瀕危植物合柱金蓮木開花結實物候及交配系統研究*

陳宗游,韋 霄,柴勝豐,鄒 蓉,汪俊芳

(1.廣西壯族自治區中國科學院廣西植物研究所,廣西植物功能物質與資源持續利用重點實驗室,廣西桂林 541006;2.四川大學生命科學學院,四川成都 610065;3.廣西壯族自治區林業勘測設計院,廣西南寧 530022)

合柱金蓮木(Sauvagesiarhodoleuca)又名辛木,屬金蓮木科(Ochnaceae)合柱金蓮木屬(Sauvagesia)小灌木,為我國特有的單種屬植物。合柱金蓮木分布區域狹窄、分布零星,僅在廣東和廣西局部山區海拔200-1 000 m的中低山發現有少量分布[1,2]。合柱金蓮木具有一定的藥用價值,其根莖可以入藥,具有止癢殺蟲之功效[3]。因分類地位特殊,合柱金蓮木對研究金蓮木科植物的區系、地理分布及其發生與演化等具有重要的價值[1,4]。受生存環境惡化及森林砍伐、采根入藥等人類活動的影響,合柱金蓮木分布范圍和數量日益減少,在不少分布區合柱金蓮木瀕臨滅絕或已絕跡。在廣西,龍勝[5]、象州[6]兩縣原記載有合柱金蓮木分布,但經廣西壯族自治區中國科學院廣西植物研究所(以下簡稱廣西植物研究所)科研人員實地調查,未發現該物種;在廣東,合柱金蓮木原見于懷集、連山、封開、廣寧、海陵島等地,但廣東省林業局于1999-2001年組織有關專家對該省國家重點保護野生植物資源進行調查時,僅在肇慶的廣東封開黑石頂省級自然保護區石門塘發現有合柱金蓮木分布[7]。然而在2007年,筆者在開展合柱金蓮木遺傳多樣性研究的野外采樣時,發現連山、封開、廣寧尚有合柱金蓮木存在,只是其種群個體數量較少,其中廣寧采樣點只采到9個樣[8]。但筆者在2013年進行合柱金蓮木的伴生群落調查時[2],在廣寧原采樣點已找不到合柱金蓮木植株。目前在《中國植物紅皮書(第一冊)》[9]和《國家重點保護野生植物名錄》[10]中,合柱金蓮木分別被列為二類保護植物和國家二級重點保護野生植物。

微衛星又稱簡單串聯重復序列(Simple Sequence Repeat,SSR)或短串聯重復序列(Short Tandem Repeat,STR),是以1-6 bp的堿基重復單元組成的串聯重復序列。因具有數量多、豐富度高、易于檢測等特點,微衛星被廣泛用作遺傳差異的標記[11]。目前已有不少基于微衛星技術的交配系統的研究,如羅芊芊等[12]運用12對微衛星引物對2個南方紅豆杉(Taxuswallichianavar.mairei)天然居群的交配系統進行分析,結果發現南方紅豆杉屬于高度異交樹種;Liesebach等[13]基于微衛星對挪威楓(Acerplatanoides)種子園親本無性系及其種子樣本進行基因分型檢測,結果發現挪威楓有68%的異交后代、11%的自交后代和20%的外部授粉后代。

植物的開花結實物候及交配系統屬于繁殖生物學范疇,是植物在自然狀態下對環境長期適應而演化出的主要生殖特征。對于大多數瀕危植物來說,在繁殖過程中通常會觀察到生殖障礙[14],而生殖障礙是導致部分植物瀕危的重要原因[15-18]?，F有文獻中有關合柱金蓮木的研究報道十分有限,僅見有關形態[4]、生境條件[1]、藥用價值描述[3],以及種子萌發特性[19]、扦插繁殖[20]和伴生群落特征[2]的研究,而繁殖生物學方面的開花結實物候及交配系統研究迄今未見報道。鑒于微衛星是分析交配系統較好的分子手段,本研究開展合柱金蓮木的開花結實物候觀測并利用微衛星分子標記測定其交配系統,擬從繁殖生物學角度探討其瀕危機制,為其保護和可持續利用提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 分布點自然概況

