苦瓜花芽分化的形態學結構觀察及花粉活力測定

王國莉 吳惠冰

摘要：【目的】觀察苦瓜花芽分化的形態學結構，測定其花粉活力，為研究苦瓜生理和提高苦瓜果實產量提供參考依據。【方法】2015年2～5月，在苦瓜盛花期用體視顯微鏡觀察苦瓜花芽分化的形態學結構，采用花粉離體萌發法測定苦瓜開花后的花粉活力。【結果】苦瓜的雄、雌花芽分化均分為 8 個時期：花芽原基期即無性期，花芽直徑約0.37 mm；萼片分化期，花芽直徑約 0.41 mm；花瓣分化期，花芽直徑約0.44 mm；雄蕊原基分化期，花芽直徑約0.54 mm；雌蕊原基分化期即兩性期，花芽直徑約0.57 mm；單性期初成期，花芽直徑約0.64 mm；雄蕊原基膨大期，花芽直徑約1.47 mm（雌花為子房膨大期，花芽直徑約0.85 mm）；雄花成熟期，花芽直徑約3.24 mm（雌花成熟期，花芽直徑約1.67 mm）。花粉活力測定結果表明，上午9：00 采集的苦瓜花粉萌發率和花粉管長度均達最大值。【結論】苦瓜花芽分化是外始式分化，經歷了從無性期到兩性花再到單性花的分化過程，且雄花分化早于雌花；花粉活力最高的時間段在上午8：00～10：00，利用該時段進行苦瓜授粉，可提高花粉萌發率并促進花粉管伸長生長，有助于提高苦瓜育種效率和產量。

關鍵詞： 苦瓜；花芽分化；形態學結構；花粉活力

中圖分類號： S642.5 文獻標志碼：A 文章編號：2095-1191（2016）02-0241-05

0 引言

【研究意義】苦瓜（Momordica charantia L.）是葫蘆科苦瓜屬一年生蔬菜，營養和藥用價值極高（Barua et al.，2014）。瓜類的性別表現與其經濟價值有密切關系，而高產的先決條件是多開雌花少開雄花，在花芽分化期即開始鑒定其花芽雌雄性別并加以合理選擇或人工誘導，可促使多開雌花，但苦瓜性別分化過程復雜，表現不穩定和易變，育種實踐中難以對其性別的表型現象加以利用。因此，探討苦瓜性別分化過程，了解其生長發育規律，對苦瓜生理研究及優質高產具有重要意義。【前人研究進展】花芽分化是植物生長發育過程中的重要環節（吳莉英等，2007），同時也是一個復雜的形態建成過程。汪俏梅和曾廣文（1998）研究表明，苦瓜性別分化需經歷兩性期，兩性花的發育方向與相應組織中RNA和蛋白質合成能力的強弱有關。彭書明等（2006）研究認為，BAG基因直接參與苦瓜花和果實發育。高等植物的花芽分化多為外始式，按分化順序劃分為花原基、萼片、花瓣、雌蕊及雄蕊原基5個時期（曲波等，2010）。目前，已有學者采用石蠟切片技術和超薄切片技術等方法，開展了西葫蘆（戚藝軍等，2004）、薄皮甜瓜（郝敬虹等，2007）和南瓜（秦俊芬等，2011）等花芽分化過程中的形態結構研究。袁高峰（2004）將黃瓜、張玲玲（2006）將苦瓜、秦俊芬等（2011）將南瓜性別分化過程按不同形態特征分為10個時期。田斐等（2007）開展低溫對黃瓜花粉萌發影響研究，結果表明，開花溫度和萌發溫度對花粉萌發率均有顯著影響，且開花溫度的影響更明顯。花粉活力代表花粉存活和發育能力，采用離體萌發法測定花粉活力是目前應用較多的一種方法（胡新軍等，2009）。許利彩等（2009）研究發現，TTC染色法是一種快速準確測定西葫蘆花粉活力的染色方法，西葫蘆最佳授粉時間為上午6：00～8：00。【本研究切入點】目前，對苦瓜花芽分化和花粉活力的研究鮮見報道。【擬解決的關鍵問題】觀察苦瓜花芽分化的形態學結構，測定其花粉活力，探討苦瓜花芽分化規律，為有效揭示苦瓜花芽分化過程及提高苦瓜育種效率和果實產量提供參考依據。

1 材料與方法

1. 1 試驗材料

試驗于2015年2～5月在惠州學院教學實踐基地進行。強雄性苦瓜品種中華由廣州賽田農業科技有限公司提供，強雌性苦瓜品種為本研究課題組選育的新品種。選取籽粒飽滿的苦瓜種子，55 ℃溫水浸泡30 min后，再用清水繼續浸泡24 h，洗凈后于30 ℃恒溫箱催芽，待種子露白后播種，二葉一心期定植，采用常規栽培方法管理。

