無患子開花進(jìn)程、花粉活力和柱頭可授性研究

張加正，洪 莉，俞諧琴，柏明娥，王國英

(1.臺州科技職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江 臺州 318020； 2.臺州市黃巖區(qū)農(nóng)業(yè)林業(yè)局，浙江 黃巖 318020；3.浙江省林業(yè)科學(xué)研究院，浙江 杭州 310023； 4.天臺縣林業(yè)特產(chǎn)局，浙江 天臺 317200)

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無患子開花進(jìn)程、花粉活力和柱頭可授性研究

張加正1，洪 莉1，俞諧琴2，柏明娥3，王國英4

(1.臺州科技職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江 臺州 318020； 2.臺州市黃巖區(qū)農(nóng)業(yè)林業(yè)局，浙江 黃巖 318020；3.浙江省林業(yè)科學(xué)研究院，浙江 杭州 310023； 4.天臺縣林業(yè)特產(chǎn)局，浙江 天臺 317200)

采用定株觀察、花粉離體培養(yǎng)及聯(lián)苯胺-過氧化氫測定方法，分別對無患子開花進(jìn)程、花粉活力和柱頭可授性進(jìn)行研究。結(jié)果表明，無患子為頂生復(fù)總狀無限花序，花單性，雌雄同株，雄花和雌花同時著生在花序上，雄花較多，占70%～80%，雌花較少，占20%～30%。5月中旬為初花期，5月下旬為盛花期，6月中旬為終花期，整個花期歷時30 d左右，伴隨花開花落、幼果逐漸形成的動態(tài)過程。雄花自雄蕊伸出至小花脫落為8 d左右；雌花當(dāng)柱頭初露出花瓣時為綠色，之后隨著柱頭的顯露呈現(xiàn)紅褐色細(xì)點(diǎn)并留存在花枝上。花冠開放第3天的花粉活力最高，平均為40.2%，第4天稍下降，并以中午11∶00活力最高。柱頭伸出花瓣1 mm左右且為綠色時活力最高，可授性最強(qiáng)，從柱頭初顯至與花瓣齊平到柱頭伸出花瓣2 mm左右的時間為5～6 d，第1～3天柱頭可授性呈上升趨勢，第4天后可授性減弱，直到柱頭出現(xiàn)細(xì)黑點(diǎn)后可授性消失。

無患子； 開花進(jìn)程； 花粉活力； 柱頭可授性

無患子(SapindusmukorossiGaertn.)為無患子科喬木樹種，又稱肥皂樹，果皮含豐富的皂苷并具良好起泡性和很強(qiáng)去污能力[1-3]，可生產(chǎn)生物洗滌劑。浙江、福建、貴州等地大面積種植無患子皂用林[4-6]，研究者開展無患子皂用良種選擇和造林模式研究[7-11]，但很少有人關(guān)注無患子開花結(jié)實(shí)特性的研究[12]，特別是花粉的活力和柱頭的可授性狀尚未見報道。研究花粉活力和柱頭的可授性是研究開花結(jié)果特性的基礎(chǔ)，更是雜交育種的基礎(chǔ)。研究表明，無患子分布面積廣，不同地理種源或產(chǎn)地與居群在生長量和果皮經(jīng)濟(jì)性狀等方面存在一定差異和遺傳多樣性[13-21]，具有潛在雜交優(yōu)勢育種基礎(chǔ)。開展無患子開花結(jié)實(shí)進(jìn)程和花粉活力及柱頭可授性研究，對無患子雜交良種選育和高產(chǎn)良種優(yōu)化結(jié)構(gòu)模式配置等應(yīng)用性研究具有重要意義。

1 材料與方法

研究地點(diǎn)為浙江省天臺縣赤城街道，地理坐標(biāo)29°10′20.69″E,21°02′36.31″N，屬亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)。據(jù)1961—2005年氣象統(tǒng)計[22]，年平均溫度16.9 ℃，其中1998年最高為18.1 ℃，1981年最低為16.0 ℃，極端最高氣溫41.7 ℃(1961年7月23日)，極端最低氣溫-9.1 ℃(1967年12月30日)。年平均降水量1 370.0 mm，其中1962年最多為1 780.5 mm，1967年最少為838.4 mm。全年日照時數(shù)在1 768.2～2 296.4 h。表現(xiàn)為四季分明，夏季酷熱，雨水較多，熱量充足的氣候特點(diǎn)。地帶性植被為中亞熱帶常綠闊葉林。