合柱金蓮木分布區位于南亞熱帶北緣及中亞熱帶南緣。分布區內雨量多、濕度大,年平均氣溫18-20 ℃,最冷月平均氣溫9-11 ℃,最熱月平均氣溫約28 ℃,全年無霜期250-310 d,年降水量1 400-1 600 mm,相對濕度為75%-85%。土壤為山地紅壤和谷底沖積土,成土母巖以花崗巖、頁巖、砂巖為主,土層厚度0.6-1.2 m,腐殖質層厚5-30 cm[2]。合柱金蓮木為林下陰生植物,不耐強光和干旱,常生于土壤濕潤且郁閉度較高的常綠闊葉林中。目前經過調查確認廣西融水(S1)、金秀(S2)、德保(S3)和廣東封開(S4)、連山(S5) 5個縣存在小塊區域的合柱金蓮木種群,各分布點概況見表1和圖1。

圖1 合柱金蓮木野外分布點

表1 合柱金蓮木各分布點的基本概況

1.2 材料及試驗地點

植株材料經廣西植物研究所蔣運生研究員鑒定為合柱金蓮木(Sauvagesiarhodoleaca)(圖2)。本研究選擇S2和S3兩個合柱金蓮木分布點作為野外試驗點,成齡植株的基本形態特征及其開花結實物候期觀測在上述兩處試驗點進行;單花開花動態、生殖構件特征的觀測在S2分布點進行。交配系統研究在廣西植物研究所實驗室進行,樣品(葉片和種子)分別采自S1、S2、S3、S4和S5 5個合柱金蓮木分布點,引物為Li等[8]開發的9對合柱金蓮木微衛星引物(SSR1、SSR3-SSR11),將其送到上海英駿生物技術有限公司合成熒光引物,采用羧基熒光素(Carboxyfluorescein,FAM)和六氯熒光素(Hexachloro-fluorescein,HEX )標記不同引物的正向引物。

1:fruit branch;2:enlargement of leaf;3:sepal;4:petal;5:external whorl of staminodes;6:second whorl of staminodes;7:inner whorl of staminodes;8:stamen;9:pistil;10:fruit;11:seed.

1.3 方法

1.3.1 成齡植株的基本形態特征及開花結實物候期觀測

本研究將已花合柱金蓮木視為成齡植株。在花蕾期,于觀測點隨機標記成齡合柱金蓮木30株,統計叢生植株的比例,并測定各植株的地徑(叢生植株測定其最大分枝)、株高、冠幅,統計每株植株的花序數。此外,初步觀測和判斷合柱金蓮木的生育期。根據生育期,于次年3-10月以上年標記的植株為對象進行開花結實物候期觀測,每5 d觀察1次。結合Dafni[21]和柴勝豐等[22]的研究確定花期觀察標準:約5%的植株抽出花序的時期為抽(花)序期;平均單株開花數約達5%的時期為始花期,約達50%為盛花期,大于90%為末花期。

1.3.2 開花動態觀測

在合柱金蓮木花蕾期,于觀測點隨機選取15株植株上的30串未開放的花序進行標記,觀察花序單花的開放順序和開花天數;隨機選取成齡合柱金蓮木5株,每株植株選定5朵剛現的花蕾作為單花開放動態的觀測對象,每2-3 d觀察1次,直至花朵開放?；ǘ溟_放當天,每隔10-15 min觀測1次。此后,每天觀測1次,直至花朵脫落。

1.3.3 生殖構件特征的觀測

在合柱金蓮木盛花期,隨機選定花序30串,對花序柄長、花序軸長、花序寬(花序最寬處的值)及花序的單花數進行統計。采集成熟花蕾30朵,統計其苞長和苞寬(花苞最寬處的值)。采集盛開單花30朵,統計其花冠直徑、花瓣數、花瓣長度和寬度(花瓣最寬處的值)、萼片數、萼片長度和寬度(萼片最寬處的值)、花柄長度及直徑、子房直徑等;在果期,隨機選定成熟果序30串,對果序柄基徑、果序柄長、果序軸長、果序寬(果序最寬處的值)及果序的蒴果數等進行統計。采集成熟蒴果30粒,統計果球縱橫徑、果柄長度及直徑、蒴果的種子數、種子縱橫徑及種子千粒重等。以《中國植物志(第四十九卷第二分冊)》[6]和《廣西植物志(第一卷)》[5]有關合柱金蓮木形態學特征的描述為參考,結合觀測結果對合柱金蓮木的生殖構件特征進行詳細描述。

1.3.4 交配系統檢測

于合柱金蓮木種子成熟期,對S1、S2、S3、S4和S5 5個分布點進行樣品采集:每個分布點選30株成齡植株采集鮮葉片和種子,每一單株及其種子組成一個家系(Family),采樣時,對各家系的母株及種子進行標記和編號。單株鮮葉采集后迅速裝入封口袋,加硅膠進行干燥;種子帶回實驗室用于培養幼苗,所培養的幼苗及其對應的母株葉片用于DNA提取。

