反季節杧果花器官結構對胚胎敗育的影響

賀軍虎　馬鋒旺　陳業淵　趙小青　陳華蕊　欒愛萍

摘要 [目的]研究反季節杧果花器官結構對胚胎敗育的影響。[方法]觀察反季節杧果生產中花器官和胚胎的結構，探索反季節杧果胚胎敗育過程中“金煌”品種的細胞學結構變化，研究胚胎敗育的細胞學機理。[結果]“金煌”雄蕊退化，花粉囊間發育差異十分顯著，花粉囊小的花粉數量少，而花粉囊大的花粉數量多且發育至成熟，僅有少部分花粉囊的花粉退化，花粉生活力為76.9%。雌器官出現子房萎縮變形、胚珠橫生現象；胚珠周圍的輸導組織斷裂現象普遍；在胚囊8核期間，在同一或不同胚珠中出現極核細胞消失或者退化，反足細胞個別退化、助細胞個別或者全部退化的現象。[結論]以上因素都會影響胚珠受精，引起授粉受精不良。

關鍵詞 杧果；反季節；器官；敗育

中圖分類號 S667.7 文獻標識碼

A 文章編號 0517-6611（2018）14-0055-05

Effects of Floral Structure on the Embryo Abortion of the Antiseason Mango

HE Junhu1，2，MA Fengwang2， CHEN Yeyuan1 et al （1.Tropic Crops GeneticResources Institute，Chinese Academy of Tropic Agricultural Sciences，Danzhou，Hainan 571737；2.College of Horticulture，Northwest A & F University，Yangling，Shaanxi 712100）

Abstract [Objective]To research the effects of floral structure on the embryo abortion of the antiseason mango.[Method] We observed the floral organ and embryo structure of antiseason mango， explored the changes of cytology structure of mango cultivar Jinhuang druing embryo abortion， and researched the cytological mechanism of embryo abortion.[Result]Jinhuang showed stamen degeneration， there were significant differences in anther development， the bigger anther possessed the more pollen quantity with higher maturity.Only a few pollen in sac showed degeneration. Pollen activity was 76.9%.In female organs， there were phenomena of ovary atrophy and hemitropous ovule；and the broken transmission tissue was common around the conducting tissue.When the megaspore developed in stage of eight nucleolus， polar nucleus cell disappeared or degenerated in the same or different ovules.[Conclusion] All these factors might affect the fertilization of the ovule， and lead to poor pollination and fertilization.

Key words Mango；Antiseasona；Organ；Abortion

胚敗育即種子敗育，該現象普遍存在于園藝作物中。反季節杧果胚胎敗育后在成熟的果實中只留下部分硬化的種痕，果實可以持續發育到成熟，但果實體積異常小。關于杧果胚胎的敗育前人研究主要集中在兩個方面。董軍等[1]和黃鏡浩[2]分別研究了因推遲開花和低溫引起的芒果不同品種的胚胎敗育。董軍等[1]認為，胚胎敗育是由于雌蕊敗育引起的，主要是8核時期胚囊中的各個組成如卵細胞、助細胞、極核和反足細胞退化引起的，從而導致胚囊敗育、胚珠萎縮或種胚中途敗育。黃鏡浩[2]認為，低溫下（10～20 ℃）杧果花粉母細胞在進行減數分裂時期核仁行為異常，出現大量的微核仁、單價體和多價體現象，這些均可能導致雄性不育、子房或者胚珠畸形。雌配子發育成熟后卵細胞和助 細胞全部降解。這些原因都不是胚胎敗育的最根本原因，花粉管的生長緩慢和授粉受精成功率低導致了無籽果實的產生[3] 。海南的杧果反季節栽培，采用的栽培品種和措施不同于廣東的“東鎮”“臺農一號”杧果，開花期在11月下旬—12月上旬，花期溫度適宜。鑒于此，筆者對反季節杧果生產中花器官和胚胎的結構進行觀察，試圖探索反季節杧果胚胎敗育過程中“金煌”品種的細胞學結構變化，研究胚胎敗育的細胞學機理。

1 材料與方法

1.1 材料

開花期間在三亞市市南田農場龍樓隊果園取樣，品種為8年生的 “金煌”，樹體已經連續4年經過反季節生產技術處理。

1.2 方法

從現蕾到盛花期，每2 d取花朵樣1次，每個時期的花朵取20個左右，大小分級，在卡諾固定液中固定，4 ℃保存備用。坐果后每10 d 左右采集1 次幼果，每個時期的正常和敗育果實至少各取10 個。剝開胚，觀察判斷胚胎是否敗育，并照相，直至胚胎敗育完成。判斷胚胎是否敗育的方法為：剖開果實觀察，胚珠蒼白瘦小，胚體占據子房空間小，部分組織褐變的為胚胎敗育果實，反之則為胚胎正常果實。