2013—2015年，選擇3株25年生的成年無患子作為固定樣株，連續(xù)3年定期觀察群體花期和單花花期的開花進(jìn)程。于2015年開展花粉活力和柱頭可授性測試。花粉活力測試采用離體培養(yǎng)法，培養(yǎng)基為12%蔗糖+30 mg·L-1硼酸進(jìn)行花粉萌發(fā)試驗(yàn)，培養(yǎng)溫度25 ℃，培養(yǎng)時間4 h，在Olympus 10×10倍數(shù)顯微鏡下鏡檢計數(shù)，以花粉管長度超過花粉粒直徑作為萌發(fā)標(biāo)準(zhǔn)，24 h后仍不萌發(fā)的花粉粒定為不萌發(fā)花粉，重復(fù)5次。采用聯(lián)苯胺-過氧化氫法(MTT)測定柱頭可授性，聯(lián)苯胺-過氧化氫反應(yīng)液由1%聯(lián)苯胺∶3%過氧化氫∶水按4∶11∶22配制，取花瓣不同開放程度，也即柱頭不同出露程度，將柱頭浸入凹面載玻片中含有聯(lián)苯胺-過氧化氫反應(yīng)液凹陷處，如果柱頭周圍呈現(xiàn)藍(lán)色并有大量氣泡出現(xiàn)則顯示可授性，重復(fù)5次。

2 結(jié)果與分析

2.1 無患子開花結(jié)實(shí)進(jìn)程

2.1.1 花器官特征

無患子圓錐花序頂生；花小，黃白色，輻射對稱，直徑3～5 mm；花梗很短，幾乎貼生于花枝上。萼片5，卵圓形，大的長約2 mm，覆瓦狀排列；花瓣5，卵狀披針形，長約2 mm。花盤蝶狀；雄蕊8，花絲下部被白色長柔毛；花柱短，子房三角狀卵形，無毛，3室，每室有1胚珠。

雌雄同株是單性和兩性花同時存在于花序枝上。由圖1可見，單性雄花明顯缺乏子房，8枚雄蕊直立，花絲長約3.5 mm。兩性花中的雄蕊退化成矮縮或卷曲的花絲，當(dāng)柱頭伸出花瓣時，退化的雄蕊還蜷縮在花瓣內(nèi)。在同一花序枝上單性和兩性花并存，但以單性雄花為多，占70%～80%，兩性花較少，占20%～30%。

圖1 無患子單性雄花(左)和不育單性雌花(右)

2.1.2 群體花期

經(jīng)2013—2015年對無患子群體花期的定期觀察表明，無患子在浙江天臺于4月下旬至5月上旬為花序形成期；5月中旬為初花期，整株樹上出現(xiàn)少量的黃白色花；5月下旬為盛花期，花滿枝頭，同時地面也灑滿脫落的小花，盛花期歷時15 d左右，整個過程呈現(xiàn)花開花落的過程；6月上旬至中旬為幼果形成期，6月底開花期基本結(jié)束；7月以后進(jìn)入果實(shí)生長期；10月中、下旬果實(shí)成熟，進(jìn)入采摘期。無患子整個花期表現(xiàn)出花開花落、幼果形成至果實(shí)成熟、相互交叉進(jìn)行的過程。果實(shí)成熟期也很不一致，在整個花軸上可以看到不同發(fā)育程度的花朵，著生在花軸下面的花朵發(fā)育較早，幼果形成相對較早，而接近花軸頂部的花朵發(fā)育相對較遲。由此認(rèn)為，無患子群體花期是在4月下旬至5月上旬為花序形成期，5月中旬為初花期，5月下旬為盛花期，6月上中旬為幼果形成期，7—10月為果實(shí)生長期，10月中下旬為果實(shí)成熟期。