采用十六烷基三甲基溴化銨法(Cetyltrimethylammonium Bromide,CTAB)[23]提取DNA,基于微衛星分子標記試驗對合柱金蓮木進行交配系統檢測,利用9對SSR引物對所培養出的合柱金蓮木幼苗及其對應母株的DNA進行熒光PCR擴增。PCR反應體系為15 μL,包括1×Buffer,2.0 mmol/L MgCl2,4種dNTP各0.3 mmol/L,正、反向引物各0.75 μmol/L,0.75 U Taq酶,10 ng模版DNA。擴增程序:95 ℃預變性5 min;94 ℃變性30 s,53 ℃退火30 s,72 ℃延伸45 s,進行35個循環;最后72 ℃延伸10 min。為節省經費,筆者把不同熒光標記引物混合在一起進行PCR擴增,或者當兩個以上(含兩個)引物PCR擴增產物長度片段相差至少50 bp時,同樣熒光標記的引物也放在一起進行PCR擴增,接著將兩種方式的擴增產物在3037xl DNA分析儀(美國賽默飛世爾科技公司)上進行毛細管電泳,最后采用Genemarker 2.2.0軟件分析目標片段大小。

1.3.5 參數處理與數據分析

1.3.5.1 基本形態特征參數

采用SPSS 13.0軟件對S2和S3兩個分布點的合柱金蓮木成齡植株的基本形態指標進行t檢驗,顯著性水平設為0.05。描述性統計值用平均值±標準誤(Mean±S.E.)、平均值(Mean)表示。

1.3.5.2 交配系統參數的計算

用GenALEx 6軟件[24]計算合柱金蓮木的近交系數理論推算值(F1)以衡量其是否偏離Hardy-Weinbery平衡,并根據F1計算理論預期異交率(te),te=(1-F1)/(1+F1)[25];用MLTR 3.4統計軟件[26,27]計算合柱金蓮木母代和子代的多位點異交率(tm)和單位點異交率(ts)、雙親近交系數(tm-ts)、多位點相關度(rpm)、單位點相關度(rps)、異交率相關性(rt)、親本近交系數當代估算值(F)以及親本相關性(rp);根據Ritland[28]和趙耀等[29]的估算方法,使用tm和F值估計近交衰退系數(δ),δ=1-2Ftm/(1-tm)(1-F)。描述性統計值用平均值±標準差(Mean±S.D.)、平均值(Mean)表示。

2 結果與分析

2.1 成齡植株的基本形態特征及其開花結實物候期

從表2可知,成齡合柱金蓮木植株的平均地徑、平均株高和平均冠幅分別為0.70、129.67和81.98 cm,平均每株結花序15.56串,有一定比例的成齡植株為叢生植株。與S3分布點相比,S2分布點的成齡植株更大(地徑、株高和冠幅的數值更大)、平均每株花序數更多,但差異不顯著(P>0.05)。而S2分布點的平均每叢枝數顯著大于S3(P<0.05)。

表2 不同分布點合柱金蓮木成齡植株的基本形態特征

成齡合柱金蓮木在3月下旬至4月中上旬進入抽(花)序期,4月中下旬進入現蕾期,5月中上旬為現蕾末期,4月下旬至5月上旬進入始花期,5月中上旬達到盛花期,5月中下旬為末花期,花期持續1個月左右。合柱金蓮木于5月下旬至6月上旬進入果實發育期,經過60-70 d的生長,果實進入成熟期。不同的分布點,合柱金蓮木的開花結實物候期存在一些差異,S3分布點的物候期比S2分布點提前10 d左右(表3)。