花期采集充分成熟的花粉放入小瓶中并帶回室內，用于花粉生活力調查試驗。

1.2.1 杧果花粉活力調查。采用氯化三苯基四氮唑（TTC）方法 [4]處理，鏡檢并統計觀察視野。

1.2.2 光鏡觀察。將材料均勻加入其體積20～50倍的100%酒精和冰醋酸按照3 ∶1的溶液卡諾氏液中固定。經過酒精脫水、二甲苯透明后，進行浸蠟，包埋。番紅固綠染色，封片觀察。

2 結果與分析

2.1 雌蕊結構

2.1.1 柱頭、胚珠和子房結構。

正常的杧果雌蕊為子房單室，其胚珠倒生、胚孔向下，外具單層珠被、珠心厚，其組織發達，為典型的寥生胚珠，柱頭輸導組織發達。

對反季節杧果雌蕊的觀察表明，雌蕊存在著大量的雌蕊敗育現象，如柱頭表現為發育緩慢，或者停滯發育（圖1-1），進一步觀察其胚珠發現，有胚珠出現非典型的寥生胚珠現象，子房萎縮、畸形 （圖1-3）。同時研究還發現，無論何種類型的雌蕊異常，其珠被組織發育均正常。

2.1.2 胎座輸導組織結構。與發育正常胚胎的輸導組織有個別細小的斷裂現象比較（圖2-1），胚囊發育不正常的子房胎座輸導組織發生的異常斷裂明顯增多（圖2-2）。這表明反季節杧果中胎座的組織發育不致密，這勢必會減少通過胎座輸導組織輸導的營養物質的種類和數量，造成子房及其胚珠的發育障礙?？紤]到當地開花時的溫度比較適宜（均溫22.3 ℃，由海南省氣象局提供），推測可能由于噴施了高劑量的誘導成花物質刺激了花器官及其胎座輸導組織的迅速發育，導致了輸導組織發育不致密。在低溫條件下，發現“臺農一號”也有該現象。黃鏡浩[2]發現在低溫條件下胚胎敗育也有該類現象，這些組織的異常勢必影響果實及胚胎的正常發育。

2.1.3 胚囊發育。

在胚囊細胞的4核時期，細胞質溶質較多，胚囊核比較明顯，未出現敗育現象（圖3-1）；8核期間胚囊退化現象非常明顯，極核細胞消失，個別反足細胞退化，1個助細胞退化，卵細胞清晰（圖3-2、3-3）；也有2個近珠孔端的助細胞全部退化，卵細胞清晰，極核細胞退化變淡，但是反足細胞仍有未完全退化的現象（圖3-4）。在成熟的胚囊發育的8核期間，各個細胞清晰可見，但是助細胞全部退化（圖3-5）。因此，在反季節杧果胚囊發育的8核期期間，同一或不同的胚囊中出現極核細胞消失或者退化，反足細胞個別退化、助細胞個別或者全部退化的現象，這些影響了胚珠進一步的雙受精過程以及胚胎的發育。

2.2 雄蕊發育

2.2.1 花粉生活力。

“金煌”品種同樣存在著大量的雄蕊退化現象（圖4）。由表1可知，通過對海南省3個主要栽培品種“金煌”“臺農一號”“貴妃”進行調查表明，花粉生活力強的杧果品種按照比例從低到高依次為“貴妃”“臺農一號”“金煌”，而花粉生活力一般的按照比例從低向高依次為“臺農一號”“金煌”“貴妃”，具有活力的花粉按照比例從低到高依次為“臺農一號”“金煌”“貴妃”。黃鏡浩[2]的調查結果顯示，低溫下“臺農一號”的異?；ǚ郾壤秊?3.16%，常溫下為0.62%，因此低溫嚴重影響了杧果的花粉活力。該研究采取的杧果花粉是在常溫下，當地11月中旬采集（當地11月 平均氣溫為22.3 ℃），此時氣溫正常，花粉生活力異常（33.7%）可能與反季節杧果的生產技術措施有密切關系。前人研究認為，多效唑處理能顯著降低雄花數量，而兩性花

數量變化不大，從而提高了兩性花比例。由于多年施用多效唑、乙烯利、硝酸鉀的累計效應及其結合乙烯利和硝酸鉀催化后對花粉活力的影響尚未有報道，因而難以比較。但反季節生產條件下的“臺農一號”花粉失去活力的比例比黃鏡浩[2]研究低溫下其活力的下降程度有所增加，說明反季節生產中采取的控梢、催花措施對于杧果的花粉生活力有一定的影響[5]。該研究及其后繼研究選用的“金煌”品種的花粉生活力為76.9%，因此可以順利進行授粉受精。

