情况，标记一定数量未弹花的枝条，待昆虫访花并弹开龙骨瓣后，取下被访花朵，统计花药留存量和柱头花粉数。（2）弹花后的柱头异花粉数。为探究昆虫弹花后为柱头带来的异花粉数，随机标记一定数量散粉前的单花，进行去雄处理并套袋，待花开放后去掉套袋等待2类昆虫来访，当被访1次后，立即取下被访的花，统计柱头花粉数，同时记录昆虫种类和体型。（3）二次访花后花药中花粉留存量和柱头花粉数。为调查弹花后昆虫二次访花的传粉效率，标记一定数量被刚弹开的花，等待昆虫二次来访后取下该花，统计花药中花粉留存量和柱头花粉数。在上述各处理中，由于在取样时间内2类昆虫的出现次数不同，弹花和去雄后的花不易被访且易闭合，取样较为困难，使得处理间样本量不等，且部分处理的样本量偏低。
1.7 数据处理与分析
用SPSS 20.0软件进行数据处理和分析，用 Excel 2010和Origin 2023软件绘图。在广义线性模型（generalize linear model，GLM）下，用泊松分布和对数链接函数对柱头花粉落置和花药中花粉留存量进行分析，处理作为预测变量，柱头花粉数和花药中花粉留存量作为响应变量。所有统计数据用平均值±标准误表示。
2 结果与分析
2.1 花展示与设计
‘新牧4号’紫花苜蓿5月中旬进入初花期，5月下旬进入盛花期（图1，A）。待开放的花在一天内均有开放，但多集中在9:30—13:00。17:00左右停止开放。开放后的花，如果龙骨瓣被弹开，将在当天闭合；如果龙骨瓣没有被弹开，该类花将一直开放，可持续5~6 d（图2）。期间花色经历由深紫色→淡紫色→土灰色，后萎蔫并凋落。所以，苜蓿的单花期与龙骨瓣是否弹开密切相关。在花开放期间，如果无昆虫或外力作用，龙骨瓣不能发生自动弹花现象。该植物的单花花粉量为（3562.71±43.91）粒，胚珠数为（10.54±0.12）个，花粉胚珠比（P/O值）为343.92±11.86。
2.2 花结构与弹花现象
‘新牧4号’紫花苜蓿的花有雄蕊10枚，花丝联合成筒状包裹着雌蕊，形成雌雄蕊柱（基部相互分离），见图1，B。蝶形花冠的翼瓣和龙骨瓣边缘相互嵌套包裹着雌雄蕊柱（图1，B中白色箭头），该嵌套结构通过龙骨瓣上两侧的1对特化结构——凹陷（图1，C中红色箭头）和翼瓣上2个形态相近的带管状距的1对特化结构——突起相互嵌套而成（图1，C中白色箭头），并与龙骨瓣上部结合处的力共同作用将雌雄蕊柱稳固在远离旗瓣的位置（图1，B），同时，在龙骨瓣上部形成一种曲张力。当传粉者访花时，多停留在龙骨瓣和翼瓣上，所产生的压力使得雌雄蕊柱向旗瓣弹去。在龙骨瓣弹开过程中，花粉粒以烟雾状形式散开，绝大部分的花粉落置在昆虫体表。
当传粉者离去后，雌雄蕊柱不再回到原本位置，而是紧紧贴在旗瓣上。能够弹开龙骨瓣的昆虫主要以采食花蜜为主，苜蓿的花蜜腺位于花托上，因为被联合成筒状的花丝包围，花蜜只能从雌雄蕊柱基部特定位置的2个孔隙中分泌出来（以下称为蜜孔），见图2，白色框。该蜜孔在龙骨瓣没被弹开时，开口朝向旗瓣基部，从旗瓣或龙骨瓣处访花都容易接触蜜孔，但龙骨瓣弹开后，因为雌雄蕊柱反转并贴向旗瓣，该蜜孔被覆盖在雌雄蕊柱下边，将不易再被访花昆虫接触（图2）。
图1‘新牧4号’紫花苜蓿的花结构和主要访花昆虫
Fig.1The flower structure and main visiting insects in M. sativa L.cv. ‘Xinmu No.4’
A.花枝；B.包裹雌雄蕊柱的嵌套结构和雌雄蕊；C.嵌套结构的解剖；D.意大利蜂；E.红角毛带蜂； F.拟霉毛隧蜂；G.棒角拟地蜂；H.食蚜蝇。
A. Flowering branches. B. The nested structure enclosing the gynostemium, pistil, and stamens. C. Anatomy of nested structures. D. Apis mellifera. E. Pseudapis ruficornis. F. Pergagrapta eucheliae. G. Melitturga clavicorns. H. Syrphid fly.
