野扁桃的繁育系統研究

程 靖，李 疆，羅淑萍，陸 婷

(新疆農業大學 林學與園藝學院，烏魯木齊 830052)

野扁桃的繁育系統研究

程 靖，李 疆，羅淑萍，陸 婷

(新疆農業大學 林學與園藝學院，烏魯木齊 830052)

為研究孑遺植物野扁桃的繁育系統，采用野外觀測、熒光顯微觀察及統計分析方法對野扁桃的繁育系統進行研究。結果表明，該種單花開花持續時間為8 d，花冠直徑為(24.79 ± 0.40) mm；花粉活力在剛散粉時最高達96.88%，在第17天半數花粉失去活性，第28天花粉完全失去活性；柱頭在開花第1～3天可授性最強，可持續7 d；雜交指數為3；自花花粉和異花花粉均能在柱頭上萌發，授異花花粉59 h后，花粉管進入子房。人工控制授粉試驗表明，自花、異花授粉均能結實，需要昆蟲傳粉媒介。以上結果說明，野扁桃屬于混合交配繁育系統類型，需要傳粉者。

野扁桃；雜交指數；授粉試驗；繁育系統

野扁桃(AmygdalusledebourianaSchlechet)也稱矮扁桃或野生巴旦杏，屬薔薇科李亞科桃屬扁桃亞屬植物，原產于歐洲東南和亞洲中西部，是珍貴的第三紀孑遺植物種類[1]，目前僅分布于哈薩克斯坦和新疆[2]。野扁桃不僅是多年生速生、抗旱、耐寒的油料兼藥用經濟樹種[3]，并且其花色艷麗、芳香，可作為早春觀花灌木在園林中應用，然而近年來，野扁桃自然居群分布面積在逐漸縮小[4]，已被列入國家重點保護野生植物名錄[5]，深入了解野扁桃居群退化的原因是保護和開發利用野扁桃種質資源的必要途徑。

植物繁育系統的生殖力、存活力、適應力低下等內在因素是植物走向瀕危的根本原因[6]，所以，要找出野扁桃居群的退化原因，了解其繁育系統是必要的途徑。植物的繁育系統是探討物種多樣性發生歷史、維持機理和保護策略的綜合研究，是所有影響后代遺傳組成有性特征的總和，主要包括花形態特征、傳粉特性和交配系統等[7]，曾斌[8]對新疆野扁桃繁殖生物學中的花芽形態分化、實生繁殖及組織培養繁殖進行研究，并進行人工授粉試驗，報道授粉15 d后的幼果坐果率，而對野扁桃成熟果坐果率高低、是否需要傳粉媒介以及限制結實的因素等還有待于進一步研究。為此，本試驗對野扁桃的繁育系統進行研究，以期為深入了解野扁桃的結實特性、揭示其種群生態適應性機制和促進種群恢復提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與試驗地概況

試驗材料采自新疆塔城地區裕民縣境內的野扁桃自然保護區，該地區海拔900～1 200 m，地理位置為北緯45°51′～45°55′，東經82°26′～82°33′，氣溫較高，年平均溫度5.3 ℃，最冷月為1月，平均氣溫-6.7 ℃；最熱月為7月，平均氣溫19 ℃，極端最高氣溫37.4 ℃，極端最低氣溫-32.0 ℃；降水豐富，土質松軟肥沃，土壤多為亞高山腐質土、草甸土、鈣質土，土層較厚，主要是殘積風化物、堆積物、洪積物等構成的母質，有機質含量豐富[8]。