2.2.2 花粉囊發育。光鏡觀察結果顯示，“金煌”花粉囊中由外向內依次分為表皮細胞、藥室內壁、中層細胞、絨氈層和內部的花粉粒。試驗中花粉囊以2個居多，偶爾有3個（圖5-1）?；ǚ勰讣毎l育正常，四分體時期絨氈層尚未明顯退化（圖5-2， 5-3）。花粉囊發育不一致現象普遍，個別花粉囊中花粉數量極少、藥隔壁厚。花粉數量之間差異較大（圖5-3），成熟的花粉囊花粉多且發育正常，花粉中細胞質含量大，偶爾可見個別花粉粒退化（圖 5-3）。成熟花粉粒數量多，藥隔相對較薄，絨氈層退化（圖 5-4）。

花粉囊中的花粉少或者花粉囊停滯發育是反季節杧果“金煌”品種雄蕊敗育的主要表現形式（圖5-1， 5-3）。這與黃鏡浩在低溫對導致杧果的影響有所不同，在低溫條件下，“臺農一號”品種花粉母細胞會發生細胞融合，形成雙核結構[2]。在反季節條件下“金煌”杧果花粉囊中的花粉細胞多數出現退化現象（圖6）。而且，花粉細胞會發生退化，花粉囊不同，退化現象之間的差異很大，類似于溫敏型花粉敗育。有些花粉囊花粉非常少，有些花粉囊停止發育，而有些花粉囊花粉數量多而且發育完全（圖5-1）。

3 結論與討論

通過研究多種作物的胚胎敗育原因總結得出，胚胎的敗育原因多是胚乳的異常生長、胚乳核停止分裂、胚乳提前解體、退化導致胚乳衰敗和枯竭，受精卵難以獲得營養，嚴重影響正常胚胎發育，造成胚胎中途退化[6-8]。

杧果花朵存在雄蕊退化不育現象。雄花花絲短小、花藥萎縮。雄性不育有退化、溫敏2種。其中退化型花藥透明，其花粉母細胞在減數分裂前已經全數敗育；而溫敏型花粉敗育在發育的各個時期均有發生，以四分體—小孢子形成大液泡之前敗育為主，低溫可以造成小孢子和絨氈層發育異常，杧果花粉母細胞微核明顯增加，導致敗育。

杧果雌蕊敗育表現為子房萎縮、畸形，胚珠異常，胚囊未必發生異常。在低溫條件下，“臺農一號”品種兩性花的胚囊在4核期有部分異常，細胞壁將4核分隔，核退化解體，而正常溫度下無此現象[2]。東鎮紅杧雌蕊敗育主要表現為胚囊在8核時期卵細胞、助細胞、極核、反足細胞退化，導致授粉受精不良產生胚胎敗育[1]。

在該研究中，反季節杧果雄蕊退化多而復雜，花粉囊之間發育差異十分顯著，花粉囊小的花粉數量少，而花粉囊大的花粉數量大而發育成熟。除了部分花粉囊花粉退化外，發育正常的花粉生活力沒有影響到授粉受精，花粉生活力尚在76.9%。雌配子發育過程中，輸導組織中間斷裂，進而引起雌配子出現多種退化，如子房萎縮變形、胚珠橫生，同一或不同胚珠中出現極核、助細胞及其反足細胞的退化現象，這些都可以影響此后授粉受精和胚胎的發育。

董軍等[1]觀察發現，“東鎮”杧果8核期雌蕊敗育、胚珠發育不正常，在胚胎發育初期營養競爭不力造成無仁果實。然而，不同品種、不同脅迫之間可能有差異。該研究尚未發現雌性器官完全退化的現象，只是在“金煌”杧果胚囊8核期間，極核細胞退化、消失，助細胞1個或者2個全部退化、反足細胞個別退化，而卵細胞尚在。成熟胚囊的這種發育情況對于授粉受精會造成不良的影響，胚囊退化嚴重的會引起授粉受精不良，導致第1次生理落果，胚囊發育正常的可以完成受精，但是由于營養競爭能力不強形成無籽果實。

反季節杧果生產中，“金煌”品種雄蕊退化，花粉囊之間發育差異十分顯著，花粉囊小的花粉數量少，而花粉囊大的花粉數量多且發育成熟；雌器官出現子房萎縮變形、胚珠橫生現象；胚珠周圍的輸導組織斷裂現象普遍；在胚囊8核期間，在同一或者不同胚珠中出現極核細胞消失或者退化，反足細胞個別退化、助細胞個別或者全部退化的現象，這些都會影響此后的胚珠受精，引起授粉受精不良。

參考文獻

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[3] HUANG J H，MA W H，LIANG G L，et al.Effects of low temperatures on sexual reproduction of “Tainong 1” mango（Mangifera indica）[J].Scientia horticulturae，2010，126（9）：109-119.

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