图2‘新牧4号’紫花苜蓿的弹花现象与昆虫的访花行为
Fig.2Tripping phenomenon and insect's visiting behavior in M. sativa L. cv. ‘Xinmu No.4’
2.3 传粉者的类群、弹花效率及其花粉传递
2.3.1 传粉者类群及花对觅食行为的操纵
由于特殊的花结构，能有效弹开龙骨瓣的主要传粉者有大型昆虫意大利蜜蜂（A. mellifera）和中华蜜蜂（A. cerana），中小型昆虫红角毛带蜂（Pseudapis ruficornis）、棒角拟地蜂（M. clavicorns）、拟霉毛隧蜂（P. eucheliae）及其他的一些低效昆虫如苜蓿准蜂（Melitta leporiza）、食蚜蝇和蝇等可在龙骨瓣打开后接触到柱头。晴朗天气，对苜蓿访花昆虫进行累计22.5 h的观察，访花昆虫在早上9:00左右开始出现（每1 h每朵访花频率0.017 2次）；在12:00—13:30（0.216 9次）和15:00—16:30（0.465 3次）出现2个访花高峰期。随后访花频率逐步降低，到19:30之后几乎没有访花昆虫出现（图3）。
在有效传粉者中，并非所有访花行为都能将龙骨瓣弹开，其中，一类现象是昆虫停留在花上的压力不足以弹开龙骨瓣，另一类现象是昆虫不从正常访花路径（翼瓣和龙骨瓣）去获取花蜜，而是从花的侧面将吻伸入花基部，多出现在意大利蜜蜂和中华蜜蜂访花时，这时龙骨瓣也不能被弹开。在龙骨瓣被弹开过程中，散出的大量花粉会落置在昆虫体表，这对昆虫既是一种惊吓，也是一种干扰，该现象可能是一些昆虫的回避行为。
图3‘新牧4号’紫花苜蓿的传粉者访花动态
Fig.3The visiting dynamics of pollinators in different time in M. sativa L. cv. ‘Xinmu No.4’
对不同种类昆虫的采食偏好和龙骨瓣弹开与否的访花偏好进行观测显示：大型昆虫意大利蜂和中华蜂以及中小型昆虫红角毛带蜂基本上以采食花蜜为主，采食花蜜的占比分别为0.993 8，1，1；而中小型昆虫棒角拟地蜂、拟霉毛隧蜂和食蚜蝇采集花蜜的占比分别为0.592 6，0.3，0.842 1；苜蓿准蜂以采食花粉为主（图4）。在访花偏好方面，除了苜蓿准蜂，其他昆虫[如意大利蜂和中华蜂（占比0.910 7）、红角毛带蜂（占比1）、棒角拟地蜂（占比0.842 1）、拟霉毛隧蜂（占比0.942 9）和食蚜蝇（占比0.818 2）]都偏向于访未弹开的花。尽管食蚜蝇的弹花效率很低，但仍然选择访未弹开的花（图4）。
图4‘新牧4号’紫花苜蓿不同访花昆虫种类的采食和访花偏好
Fig.4Feeding and visiting preferences of different insect species in M. sativa L. cv. ‘Xinmu No.4’
AA.意大利蜂+中华蜂（大）; Pr.红角毛带蜂（中小）; Mc.棒角拟地蜂（中小）; Pe.拟霉毛隧蜂（中小）; Sf.食蚜蝇（中小）; Ml.苜蓿准蜂（中小）。
AA, apis mellifera+apis cerana (big) . Pr, pseudapis ruficornis (smaller-medium) . Mc, melitturga clavicorns (smaller-medium) . Pe, pergagrapta eucheliae (smaller-medium) . Sf, syrphid fly (smaller-medium) . Ml, melitta leporiza (smaller-medium) .
