麻竹開花不孕發育過程及育性調控研究

徐振國，梁曉靜，梁梅華，黃大勇，羅圣杏

（1.廣西壯族自治區林業科學研究院 廣西優良用材林資源培育重點實驗室，廣西 南寧 530002；2.廣西生態工程職業技術學院，廣西 柳州 545004）

竹類植物屬無性繁殖的多年生植物，開花結實較為罕見，自然狀態下結實率較低[1]。竹類植物開花后多數死亡，給林業生產帶來損失[2]，由于竹類植物開花具稀少性、隨意性和不確定性等特點，使得有關竹子開花結實、花粉萌發及貯藏等方面的研究進展遲緩[3-4]。目前，有關竹子開花的現象及花粉形態的研究已有部分報道，且收獲種子多數以自然開花下結實為主[5-11]，喬桂榮[12]采用石蠟切片的觀察方法，從麻竹細胞的顯微結構上，觀察了花粉的發育過程；鐘遠標[13]以麻竹為材料開展繁育系統的系統研究，闡明了竹類植物的開花特性及結實規律。上世紀末，國內科學家開始利用竹子的開花進行育種，寧才強等[14]以開花的撐篙竹Bambusa pervariabilis和大綠竹Dendrocalamopsis daii Keng f.為材料，經過12 a雜交選育出了4個優良雜交新竹種；邢新婷等[8]開展了麻竹控制授粉時不同氣候條件和花枝位置對結實率的研究，并獲得了少量種子；袁金玲等[15]對麻竹等5個開花的叢生竹種進行人工授粉，分別獲得麻竹種子388粒、麻竹種內和麻竹×綠竹種子1 495粒。2000年后，桂北部分竹農開始利用生長素對開花毛竹進行處理，獲得大量種子；孫立方[11]據毛竹Phyllostachys edulis生殖發育階段所需營養，設計配方，用來提高其種實產量，其結實率為 100%，其中成熟飽滿種子比例平均為58%，得出了促進毛竹種實產量最優配方。雖然上述研究取得了部分成果，但與傳統農作物相比還有很大差距，竹類植物在雜交育種和種質創新方面需進一步深入研究。

麻竹具有出筍早、產量高、經濟效益顯著等特點[16]。在高度集約經營過程中，麻竹經常出現零星開花，且在自然狀態下開花的麻竹結實率很低，嚴重制約了該類植物的遺傳改良進程。本研究立足于麻竹花分化形成到開花期這段決定麻竹開花發育和退化的關鍵時期，分析麻竹開花模式，掌握麻竹花期形態發生過程，并以此為依據進行花期調控，摸索麻竹開花結實新技術。

1 試驗地概況與研究方法

1.1 試驗地概況

麻竹開花生物學特性觀察主要在廣西貴港瓦塘鄉、廣西玉林博白縣、廣西來賓金秀縣、廣西桂林灌陽縣，這4個地點共發現開花麻竹21叢、107株。激素調控試驗設在廣西桂林灌陽縣洞井洞井瑤族鄉麻竹示范基地，該地位于118°55′E，25°16′N，海拔337 m，屬亞熱帶季風氣候區，年均氣溫17.5 ℃，略低于全縣平均氣溫，雨量充沛，年降雨量在1 530 mm以上，光照充足。

1.2 麻竹開花生物學特性調查

定點踏查：標記開花的麻竹，記錄開花地點，開花時間，經緯度、栽培模式，開花類型（局部開花或全體開花）、死亡情況（開花致死、開花不死、或者兩者并存）、結實狀況（開花結實、開花不結實、處理后結實、處理后不結實）[2]。

定株觀察：記錄麻竹開花的起止日期，觀察花穗出現和展放的時間、花藥生長等生物特性；觀察麻竹開花、授粉及到種子成熟的過程，記錄麻竹花、種子和竹稈的變化特征[17]。

1.3 麻竹花粉形態觀察

于9:00前，采集盛開的新鮮花藥置于干燥的硫酸紙上，陰干30～60 min，抖出花粉，放入干燥的離心管，加入FAA固定液，固定24 h以上，放入有冰袋的冰盒，帶回實驗室。置于電鏡前進行晾曬，直接涂散在導電雙面膠帶上，噴金鍍膜，移入場發射環境掃描電子顯微鏡（VEGA3 TESCAN）下進行觀察[11]。