表3 合柱金蓮木開花結實物候期

2.2 開花動態

合柱金蓮木的花序單生于枝條上部的葉腋。進入抽序期后,隨著花序軸的生長,其基部一般會產生側枝,中上部及基部的側枝不斷離心產生叢生花蕾。合柱金蓮木花蕾的開放順序一般為花序下部的花蕾先開放,然后往上逐漸開放,偶見花序上部的花蕾先于下部花蕾開放的現象。合柱金蓮木的單花開放過程可分為蕾松、初開、盛開和落花4個階段。從現蕾開始,單花經過15-20 d的孕蕾期(圖3:1-5)后膨脹到了極限,原來緊緊包裹的花瓣開始逐漸松開,花朵進入蕾松期(圖3:6);花瓣繼續松動,花蕾頂端裂開出現“小口”,此時花瓣與雌蕊之間的夾角呈10°左右,花瓣內拱,從“小口”可見退化雄蕊中輪的中上端,此為初開階段(圖3:7);花朵繼續開放,花瓣向外伸展,與雌蕊的夾角呈70°左右,并呈碗狀內拱,退化雄蕊中輪及外輪完全展現出來,此為盛開階段(圖3:8);花瓣外翻、脫落,部分單花開始凋落,部分單花轉入子房膨大期,此為落花階段(圖3:9-11)。單花開放1 d內完成,從蕾松階段到初開階段約10 min,從初開階段到盛開階段約30 min,從盛開階段到脫落階段約5 h。脫落的單花從花瓣外翻到整個單花徹底脫落需要1-2 d,而不脫落的轉入子房膨大期的單花(圖3:12),其子房迅速膨脹,果實迅速生長,至花瓣外翻后的第15-20天,蒴果基本成型,花萼附在子房上相當長的時間內不萎蔫凋落(圖4)。

1-5:budding stage; 6:bud loosening stage; 7:early flowering; 8:flowering stage; 9-11:wilt stage; 12:ovary growth stage.

圖4 合柱金蓮木單花子房膨脹進程

2.3 生殖構件特征

合柱金蓮木的花序呈狹圓錐狀,花序軸長約6.28 cm,花序寬約3.35 cm,花序柄長約2.91 cm,每串花序約有27朵單花;合柱金蓮木的幼蕾呈圓錐形,成熟花蕾呈長圓錐形,苞長約7.61 mm,苞寬約3.12 mm;盛開單花的花冠直徑約1.61 cm,花柄長約1.06 cm,花柄基徑約0.21 mm。單花有萼片5枚,淺青色,呈卵形或披針形,長約4.49 mm,寬約1.78 mm,邊緣有柔毛且呈鋸齒狀(圖5:1);花瓣5枚,橢圓形,長約8.57 mm,寬約3.13 mm,其上部為白色,基部為橙黃色,白色部分占花瓣面積的5/6左右(圖5:2)。盛開單花顯示萼片與花瓣交互輪生(圖3:8,9)。退化雄蕊3輪,外輪基部連合生成一短管,上部分離呈腺體狀,高約2.21 mm,中輪和內輪各5枚,均為花瓣狀,長橢圓形,上部為白色,基部為橙黃色,白色部分占中輪和內輪面積的5/6左右,中輪略大于內輪,中輪的高度和寬度分別為5.92 mm和1.18 mm,內輪的高度和寬度分別為5.53 mm和0.97 mm(圖5:3-5)。合柱金蓮木的單花同時具有雌蕊和雄蕊(圖2:8,9;圖5:6,7),為兩性花。發育雄蕊5枚,花絲極短,花藥長2.05 mm,寬0.91 mm(圖5:6);子房卵形,縱徑約1.86 mm,橫徑約0.91 mm,花柱長約5.25 mm,呈尾狀漸尖,柱頭小(圖5:7)。發育雄蕊、子房及花柱被退化雄蕊的中輪和內輪所包裹,只有柱頭尖端露出(圖3:8-11)。

1:sepals;2:petals;3:external whorl of staminodes;4:second whorl of staminodes;5:inner whorl of staminodes;6:stamens (filaments,anthers);7:pistil,ovary,flower stalk.

合柱金蓮木的果序軸長約8.75 cm,果序寬約5.08 cm,果序柄基徑約0.83 mm,果序柄長約4.66 cm,果序軸上的分穗(叢)數(總軸上的分枝數與叢生蒴果叢數之和)約11穗(叢),每串果序約有18個蒴果;蒴果卵球形,先端具宿存的細長花柱,果皮上有3道凹槽,成熟蒴果開裂時,從其先端順凹槽下裂,先端形成嘴狀裂口,種子可從裂口掉出。蒴果果球縱徑約4.94 mm,橫徑約4.36 mm,蒴果千粒重(干重)約18.24 g,單果種子數約21粒;種子橢圓形,縱徑約1.52 mm,橫徑約0.78 mm。種皮硬而脆,呈暗紅色。種子千粒重(干重)約0.61 g。

按照每株15.56串花序(果序)(表2),每串花序(果序)18個蒴果,每個蒴果21粒種子,則平均每株成齡合柱金蓮木的種子數為15.56×18×21=5 881.68粒。