2.3.2 弹花效率与弹花贡献率
对访花昆虫的弹花效率和弹花贡献率统计结果（图5）表明：红角毛带蜂、棒角拟地蜂、拟霉毛隧蜂等的弹花率均在50%以上，意大利蜜蜂和中华蜜蜂的弹花效率为25.5%，食蚜蝇的有效弹花率极低，仅为3.9%；蝇类和苜蓿准蜂均不能弹开龙骨瓣。昆虫的访花频率与弹花率共同决定了弹花贡献率。
从各类昆虫的访花频率和弹花贡献率看：意大利蜂和中华蜂两类大型昆虫虽然弹花率较低，但其访花频率较高；而中小型昆虫红角毛带蜂、棒角拟地蜂、拟霉毛隧蜂的访花频率不高，但弹花率较高，所以，4种昆虫都有着较高的弹花贡献率，并成为苜蓿的主要传粉者。而拟霉毛隧蜂虽然弹花率较高，但访花频率偏低，食蚜蝇的弹花率和访花频率都较低，使得两者的贡献率都较低。
图5不同昆虫种类的访花频率、弹花率及弹花贡献率
Fig.5The visiting frequency, tripping percentage, and contribution rate of different insect species
AA.意大利蜂+中华蜂（大）; Pr.红角毛带蜂（中小）; Mc.棒角拟地蜂（中小）; Pe.拟霉毛隧蜂（中小）; Sf.食蚜蝇（中小）; Ml.苜蓿准蜂（中小）; F.蝇（中小）。
AA, apis mellifera+apis cerana (big) . Pr, pseudapis ruficornis (smaller-medium) . Mc, melitturga clavicorns (smaller-medium) . Pe, pergagrapta eucheliae (smaller-medium) . Sf, syrphid fly (smaller-medium) . Ml, melitta leporiza (smaller-medium) . F, fly (smaller-medium) .
2.3.3 弹花过程中花粉的输入与输出
2类传粉昆虫弹花后柱头花粉数与花药中花粉留存量的统计结果（图6）表明，大型昆虫弹花后的柱头花粉数[（104.87±6.38）粒]与中小型昆虫的[（86.53±6.43）粒]没有显著性差异（Wald，χ2=2.816，df=1，P=0.079）；花药中花粉留存量[大型昆虫：（367.78±25.13）粒；小型昆虫：（457.78±45.60）粒]也无显著性差异（Wald，χ2=3.533，df=1，P=0.073）。从苜蓿的总花粉量[（3563.71±43.91）粒]看，昆虫首次访花已将花药中90%左右的花粉释放出去。对去雄后柱头花粉数统计显示，大型昆虫[（13.05±4.02）粒]和小型昆虫[（6.19±1.49）粒]访花1次后所带来的柱头异花粉数无显著性差异（Wald，χ2=2.453，df=1，P=0.93）。尽管2类昆虫都表现出低的异花粉传递效率，也无统计学差异，但从数据大小看，大型昆虫比中小型昆虫更有利于异花粉的滞落。
2 类昆虫连续2次访花后，分别进行花药中花粉留存量和柱头花粉数统计，结果显示，大型昆虫访1次和访2次后，花药中花粉留存量[访花1次：（367.78±25.13）粒；访花2次：（392.09±53.56）粒]无显著性差异（Wald，χ2=0.118，df=1，P=0.737）；对应的柱头花粉数分别为（104.87±6.38）粒和（116.55±18.43）粒，也无显著性差异（Wald，χ2=0.381，df=1，P=0.553）；中小型昆虫访1次和2次（大型昆虫弹花后即大型+中小型）后，花药中花粉留存量[访花1次：（457.78±45.59）粒；访花2次：（365.87±25.93）粒]无显著性差异（Wald，χ2=3.637，df=1，P=0.058）。对应的柱头花粉数[（86.53±6.43）粒；（85.05±10.69）粒]也无显著性差异（Wald，χ2=0.014，df=1，P=0.905）。表明昆虫访花1次后的2次访问并不能显著增加剩余花粉的移除量，也不能显著增加柱头上的花粉数。
图6不同体型昆虫单次或二次访花后柱头花粉数和花药中的花粉留存量
Fig.6The pollen loads on stigma and remaining pollen in anther after once or twice visiting of insects with different sizes
B.大型昆虫；SM.小型昆虫；BB.大型昆虫+大型昆虫（自然状态下大型昆虫访问2次）；BSM.大型昆虫+小型昆虫（自然状态大型昆虫访问1次后，中小型昆虫再访问1次）；Be.大型昆虫（去雄后访问）；SMe.小型昆虫（去雄后访问）。不同小写字母表示花粉留存量显著差异，不同大写字母表示柱头花粉数显著差异（P＜0.05）。
B, bigger insects. SM, small-medium insect. BB, bigger insects+ bigger insects (a flower was visited twice by bigger insects in the natural state) . BSM, bigger insects+small-medium insect (a flower was visited by a bigger insect and followed by a small-medium insect again in the natural state) . Be, bigger insects (emasculation) . SMe, small medium insect (emasculation) . Different normal letters indicate the significant difference of remaining pollen in anther at 0.05 level. Different capital letters indicate the significant difference of pollen loads on stigma at 0.05 level.