1.2 研究方法

1.2.1 花部特征 開花前隨機標記30個生長一致的花蕾，觀測記錄花部形態、單花花期、花藥散粉所用的時間、雌雄蕊的空間位置，并測量花冠直徑。1.2.2 花粉活力與柱頭可授性的檢測 參考郭紅超等[9]的方法，采用MTT(噻唑藍)染色法對野扁桃的花粉活力及柱頭可授性進行測定。花粉活力測定具體方法：將即將開放的花蕾取回置于室內通風處，散粉后用棉簽將花粉彈于載玻片上，將1滴MTT溶液(100 mg MTT溶解在5 mL質量分數為5%的蔗糖溶液中)置于花粉樣品中，充分混勻，風干后再重復滴加1次MTT溶液，干后在顯微鏡下觀察，若花粉變藍黑色則表明有活力，若無變化或黃褐色則表明為無活力，統計著色花粉粒和未著色的花粉粒數目，然后計算花粉的活力百分率，每天定時觀察1次，每次制片3張，每片計數3個視野。

柱頭可授性測定的具體方法為：從10個植株上選取發育一致，即將開花的花蕾套袋以防止昆蟲拜訪，并做標記，從開花之日到花柱萎蔫為止，每天12:00隨機摘取10個標記花朵，將其柱頭浸入MTT溶液10 min，若柱頭顏色變為深藍色則表明其具有可授性，染色越深表示其柱頭表面酶活性越高，可授性也越強，無顏色變化則不具可授性。1.2.3 雜交指數(Outcrossing index, OCI) 依照Dafini[10]的方法計算OCI值，具體方法為：(1)花朵或花序直徑 <1 mm記為0，1～2 mm記為1，2～6 mm記為2，>6 mm記為3。(2)花藥開裂時間與柱頭可授粉期之間的時間間隔，同時或雌蕊先熟記為0，雄蕊先熟記為1。(3)柱頭與花藥的空間位置，同一高度記為0，空間分離記為1。三者之和為OCI值。當OCI=0時，繁育系統為閉花受精(Cleistogamy)；OCI=1時，繁育系統為專性自交(Obligate autogamy)；OCI=2時，繁育系統為兼性自交(Facultative autogamy)；OCI=3時，繁育系統為自交親和，有時需要傳粉者，OCI=4 時，繁育系統為部分自交親和，異交，需要傳粉者。

1.2.4 野扁桃人工授粉的熒光顯微觀察 開花前標記即將同日開放的300個花蕾，去雄套袋，分成2組，一組開花后人工授自花花粉，另一組授異花花粉，授粉后每隔3 h(22:00至次日10:00停止采樣)隨機采15朵花，將雌蕊用FAA(由體積分數70%的酒精、甲醛、冰醋酸按照體積比為89∶6∶5的方法配制)固定并帶回實驗室，用苯胺藍溶液(質量分數0.1%的苯胺藍+質量分數2.6 %的磷酸氫二鈉)染色并整體壓片，Olympus BH 22RFL型熒光顯微鏡下觀察并拍照。

1.2.5 控制授粉試驗 2015年4月在觀測點隨機標記植株大小相對一致且未開放的花近2 000朵，并將其分成5組進行如下處理：(1)對照，不套袋、不去雄、自由傳粉，用于檢測自然條件下的傳粉情況；(2)開花前去雄，套紙袋，檢測野扁桃是否無融合生殖；(3)開花前套紙袋、不去雄，檢測是否需要傳粉者；(4)人工自花傳粉，不去雄、套袋，檢測自交是否親和；(5)人工異株異花傳粉，套紙袋、去雄，檢測異交結實情況。

2 結果與分析

2.1 花部特征

野扁桃花兩性，輻射對稱，有花蜜和香氣，單花花期8 d；花瓣近圓形，粉紅色，花冠直徑(24.79±0.40)mm；雄蕊為20～31枚，平均24枚，花絲下部與萼筒貼生，花朵初開時為白色，開花后第4天基部漸變為玫紅色；花藥黃色，花瓣打開后花藥從外輪向內輪依次開裂散粉，全部花藥開裂歷時2 d；雌蕊子房上位，1室，著生2枚胚珠，花柱細長，柱頭綠色，為濕型柱頭，與雄蕊等高。