2.1.3 單花花期

同一花序枝上，單性雄花和雄蕊敗熟的假兩性花同時存在，也無分布規(guī)律可循。在單花花期觀察中，先是花蕾形成，在整個花枝上由下至上逐漸增多、增大。之后，先形成的花蕾頂部由綠變黃，并逐漸綻放花瓣。單性的雄花伸出雄蕊，可孕的假兩性花露出柱頭。就單性的雄花而言，自雄蕊伸出至小花脫落為8 d左右；就可孕的假兩性花而言，當(dāng)柱頭初露出花瓣時為綠色，之后柱頭稍顯紅褐色細(xì)點(diǎn)，隨后子房很快膨大，覆瓦狀排列的花瓣逐漸開展并暴露出蜷縮的退化或敗熟的雄蕊，柱頭也隨之轉(zhuǎn)變成黑褐色，留存在花枝或花序軸上(圖2)。

圖2 無患子單性雄花和可孕單性雌花在花枝上的分布

2.2 花粉活力

由圖3可見，雄花開花第1～2天由于花冠剛張開，花粉發(fā)育尚未完全成熟，因此其活力相對較低，通常在5%以下；花冠開放至第3天的花粉活力最高，平均為40.2%，第4天稍下降，至第5天迅速下降至10.3%。用同樣的方法對無患子假兩性可孕花的雄蕊花粉活力測試表明均無萌發(fā)活力，可能無患子的兩性可孕花的雄蕊已經(jīng)自然退化或敗熟，且當(dāng)柱頭轉(zhuǎn)黑已喪失授粉能力時雄蕊才顯露。因此進(jìn)一步觀察表明，無患子不為自花授粉，而為異花授粉，其兩性花是一個假象，實(shí)為雄蕊退化的單性雌花。

圖3 不同花期的花粉活力

在同日內(nèi)對單性雄花花粉萌發(fā)率的測試表明(圖4)，從開花第4天不同時間段的花粉活力來看，早上9:00采集的花粉未鏡檢出有花粉萌發(fā)，而中午11:00采集的花粉其活力最高達(dá)33.6%，14:00其活力又明顯降至13.3%。因此，無患子雄花花粉活力最好的應(yīng)該是開花后第3天，并以中午11:00活力最高，花粉活力基本上可正常保持2～3 d。

圖4 同日內(nèi)不同時間段花粉活力

2.3 柱頭可授性

測試表明，無患子在蕾期盡管處在含苞待放，但柱頭還處在花瓣內(nèi)，尚未出露，其活力為零，說明柱頭還不具備可授性。當(dāng)花瓣細(xì)裂開1 mm時，柱頭初顯在花瓣裂縫中，并與花瓣基本齊平的情況下，柱頭活力明顯提高至氣泡數(shù)量12.3個，具有一定的可授性。柱頭活力最高的是當(dāng)花瓣綻放，柱頭伸出花瓣1 mm左右，并呈綠色期，反應(yīng)液氣泡數(shù)量平均達(dá)28.6個，說明柱頭在該時期的活力最高，可授性最強(qiáng)。當(dāng)花瓣全綻放，柱頭伸出花瓣2 mm左右，柱頭呈褐色細(xì)點(diǎn)，退化雄蕊也可見的情況下，氣泡數(shù)量迅速降至1.7個，幾乎處于無活力狀態(tài)，說明柱頭的可授性已很弱。另據(jù)觀察表明，從柱頭初顯至與花瓣齊平到柱頭伸出花瓣2 mm左右的時間為5～6 d，第1～3天柱頭可授性呈上升趨勢，第4天后可授性減弱，直到柱頭出現(xiàn)細(xì)黑點(diǎn)后可授性消失。由此認(rèn)為，根據(jù)無患子花瓣開裂程度和柱頭伸展程度，將柱頭的可授性分為4個階段。

圖5顯示，第1階段為含苞待放的蕾期，柱頭還處在花瓣中，無可授性；第2階段為花瓣細(xì)裂1 mm，柱頭初露且明顯在花瓣裂縫中并與花瓣基本齊平，可授性明顯增強(qiáng)；第3階段為花瓣綻放，柱頭伸出花瓣1 mm左右，柱頭呈綠色，此時可授性最強(qiáng)；第4階段當(dāng)花瓣全綻放，柱頭伸出花瓣2 mm左右，柱頭呈現(xiàn)褐色細(xì)點(diǎn)，退化雄蕊也可見，柱頭的可授性明顯減弱。