3 讨论
在两性花植物的传粉过程中，越来越多的研究证实了雄性适合度在塑造花部特征和传粉系统方面的重要作用[9，28-29]。Muchhala等[28]甚至认为，简单地提高雄性适合度的选择就足以导致传粉系统的转变，如在传粉者访花率足够高，能移走花药内大部分花粉的情况下，花将依赖专化传粉者以降低花粉被带到其他物种的几率，提高雄性适合度，使花部特征与传粉系统向特化与专化方向演化；反之，会向泛化的传粉系统演化。本文进行了‘新牧4号’紫花苜蓿爆炸性花粉释放机制、花对传粉者行为的操纵，以及弹花过程中花粉的传递等研究发现苜蓿翼瓣与龙骨瓣边缘的特化结构相互嵌套形成了苜蓿特殊的花结构，该结构不仅对传粉者具有较高的选择性，而且可通过弹花前后蜜孔位置变化操纵传粉者的访花行为，为一次性的花粉释放机制，表现为龙骨瓣一旦弹开，即完成了该花的传粉过程，弹花后昆虫的访花行为无助于花粉的传递。此时，传粉者也不再访花，花瓣当天闭合。综上所述，苜蓿特殊的花结构及花对传粉者觅食行为的操纵促进了弹花现象的发生，并实现了雄性适合度效益的最大化。
3.1 花部结构、弹花机制及花对觅食行为的操纵
紫花苜蓿为蝶形花亚科的植物，旗瓣、翼瓣和龙骨瓣构成了苜蓿的蝶形花冠，雌雄蕊联合在一起形成雌雄蕊柱被包裹在龙骨瓣内。在龙骨瓣两侧的1对凹陷和翼瓣两侧形态相近的带管状距的突起相互嵌套，形成了翼瓣和龙骨瓣相结合的稳固结构，该嵌套结构像锁扣一样与龙骨瓣上部结合处的力共同作用，将雌雄蕊柱稳固在远离旗瓣的位置，并在龙骨瓣上部形成一种曲张力。当昆虫访花或受到外力作用时，龙骨瓣被弹开，雌雄蕊柱向旗瓣弹去，并伴随着花粉的释放。在此过程中，90%的花粉被释放出去。以采集花蜜为食的昆虫基本不再访问弹开后的花，因为蜜孔的位置随弹花而被隐藏在雌雄蕊柱和旗瓣之间，昆虫再难以接触。这些现象使花结构及其位置变化在促进弹花现象发生和操纵传粉者访花行为方面的重要角色和地位。
在虫媒传粉的植物中，昆虫在转运花粉过程中能够成功沉降到柱头上的花粉比例通常不到1%[30]。由于花粉的大量折损，很多植物倾向于通过限制昆虫单次访花所带走的花粉量以最大化促进花粉的散布，于是出现了多样化的花粉包装和呈现机制[5]。但爆炸性花粉呈现却打破了这一常规，它通过花粉的一次性释放完成花粉的输入与输出。探究其原因可能与传粉者或实现雌雄适合度的选择倾向有关。花粉的散布策略与传粉者的种类、数量和传粉效率密切相关。如果传粉者数量少或传粉效率低下，花粉的独立包装和一次性释放机制将会被选择；而对数量多、传粉效率高的传粉者，植物则采取逐步或次序呈现的散粉策略[30-31]。苜蓿的雌雄蕊柱被包裹在龙骨瓣内，对传粉者具有较强的选择性，即只有能够弹开龙骨瓣的昆虫才是有效的传粉者。在野外观测中，笔者注意到能有效弹开龙骨瓣的昆虫数量非常有限，在龙骨瓣弹开后也无法进行二次访花。这对植物来说，在仅有1次被访机会的情况下，一次性释放花粉的策略将是唯一的选择。