1.4 麻竹開花激素調控

采用竹腔注入法研究外源生長調節劑對麻竹花發育和結實的調控效應。激素種類包括生長素（IAA）、赤霉素（GA）和脫落酸（ABA）3種激素，分別于開花前期、開花中期、開花后期等3個分化時期向竹腔內注入外源激素。注射選用5號針頭和2 mL針筒，選擇離地徑10 cm左右的竹節注射，每叢注射5株。于11月底，記錄每株穗粒數和產量。

試驗采用L9(3)4進行正交試驗，共9個樣地，每個處理5株。為消除不同竹種間施肥所產生的差異性，采用各單株種子數量與胸徑之比進行分析，數據采用SPSS 16.0軟件進行處理。

2 結果與分析

2.1 麻竹開花的基本生物學觀察

統計21叢開花麻竹，結果表明：15叢為整叢開花，6叢為部分單竹開花；麻竹開花不成片，零星分布；立地相同的麻竹林內，不同竹叢開花的最小距離為3～5 m（相鄰），最大距離超過10 km（圖1A）。麻竹開花前期，竹筍產量低或者停止生長，小枝生長變態葉直至幾乎無葉，自然狀態下開花的麻竹無種實（圖1B）。麻竹開花后叢內竹株陸續干枯死亡，一方面由于麻竹開花結實要消耗掉大量的養分，而這些養分來自根、莖、葉，所以開花結實后，營養器官中貯存的營養大部分被消耗，更重要的是開花后竹葉全部脫落，光合作用減弱，竹株上部水分驟減，竹株生理脫水嚴重，最后導致干枯死亡[1]。

通過野外觀察表明，麻竹花期持續時間較長，每年4—11月均能開花。麻竹屬假花序，無葉，花枝穗狀。花為穎花，性器官是花小穗和小花。花小穗的組成，平均由3～10朵小花組成，有的多達15朵。小穗棕紫色，長圓形，側面較扁（圖1C）。小穗軸節間極短縮，穎片通常2枚；小花在開放時穎片吸水膨脹，雌雄花期不同步，雌蕊花絲先成熟，其末端卷曲或微卷，呈淡紫紅色，線形，易枯萎（圖1E）；內外稃片微張開，花絲及花柱迅速伸長，柱頭和花藥露出花外，1枚3裂柱頭伸出花外，花藥呈黃色，頂端尖頭（圖1D）；竹花屬于閉合型。

2.2 麻竹花粉的形態特征

通過電鏡掃描觀察，麻竹花粉形態在顯微鏡下觀察為近球形，表面凹凸狀，花粉平均直徑為27.1 μm，外壁紋飾密布細小顆粒物，具單個萌發孔，在掃描電鏡下觀察為圓形或者近似圓形，孔周圍具有明顯的孔環，萌發孔外孔徑平均3.83 μm，內孔徑平均直徑1.96 μm。見圖2。

圖1 麻竹開花的生物學特性Fig. 1 The floral biological characteristics of Dendrocalamus latiflorus

圖2 麻竹的花粉形態及萌發Fig. 2 The pollen shape and genmination of Dendrocalamus latiflorus

2.3 麻竹開花不孕發育過程

選擇開花竹株3主枝6分枝進行連續觀測，每隔20 min觀測開花狀態。花芽分3種類型分布：少部分簇生，約有5～10個，大部分花芽2個為1簇，剩余部分基本干癟退化。

從6:30開始，統計共有14個小枝，115個花芽，其中80%雌蕊全部開放，僅僅2個花芽出現雄蕊。每個花芽大約包含5～12雄蕊，2～5個雌蕊。雄蕊中，花藥平均長度6.35 mm，花絲長度3.30 mm。

7:30，有2個花芽雌蕊退化，雄蕊開放外露，只見部分花藥，未見花絲。7:50統計，共計13個花芽開放，此時花藥已經全部外露，花芽濕潤飽滿，詳細見圖3，測量13個花藥的長度取平均值，花藥平均長度5.35 mm。8:40出現陽光，21個花芽開放，此時，花藥與花絲逐漸失水，開始萎縮，到9:40共有60個花芽開放，這段時間內花芽開放比例最大。10:40統計共有64個開放花芽，大部分花芽及花絲開始出現失水萎縮。在花芽開放過程中，雌蕊出現干枯脫落，雄蕊逐漸萌動出稃，因此同一個花芽，雌蕊與雄蕊呈先后順序開放，無法同時間內自花授粉。太陽出現后，花粉極容易失水，花粉未萌發或者萌發后瞬間干枯失去活力，從而導致異花授粉結實率極低，再加上麻竹開花后，營養元素的不規則轉化，導致麻竹體內營養元素供應不足，此結果也導致麻竹開花不實。因此，如果選擇人工授粉，應該在光照前進行花粉采集與授粉。