1. 2 試驗方法

1. 2. 1 苦瓜花芽分化及花器官發育不同時期觀察 于苦瓜盛花期，隨機選取強雌性、強雄性植株各10株，切取花芽將在第2 d開放的最底部節位側蔓，立即帶回實驗室進行清洗，將不同節位的雌、雄花芽和花蕾整體解剖后在體視顯微鏡下進行形態學觀察，花芽分化各時期的大小和形態特征進行對應。參考袁高峰（2004）對黃瓜、秦俊芬等（2011）對南瓜兩種葫蘆科植物花芽分化形態分期方法對苦瓜花芽分化過程進行劃分。

1. 2. 2 苦瓜成熟花粉活力測定 開花當天從6：00～12：00，每隔1 h挑選發育正常的雄花進行花粉活力測定。在添加9.5%蔗糖及100.0 mg/L硼酸的液體培養基中、27 ℃恒溫培養苦瓜花粉1 h后在體視鏡下觀察花粉萌發情況，以有效視野內可觀察到20個以上花粉粒、花粉管長度大于花粉粒直徑為花粉萌發標準。

每處理觀察5朵花，在每個玻片中隨機統計10 個不重復的有效視野花粉的萌發率，取其平均值。每處理3次重復。每處理選20個萌發的花粉管測量其長度并取平均值。

花粉萌發率（%）=萌發花粉粒數/視野中花粉粒總數×100

1. 3 統計分析

試驗數據采用Excel 2013進行統計，采用SPSS 16.0軟件進行方差分析。

2 結果與分析

2. 1 苦瓜雌、雄花芽分化的形態學觀察

通過對不同大小的苦瓜花芽進行解剖觀察，綜合花芽原基形態變化和花芽分化特點，可將苦瓜花芽分化過程分為8個時期。

2. 1. 1 花芽原基期 苦瓜花芽原基產生于葉腋處，長寬差異不明顯，半球形（圖1-a），直徑約0.37 mm。花芽與葉芽的區別是葉芽頂端較尖。

2. 1. 2 萼片分化期 隨著花芽原基的繼續生長發育，花芽原基上端開始下凹，分化出萼片原基（圖1-b），此時花芽直徑約0.41 mm。萼片原基成月牙狀，最終發育成萼片。

2. 1. 3 花瓣分化期 萼片原基延長并向內彎曲生長，在其內部產生花瓣原基（圖1-c），此時花芽體積增大不明顯，花芽直徑約0.44 mm。花瓣原基最后可發育為花冠。

2. 1. 4 雄蕊原基分化期 萼片原基及花瓣原基繼續延長，內側突起形成雄蕊原基（圖1-d），萼片原基繼續彎曲生長逐漸連接，此時花芽直徑約0.54 mm。隨著性器官基因的表達，若雄蕊停止生長，則花芽最終發育為雌花；若雄蕊原基繼續伸長發育，則花芽最終發育為雄花。

2. 1. 5 雌蕊原基分化期 隨著雄蕊原基繼續發育，其內側基部突起形成雌蕊原基（圖1-e），此時花芽直徑約0.57 mm，萼片原基已經緊密相連。雌蕊原基可能消失（花芽分化發育為雄花），或繼續生長發育形成雌蕊（花芽分化發育為雌花）。

2. 1. 6 單性期初成期 從花瓣原基形成到雌蕊原基分化階段，苦瓜雄花與雌花的形態基本一致。隨著性別控制基因的進一步表達，花芽繼續分化最終形成雌花或雄花。在雄花發育過程中，雄蕊進一步發育，雌蕊原基產生后，花芽中心不發生凹陷，雌蕊逐漸變小（圖1-i），花芽直徑約0.64 mm。

在雌花發育過程中，雌蕊原基繼續生長，中心開始凹陷（圖1-f），雄蕊停止生長，此時花芽直徑約0.65 mm。

2. 1. 7 雄蕊原基膨大期和子房膨大期 雄花發育至此時，雌蕊原基變小、消失，而雄蕊原基繼續發育（圖1-j），花芽直徑約1.47 mm。雌花發育至此時，雄蕊原基停止發育，雌蕊下陷，形成下位子房（圖1-g），花芽直徑約0.85 mm。

2. 1. 8 雄花成熟期和雌花成熟期 雄花的花芽直徑迅速增大，雄蕊原基繼續生長，最終形成成熟雄花（圖1-k），此時期花芽直徑約3.24 mm，雌蕊原基已退化消失。雌花的雌蕊不斷發育形成柱頭、子房和花柱，子房發育粗且長，最后發育為成熟雌花（圖1-h），此時期花芽直徑約1.67 mm，仍可觀察到兩性期后停止發育的雄蕊。