2.2 花粉活力與柱頭可授性的檢測

從圖1看出，野扁桃花藥散粉第1 天花粉活力最強，達到96.88%，此后逐漸降低，第17天半數花粉失去活力，直到第28天花粉活力完全喪失。柱頭可授性檢測結果表明，花初開時柱頭就能被染成深藍色，根據柱頭染色的速度及顏色，發現第1～3天柱頭染色最快、最深，表明柱頭表面酶有較高活性，可授性最強。隨后可授性下降，到第7天時柱頭雖仍能被染為藍色，但柱頭表面已明顯萎蔫褐變，不具備接受花粉的能力。

2.3 雜交指數

雜交指數(Outcrossing index, OCI)常用以判斷顯花植物的繁育系統類型，OCI值越高，繁育系統越傾向于異交并依賴傳粉媒介，相反則傾向于自交。根據野外觀測，野扁桃花直徑>6 mm，記為3；花粉活力和柱頭可授性檢測的結果表明花粉活力較強時，柱頭也具有可授性，同時成熟，記為0；雌雄蕊等高，記為0，故其雜交指數值為3，根據Dafini[10]雜交指數的判定標準，野扁桃的繁育系統為自交親和，有時需要傳粉者。

2.4 野扁桃人工授粉的熒光顯微觀察

通過熒光顯微觀察發現，自花花粉和異花花粉均能在柱頭萌發，圖2-a、2-b顯示授粉7 h后自花花粉和異花花粉在柱頭上萌發的情況；從圖2-c上可以看到，授自花花粉32 h后，花粉管到達花柱的近1/2處，未觀察到花柱中的胼胝質塞；從圖2-d可以看出，授異花花粉59 h后，花粉管進入子房。

圖1 野扁桃的花粉活力變化曲線Fig.1 Survivorship curve of pollens viability in A.ledebouriana

2.5 控制授粉對野扁桃坐果率的影響

從表1可以看出，去雄套袋處理沒有結實，表明野扁桃沒有無融合生殖現象；套紙袋防止昆蟲拜訪的處理也沒有結實，表明其沒有自發的自花傳粉現象，其結實需要傳粉媒介；人工輔助授粉處理的結果率均高于自然條件結果率，說明可能存在傳粉者不足的結實限制性因素；異花授粉高于自花授粉的結實率表明其繁育系統傾向于異交。

P.花粉粒 Pollen; PT.花粉管 Pollen tube；a.花粉在柱頭萌發(自花花粉) Pollen’s germination on the stigma (self combination); b.花粉在柱頭萌發(異花花粉) Pollen’s germination on the stigma (cross combination); c.32 h花粉管伸長到花柱的接近1/2處(自花花粉) Pollen tubes grow nearly to 1/2 of style (self combination); d.花粉管生長至子房(異花花粉) Pollen tube growth to ovary (cross combination)

圖2 野扁桃授粉的熒光顯微觀察Fig.2 Study on pollination experiment and growth of pollen tube under fluorescent microscope on A.ledebouriana

3 討 論

自交和異交是植物繁育系統研究的一對中心問題[11]。在自然界中，純粹的自交和異交種是很少見的，大多數植物都屬于混合交配系統[12-14]，雖然異交可以維持種群內高水平的遺傳變異，但自交率高的植物其花藥和柱頭的空間距離近，導致花粉更容易落在自己的柱頭上，而外來粉量卻幾乎不受影響[15]，因而能克服傳粉媒介的短缺，實現繁殖保障。與栽培扁桃和蒙古扁桃自交不親和的繁育系統不同[16-17]，野扁桃的雜交指數OCI值、自花粉和異花粉受精過程熒光顯微觀察以及田間授粉試驗等結果均表明新疆野扁桃的繁育系統為自交親和，傳粉過程需要傳粉者，屬于混合交配系統，與曾斌[8]的結論相符。植物的繁育系統與環境因子存在著密切的聯系[18]，面臨惡劣的環境條件，植物的繁育系統一般具有多樣性，且多為混合交配方式[19]，野扁桃屬于早春開花植物，常伴隨著頻繁的雨雪、多風天氣，因此，野扁桃在繁育系統上所表現出的特點，可以有效保障其在不利條件影響下的成功繁殖，也是對惡劣環境的生態適應性的表現。