圖3 麻竹開花不育的發育過程Fig. 3 Development process of Dendrocalamus latiflorus on flowering infertility

2.4 麻竹種實育性調控研究

藥劑處理后40 d左右，觀察麻竹花穗及采集到的麻竹種子，見圖4。由圖4可以看出，激素處理可不同程度地促進麻竹開花，增加麻竹雄花數量，同時激素處理提高了小穗開花比例。麻竹果實為堅果狀穎果，卵球形，去稃后的種子表面光滑無毛，腹部微扁平，表面中部有一條明顯的縱溝槽，種子先端呈灰黑色，具有由全部或部分花柱發育而成的喙。隨機抽取40粒種子，分別測量其長度和直徑，結果表明，激素處理后麻竹種子長度變化范圍為0.55～0.86 mm，直徑為2.22～3.35 mm。

圖4 處理后收集的麻竹花穗及種子Fig. 4 The flowering and seeds of Dendrocalamus latiflorus

對不同激素處理進行方差分析，結果見表1。由表1可以看出，生長素的P＝0.047＜0.05，表明生長素營養處理水平差異顯著，赤霉素與脫落酸處理差異均不顯著。綜上所述，可以得出生長素可以促進麻竹育性結實。

3 結論與討論

麻竹屬假花序，花期為每年的4—11月，無葉花枝穗狀，開花前竹筍產量降低，小枝生長變態葉直至幾乎無葉；花為穎花，由3～10朵小花組成，開放時雌蕊花絲較長且先成熟，屬于閉合型。花粉粒平均直徑為27.1 μm，具單個萌發孔，外孔徑平均3.83 μm，內孔徑平均直徑1.96 μm。麻竹種子為堅果狀穎果，卵球形，種子長度0.55～0.86 mm，直徑2.22～3.35 mm。麻竹開花不孕主要有3個原因：①雌蕊與雄蕊呈先后順序開放，無法同時間內自花授粉；②日照后，花粉及易容易失水，而導致異花授粉結實率極低；③麻竹開花后營養元素的不規則轉化，導致麻竹體內營養元素供應不足。另外，鐘遠標等[13]研究發現，麻竹開花的小穗上只有上部3～4朵小花的柱頭能正常伸出稃片外，中、下部小花和開花后期發育的小花生長不良或無法伸出稃片外，導致授粉率偏低，這是結實率偏低的另外一個重要原因。采用竹腔注入法，注射外源生長調節劑對麻竹花發育和結實進行調控，可以促進麻竹開花，增加麻竹雄花數量，提高麻竹育性結實率。

表1 麻竹種實調控方差分析?Table 1 Variance analysis of bamboo seed control

關于麻竹花期記錄，部分文獻已經有記載。戴啟惠在《廣西竹種及栽培》中記載，麻竹于每年3—5月開花，4—7月結實；周芳純與邢欣婷等研究表明，麻竹盛花期常在3—5月，花期一直持續到10—11月。作者通過長年走訪調查發現，每年4—11月都能發現開花麻竹，其結論與后兩位研究結論相近。另外，在相關文獻及教科書中均未發現于麻竹雄蕊描述，如《中國植物志.第九版》《廣西竹類植物》僅詳細描述的麻竹雄蕊的特征（花絲及花藥），其原因可能是因為在麻竹開花過程中，雌蕊萌發較早，雄蕊露出后，雌蕊已經干枯，大多數研究人員忽視了雌蕊的存在。

大量研究表明，植物內源激素對植物開花有調控效應，在小麥Triticum aestivum L.小花兩級分化中，激素之間比值穩定可促進可孕花的發育，生長素與其它激素比值的下降導致開花不孕[20]；庫爾勒香梨花期各種內源激素之間就已開始相互調節，并且花期不同部位內源激素的分布對果萼的脫落能起關鍵作用[21]；開花雷竹IAA在竹葉和竹稈中明顯地降低；毛竹花期（6月中旬）開花毛竹葉、枝和稈中的生長素含量顯著降低[22]。

麻竹因其開花比較頻繁，自然結實率較高，被作為竹類育種方法研究的材料。本研究僅僅在開花前期注射植物生長素誘導種子形成，由于麻竹開花受多種激素的調節，激素比值的高低調控不同部位的發育[4]，為更好地調控麻竹開花結實，下一步研究過程中，應了解不同激素在麻竹開花過程中的作用，應著重收集麻竹開花信息，利用其自然開花，開展雜交育種，尤其是種間雜交育種，篩選正反交均優的組合，加快麻竹遺傳育種改良進程，促進產業化發展。