2.4 交配系統分析

2.4.1 熒光引物PCR的檢測結果

采集用于交配系統研究的合柱金蓮木種子,最終培養到35株幼苗,對應17株母株(即17個家系),所有家系的成員合計52個個體,9對熒光引物在52個個體上共檢測到140個等位基因,每個等位基因的片段大小為107-345 bp不等。下圖為其中一個合柱金蓮木DNA樣本分別在兩對熒光引物(熒光素分別為FAM和HEX)上擴增的結果(圖6),圖6(a)和6(b)相對應的基因座分別為雜合子和純合子基因型。

Numerical values in the vertical axis represent fluorescence intensities,and those in the horizontal axis represent the size of the amplified fragment.The appearance of two distinct peaks in (a) indicates that the locus is heterozygous,while the appearance of a single distinct peak in (b) indicates that the locus is homozygous.The horizontal axis values corresponding to each peak in the figure represent the size of their amplified fragments.

2.4.2 交配系統

經過培養得到的合柱金蓮木幼苗對應的17個家系分別屬于5個采樣點,每個采樣點的家系數目3-4個。鑒于每個采樣點的家系數目太少,本研究將17個家系作為整體來分析合柱金蓮木的交配系統,其結果見表4。

表4 合柱金蓮木的交配系統參數

從近交系數理論推算值(F1=0.171)來看,合柱金蓮木在理論上偏離了Hardy-Weinbery平衡,在物種水平上有過剩的純合子;而從親本近交系數當代估算值(F=-0.032)來看,合柱金蓮木在物種水平上接近隨機交配,但從該估算值的標準差(0.136,該數值比較大)來看,可知該物種的部分種群偏離Hardy-Weinbery平衡,部分種群存在近親交配。

合柱金蓮木的預期異交率(te)、多位點異交率(tm)和單位點異交率(ts)分別為0.709、0.982和0.752。tm與ts的差值反映雙親近交程度,合柱金蓮木多位點異交率高于單位點異交率,即tm-ts=0.230>0,說明在物種水平上合柱金蓮木存在一定比例的近交(雙親的近交比例為0.230)。

合柱金蓮木物種水平上的多位點相關度(rpm)和單位點相關度(rps)分別為0.272和0.314,其單位點相關度大于多位點相關度(rps-rpm=0.042>0),說明物種內部存在明顯分化的種群遺傳結構。異交子代間親本相關性(rp)為0.213,表明部分子代共享了親本。近交衰退系數(δ)大于0,說明合柱金蓮木在物種水平上存在近交衰退。

3 討論

合柱金蓮木的花為圓錐花序,平均每株成齡植株的花序數量為15串左右,花序單花數平均達27朵。合柱金蓮木的單花開放在1 d內完成,但因單花開放不同步,其花期長達1個多月。這種集成花序結構的花,開花持續時間長且不同步,一方面保證植株在較長的時間內能成功完成異花傳粉受精過程,從而保證生殖成功;另一方面也可降低花期惡劣的自然環境對其生殖成功造成的不良影響,這是部分植物長期適應環境影響所形成的一種生殖策略[30]。從種子量來看,合柱金蓮木的花采取的集成花序結構策略是成功的,合柱金蓮木的平均每串果序的蒴果數約18個,每個蒴果的種子數約21粒,平均每株的種子數達5 881.68粒,種子數量極大。

合柱金蓮木的發育雄蕊與雌蕊異長,花藥遠低于花柱,它們被包裹于退化雄蕊的中內輪當中,只有柱頭露出(圖3:8-11)。一個值得注意的問題是,筆者在對單花開放過程的觀測中,未發現任何有退化雄蕊中內輪展開的單花,但偶見有蜂類訪花,可未見訪花者長有可插入退化雄蕊的中內輪當中的長喙,被訪過的單花的退化雄蕊的中內輪亦未見有被咬破或咬開的情況。由于花藥被包裹于退化雄蕊的中內輪當中,退化雄蕊的中內輪不展開且不被昆蟲咬破或咬開,其花粉應是難以散發出來的,而其柱頭露在退化雄蕊中內輪外面,花粉如何傳授到柱頭,這是一個目前未弄明白的問題。因其單花太小,筆者做兩次套袋試驗均未成功,通過一些傳統的方法來確定其交配類型比較困難。由于合柱金蓮木退化雄蕊中內輪將花藥包裹得較為嚴實,風應難以將花粉吹散出來。因此,合柱金蓮木是否存在不經授粉的無融合生殖或自花授粉(可能在雌蕊柱頭伸出退化雄蕊中內輪之前已完成授粉)或其他筆者未觀測到的異花授粉行為,還需進一步深入研究。