Burd[20]提出在被子植物中花粉限制是一個普遍現象，研究結果顯示野扁桃上也存在花粉限制，首先，野扁桃花粉和柱頭同時呈現，這暗示著野扁桃受到傳粉者限制，因為兩性花植物雌雄功能在時間上和空間上分離能阻止花內自花傳粉及雌雄功能干擾[21]，而在缺少傳粉者的情況下，花粉和柱頭同時呈現則有利于在昆蟲的一次拜訪中兩性功能同時受益；此外，人工授粉能提高結實率的結果也表明其受到花粉限制。近年來野扁桃保護區蟲害嚴重[22]，噴灑藥物防治害蟲的同時也可能會對傳粉昆蟲造成威脅，導致傳粉昆蟲數量不足，進而影響到野扁桃等依賴于傳粉昆蟲的野生植物的生殖成功，因此在防治害蟲時還應重視傳粉昆蟲的保護。

野扁桃成熟果實的自然結實率很低，僅有2.64%，即使人工異花授粉，野扁桃結實率也才達到4.09%，相對于69%的幼果結實率較低[8]，說明果實在成熟過程中落果嚴重。除了花粉限制以外，資源限制也是導致花多果少的重要因素，而且花粉和資源限制往往同時發生[23]，那么野扁桃是否受到資源限制從而導致大量落果？其他環境因素，如晚霜凍、大風、越來越嚴重的蟲害[22]，以及放牧是否導致幼果脫落，并在多大程度上影響野扁桃生殖成功？這些問題還有待于進一步研究，這樣才能全面了解野扁桃的瀕危機制。建議提高自然保護區野扁桃病蟲害綜合防治水平，注重傳粉昆蟲的保護，并保護其生境不受破壞，以有效地保護野扁桃這一珍貴物種資源。

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(責任編輯：潘學燕 Responsible editor:PAN Xueyan)

Study on Breeding System ofAmygdalusledebouriana

CHENG Jing, LI Jiang, LUO Shuping and LU Ting

(College of Forestry and Horticulture, Xinjiang Agricultural University, Urumqi 830052, China)

A.ledebourianais a relict species in Xinjiang.Its breeding system was studied by field observation, fluorescence microscopy observation and statistical analysis methods.The results showed that the flowering process of single flower lasted for 8 days and the corolla diameter was (24.79±0.40) mm;the pollen viability was 96.88% at beginning, half pollen lost activity after 17 days and all pollens lost activity in the 28 th day;stigma had highest receptivity from 1 to 3 days at blossoming stage, lasting 7 days;the outcrossing index was 3;pollens in both self-pollination and cross-pollination germinated on the stigma, and pollen tubes could reach the ovary after 59 hours in cross-pollination.The study of artificial pollination showed that both self-pollination and cross-pollination were fertile, which it needed insects to be the pollination media.The results suggested that the breeding system is self-compatible and pollinators is needed.

Amygdalusledebouriana; Hybrid index; Artificial pollination; Breeding system

CHENG Jing, female, master student.Research area:ornamental plants and horticulture.E-mail：893116635@qq.com

LU Ting,female,Ph.D, associate professor, master supervisor.Research area:plant reproductive biology.E-mail:luting0909@126.com

日期：2016-12-29

網絡出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1220.S.20161229.1008.024.html

2016-01-29

2016-04-10

國家自然科學基金(31260186)。

程 靖，女，碩士研究生，研究方向為園林植物與觀賞園藝。E-mail：893116635@qq.com

陸 婷，女，博士，副教授，碩士生導師，研究方向為植物繁殖生態學。E-mail:luting0909@126.com

S662.9

A

1004-1389(2017)02-0242-06

Received 2016-01-29 Returned 2016-04-10

Foundation item National Natural Sciecne Foundation of China(No.31260186).