綜上所述，苦瓜花芽分化過程與葫蘆科植物南瓜、黃瓜相似，經歷了從無性期到雙性期再到單性期的分化過程。

2. 2 苦瓜開花后花粉活力的變化

2. 2. 1 花粉萌發率測定結果 由表1可知，苦瓜開花后隨著時間推移，花粉活力呈先升高后降低的變化趨勢，其中上午6：00～9：00花粉萌發率呈升高趨勢，以6：00測定的萌發率最低，僅51.90%，顯著低于其他各時間點測定的花粉萌發率（P<0.05，下同），上午9：00測定的花粉萌發率最高，為83.05%，顯著高于其他各時間點測定的花粉萌發率；10：00～12：00花粉萌發率呈下降趨勢，11：00和12：00分別降至72.78%和67.11%。

2. 2. 2 花粉管萌發情況 由表2可知，上午6：00采集花粉所測得的花粉管長度最短，平均為279.33 μm，之后顯著增加，至上午9：00采集花粉測得的花粉管平均生長長度最長，平均為415.00 μm。9：00～12：00采集的花粉其花粉管生長逐漸變慢，12：00采集花粉的花粉管長度降至354.00 μm。

綜上所述，上午9：00采集的苦瓜花粉其萌發率最高、花粉管長度最長，說明此時是苦瓜授粉的最佳時期；8：00和10：00苦瓜花粉萌發率和花粉管的長度值接近9：00，因而苦瓜育種及生產上在8：00～10：00進行授粉，可提高育種效率和產量。

3 討論

苦瓜花芽分化與大多數瓜類植物相似，均是外始式分化（汪俏梅和曾廣文，1997；李興國等，2001；Kater et al.，2001），從外到內依次生長分化萼片、花瓣和雄蕊（雌蕊），雄蕊分化早于雌蕊。苦瓜的性別分化實質上是從兩性花向單性花轉化的過程，雌雄花的性別決定也是由性器官原基的選擇性誘導或敗育引起。本研究中苦瓜的雌、雄花兩性期之前沒有明顯的形態學差異，隨著性別表達程序的開啟，雄花的雄蕊體積快速增大，雌花花芽開始凹陷形成下位子房，雌、雄花出現形態差異，可鑒定雌、雄花的性別，雌、雄花發育進程存在差異，且雄花發育略快于雌花，與袁高峰（2004）對黃瓜花芽分化及張玲玲（2006）對苦瓜花芽分化形態學過程的描述基本一致。汪俏梅和曾廣文（1997）進行苦瓜性別分化過程的形態學研究發現，現蕾7 d的苦瓜花芽雄、雌開始明顯分化，而本研究僅采用苦瓜盛花期不同大小的花芽進行研究，今后可結合石蠟切片和掃描電鏡對苦瓜花芽分化和性別表達過程進行詳細探討。

本研究對比了苦瓜與黃瓜、南瓜花芽分化及性別表達的差異，將苦瓜花芽分化過程細分為3個階段8個時期，前5個時期為無性期和單性期，雄花和雌花的發育階段相同，從第6個時期開始苦瓜進入單性分化期。每個時期花芽直徑與葫蘆科其他植物的花芽直徑大小接近（楊興華，1978）。8個時期中花芽直徑逐漸增大，性別分化中雌花花芽直徑增大速度較雄花慢。本研究對苦瓜單性花發育時期的精細劃分及對各發育時期特征的描述，既可為揭示苦瓜性器官發生原理提供理論依據，也可為完善不同性別花芽取樣技術打下基礎，有助于推動苦瓜性別分化的分子機理研究。

苦瓜花粉萌發率和花粉管長度可作為評價苦瓜花粉活力高低的標準。常勝合等（2009）研究認為，花粉離體萌發法的檢測結果與花粉實際活力接近。本研究發現，上午9：00苦瓜花粉萌發率及花粉管生長速度均達頂峰，因而認為9：00是苦瓜授粉最佳時期，生產上可選擇上午8：00～10：00進行人工授粉，最好在11：00前結束。這一研究結果為提高苦瓜育種成功率和增加產量提供了直接證據。

4 結論

本研究結果表明，苦瓜花芽分化過程分為8個時期，經歷了從無性期到兩性花再向單性花轉化的過程，從外到內依次分化萼片、花瓣、雄蕊（雌蕊），雄蕊分化早于雌蕊，雌雄花分化是由性器官原基的選擇性誘導或敗育引起，可作為揭示苦瓜性器官發生原理的參考依據；上午9：00是苦瓜授粉最佳時期，選擇上午8：00～10：00進行人工授粉，有助于提高苦瓜育種效率和產量。

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（責任編輯 思利華）