在豆科植物的蝶形花亚科植物中，花粉的释放机制有4类，分别是毛刷机制、瓣膜机制、活塞机制和爆炸机制[6]。前3类机制都有着泛化的传粉系统，昆虫可多次访花，为逐步呈现的花粉释放机制[27，30，32]，而弹花机制即爆炸性花粉释放机制显著不同于前3类，被认为是蝶形花植物在进化中形成的一种最经济和最有效的花粉释放机制[6]。花粉传递与雌雄适合度的实现密切相关，有效的花粉释放机制既有可能促进雄性适合度提高，也有可能促进雌性适合度提高。究竟是怎样的选择压力促成了某一传粉系统的发生，还要看花粉的输入与输出情况。
3.2 弹花过程中的花粉传递及其生态功能
所研究类群的传粉者主要有意大利蜂、中华蜂、红角毛带蜂、棒角拟地蜂、拟霉毛隧蜂、苜蓿准蜂和少量其他的一些昆虫如食蚜蝇、蝇类等。由于特殊的花结构，能有效弹开龙骨瓣的昆虫较少，只有红角毛带蜂、棒角拟地蜂和拟霉毛隧蜂能弹开龙骨瓣的概率在50%以上，其中棒角拟地蜂、拟霉毛隧蜂和红角毛带蜂的弹花效率最高，达到66.7%，而且弹花效率未表现出与昆虫体型大小有关，如意大利蜂和中华蜜蜂均是体型较大的昆虫，但弹花率仅为25.5%。对弹花后的花粉传递情况进行调查显示，首次弹花后绝大部分的花粉已释放出去，柱头花粉的沉积在大型和中小型蜂之间没有显著性差异。去雄后，大型昆虫所带来的柱头异花粉数在数值上大于中小型昆虫，但并未表现出显著差异。从去雄与不去雄2种处理的柱头花粉数看，弹花现象导致了大量的自花粉滞留，而异花粉的滞落相对不足。而且，弹花后的二次访花行为并不能显著增加柱头花粉数，表现为不管大型或中小型昆虫访花1次和2次，花药中花粉的留存量和柱头花粉沉积均无显著性差异。这一结果支持了Pankiw和Bolton[25]的观测，即昆虫重复访问已经弹开的花朵并不能增加种子产量。
爆炸性花粉释放机制在不同植物类群中均有发生，但在风媒[3，10]、虫媒植物的异花[4]或自花授粉植物中[16]生态功能不同。苜蓿为自交不亲和的植物[15]，只有促进异花传粉的花粉释放方式才有助于雌雄性适合度的提高。但在弹花过程中，看到一次性的花粉释放导致了大量的自花粉滞留，有效弹花昆虫的二次访花频率极低，甚至不访，即使发生了二次访花，也无助于花粉的输入与输出。所有这些现象都反映了苜蓿的爆发式花粉释放行为可能是一种相对专化的传粉系统，并且是以实现雄性适合度的效益最大化为目的。
植物在有性繁殖过程中，雌性功能和雄性功能相互配合才能成功地把亲本基因传递到后代，从而完成各自的适合度。如果它们进化利益不同，也会产生雌性和雄性之间的性冲突，即植物以某一个性别功能降低或牺牲为代价提高另一个性别功能的适合度[33]。在苜蓿种子生产中，传粉效率及胚珠受精率低、自花粉滞留严重一直是影响种子产量形成的重要因素而难以调和[21，26，32]，这可能与该物种自身的传粉生物学特性有关，是以促进雄性适合度提高为选择压力下的一种雌性适合度代价。
4 结论
（1）苜蓿翼瓣与龙骨瓣边缘的特化结构相互嵌套形成了苜蓿特殊的花结构，该结构不仅对传粉者具有较高的选择性，而且可通过弹花前后蜜孔位置的变化操纵传粉者的访花偏好。
（2）弹花效率不受昆虫体型大小的影响，与昆虫的访花频率共同决定了昆虫的弹花贡献率。
（3）苜蓿花中龙骨瓣一旦被弹开，雌雄蕊将不再回到原本位置，为一次性的花粉释放机制。昆虫的二次访花不能增加花药中剩余花粉的移除和柱头花粉的沉积。
（4）苜蓿特殊的花结构及花对传粉者觅食行为的操纵促进了弹花现象的发生，并实现了雄性适合度效益的最大化。