圖5 柱頭不同出露程度活力變化

3 小結(jié)與討論

無患子雌雄同株，圓錐花序，為無限花序，頂生或近頂生，主花軸分枝，每個分枝均為總狀花序，故又稱復(fù)總狀花序，在同一花序中單性雄花和假兩性可孕花并存。經(jīng)測試，假兩性可孕花中的雄蕊已退化并蜷縮成無活力的雄蕊，其兩性花實(shí)為單性的雌花，因此花序中單性雄花和單性雌花同時并存，并以雄花為多，占70%～80%，雌花相對較少，占20%～30%。

在浙江天臺研究點(diǎn)，無患子于4月下旬至5月上旬為花序形成期，5月中旬為初花期，5月下旬為盛花期，6月上中旬為幼果形成期，6月底開花期基本結(jié)束，7月進(jìn)入果實(shí)生長期。盛花期歷時15 d左右。整個花期表現(xiàn)出花開花落、相互交叉的過程，從始花期到終花期歷時30 d左右。雄花自雄蕊伸出至小花脫落為8 d左右；雌花當(dāng)柱頭初露出花瓣時為綠色，之后隨著柱頭的顯露呈現(xiàn)紅褐色細(xì)點(diǎn)，隨后子房很快膨大柱頭也隨之轉(zhuǎn)變成黑褐色并留存在花枝上。

無患子的花粉活力是當(dāng)花冠開放至第3天的花粉活力最高，平均為40.2%，第4天稍下降，至第5天迅速下降至10.3%，并以中午11:00活力最高，花粉活力基本上可正常保持2～3 d。柱頭的可授性是當(dāng)柱頭伸出花瓣1 mm左右且呈綠色期的活力最高，從柱頭初顯至與花瓣齊平到柱頭伸出花瓣2 mm左右的時間為5～6 d，第1～3天柱頭可授性呈上升趨勢，第4天后可授性減弱，直到柱頭出現(xiàn)細(xì)黑點(diǎn)后可授性消失。

植物的開花結(jié)果和花粉活力及柱頭可授性主要受植物本身遺傳基因所決定，同一植物的不同品種也不盡相同，薄殼山核桃[23]波尼品種在散粉后第1～5天的花粉活力在28.4%～48.3%，平均為35.4%，而馬漢品種散粉后活力只為4 d，其平均活力為29.7%；馬漢等品種柱頭的可授性可持續(xù)2～3 d，但當(dāng)柱頭表面出現(xiàn)黑點(diǎn)時就不具可授性。油茶[24]湘林系列馬1號等的花粉活力在散粉1～8 h內(nèi)呈上升趨勢，并在1～3 d內(nèi)可保持較高活力水平，之后逐漸下降，柱頭可授期在開花4 h達(dá)最高值，并可持續(xù)1～5 d。與上述同類研究相比，本研究在開花特性、花粉活力及柱頭可授性上雖有一定的區(qū)別，但花粉活力和柱頭可授性從開花初期較弱隨后上升的特征與規(guī)律基本相似，而花粉活力和柱頭可授性持續(xù)時間的不同，主要與植物本身的遺傳有關(guān)。對無患子開花進(jìn)程、花粉活力及柱頭可授性特征的研究，可為無患子雜交育種方法和技術(shù)提供參考依據(jù)。花粉活力還受到不同貯藏方法的影響[25]，其對于無患子花粉的影響還有待進(jìn)一步研究。

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(責(zé)任編輯：張瑞麟)

2017-02-22

浙江省臺州市科技計劃項(xiàng)目(111KY16)；浙江省科技計劃項(xiàng)目(2010SY03)

張加正(1963—)，男，浙江天臺人，教授級高工，從事林業(yè)科研與管理工作，E-mail：jiazhzh@163.com。

10.16178/j.issn.0528-9017.20170743

S68

A

0528-9017(2017)07-1227-04

文獻(xiàn)著錄格式：張加正，洪莉，俞諧琴，等. 無患子開花進(jìn)程、花粉活力和柱頭可授性研究[J].浙江農(nóng)業(yè)科學(xué)，2017，58(7)：1227-1230.