本研究結果顯示,合柱金蓮木在理論上偏離了Hardy-Weinbery平衡,在物種水平上有過剩的純合子,部分種群存在近親交配。這一研究結果支持了Li等[8]關于合柱金蓮木種群存在近親交配的研究結論。本研究顯示合柱金蓮木物種水平上的近交系數理論推算值為0.171,小于Li等[8]關于合柱金蓮木各種群的近交系數理論推算值為0.464-0.950的研究結果。一般來講,物種水平上的近交系數比種群水平上的低屬正常;另外,由于Li等[8]的研究是采用變性聚丙烯酰胺凝膠電泳法結合人工讀帶對PCR產物進行相關分析,而本研究是采用毛細管電泳法結合Genemarker 2.2.0軟件來分析目標片段大小,人工讀帶可能出現偏差從而使兩個研究結果存在差異。

交配系統是物種的基本屬性,交配系統中的自交(或近交)程度受很多因素的影響,而這些因素與物種種群的大小密切相關。小種群因交配對象少,導致自交和近交概率明顯增加[31,32],多種小種群物種如蒜頭果(Malaniaoleifera)[33]、細葉楊(Populusilicifolia)[34]、龍棕(Trachycarpusnanus)[35]存在自交或近交現象。合柱金蓮木現有的幾個分布點的種群規模都十分小,各分布點的個體數量十分有限。目前尚不清楚合柱金蓮木的遺傳物質如何在不同的種群間傳播,但由于合柱金蓮木分布區地形復雜,種群之間被連綿的山地或丘陵隔離,且存在一定的地理距離,地理上的物理隔離勢必會給合柱金蓮木種群間的遺傳物質交流帶來困難。合柱金蓮木的種群間缺乏基因流,交配只能在個體數十分有限的種群內進行,有限的種群個體自然增加了合柱金蓮木的自交或近交概率。另外,種群間缺乏基因流,使得合柱金蓮木種群間難免出現遺傳分化,從而使該物種內部出現明顯分化的種群遺傳結構。

許多珍稀瀕危植物在惡劣環境下,為防止滅絕而采用近交策略來增加后代個體數[36]。對于植物來說,近交可以提高種群對片段化生境的適應性、減輕傳粉媒介數量不足等影響[37],但近交也會導致遺傳多樣性喪失,最終失去生存和發展的基礎[38,39]。長期近交會引起近交衰退從而使后代的生存能力下降,在遇到環境波動時很容易滅絕[40]。瀕危植物的遺傳多樣性通常比較低,生態適應幅度狹窄,近交會致使其種群適應能力進一步下降,并使得有限的遺傳多樣性進一步喪失,從而加劇瀕危程度。合柱金蓮木遺傳多樣性低[8,41,42]且存在近交,且本研究檢測到合柱金蓮木在物種水平上存在近交衰退(δ=4.332>0),因此交配系統中存在一定程度的近交可能是合柱金蓮木瀕危的重要因素之一。

4 結論

成齡合柱金蓮木植株平均地徑、平均株高和平均冠幅分別為0.70、129.67和81.98 cm,平均每株結花序15.56串,有一定比例的成齡植株為叢生植株。與S3分布點相比,S2分布點的成齡植株更大、平均每株花序數更多。合柱金蓮木于3月下旬至4月中上旬進入抽(花)序期,4月中下旬進入現蕾期,4月下旬至5月中下旬為開花期,5月下旬至6月上旬進入果實發育期,再經過60-70 d的生長,果實進入成熟期。合柱金蓮木的單花開放在1 d內完成,其花序的單花數約為27朵/串,果序的蒴果數約為18個/串,結果植株平均每株的種子數達5 881.68粒,種子量極大。

合柱金蓮木在理論上偏離了Hardy-Weinbery平衡,在物種水平上有過剩的純合子。此外,合柱金蓮木的多位點異交率(tm=0.982)高于單位點異交率(ts=0.752),說明在物種水平上合柱金蓮木存在一定比例的近交,雙親的近交比例為0.230,且存在近交衰退(δ=4.332>0)。合柱金蓮木在物種水平上的多位點相關度(rpm)和單位點相關度(rps)分別為0.272和0.314,其物種內部存在明顯分化的種群遺傳結構,其異交子代間親本相關性(rp)為0.213,表明部分子代共享了親本。交配系統中存在一定程度的近交可能是合柱金蓮木瀕危的重要因素之一。