我國油茶生殖生物學(xué)研究進(jìn)展

鄒 鋒，譚曉風(fēng)，袁德義，張 琳

中南林業(yè)科技大學(xué)經(jīng)濟(jì)林育種與栽培國家林業(yè)局重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南 長沙 410004

我國油茶生殖生物學(xué)研究進(jìn)展

鄒 鋒，譚曉風(fēng)，袁德義，張 琳

中南林業(yè)科技大學(xué)經(jīng)濟(jì)林育種與栽培國家林業(yè)局重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南 長沙 410004

介紹了有關(guān)油茶(Camelliaoleifera)的生殖生物學(xué)研究進(jìn)展，具體包括油茶有性生殖過程中雌雄系統(tǒng)形態(tài)結(jié)構(gòu)、發(fā)育變化情況和受精過程，油茶雜交親和性，以及油茶生殖工程等方面的研究所取得的進(jìn)展。

油茶(Camelliaoleifera)；生殖生物學(xué)；有性生殖；雜交親和性；生殖工程

油茶(Camelliaoleifera)為山茶科山茶屬植物，又名茶子樹、油茶樹，是我國南方重要的木本油料樹種，具有栽培歷史悠久、分布區(qū)域廣、栽培面積大、用途多等特點(diǎn)[1]。油茶為雌雄同株、異花授粉植物[2,3]。目前生產(chǎn)上廣泛應(yīng)用的大多是人工選育的無性系[4～6]。由于油茶主要以無性繁殖為主，過去有關(guān)油茶的研究主要側(cè)重于常規(guī)優(yōu)質(zhì)豐產(chǎn)栽培技術(shù)方面，而對油茶有性生殖研究較少。油茶生殖發(fā)育過程的研究，對指導(dǎo)生產(chǎn)和油茶育種具有重要的理論和實(shí)踐意義。20世紀(jì)80年代以來，隨著生殖生物學(xué)理論和實(shí)驗(yàn)手段的不斷發(fā)展，有關(guān)油茶生殖生物學(xué)的研究在有性生殖過程、種間雜交親和性以及生殖工程等方面取得了一定的進(jìn)展。為此，筆者現(xiàn)就油茶生殖生物學(xué)的研究進(jìn)展作一簡要的介紹。

1 有性生殖過程的研究

1.1 花藥的結(jié)構(gòu)、小孢子發(fā)生和花粉的發(fā)育

油茶的花藥壁分為4層，由表及里依次為表皮層、纖維層、中層和絨氈層[7]，其中絨氈層對小孢子和花粉的發(fā)育有重要意義，主要是因?yàn)樗置陔蓦召|(zhì)酶使小孢子分離，合成識別蛋白釋放到花粉外壁，絨氈層的降解產(chǎn)物可作為花粉合成DNA、RNA、蛋白質(zhì)和淀粉的原料[8]。小孢子形成時(shí)，絨氈層開始解體，花粉粒成熟時(shí)只剩殘跡，屬腺質(zhì)絨氈層?；ǚ勰讣?xì)胞在8月上旬到9月下旬進(jìn)入減數(shù)分裂過程，胞質(zhì)分裂為同時(shí)型。小孢子四分體多為四面體形，四分體解體后釋放單個(gè)的小孢子。小孢子是雄配子體的第一個(gè)細(xì)胞，由它經(jīng)過2次有絲分裂，形成雄配子體[9]。

盛哲等[10]發(fā)現(xiàn)攸縣油茶(C.yuhsienensisHu.)的成熟花粉為二細(xì)胞型花粉。束際林等[11]對油茶花粉外壁的超微結(jié)構(gòu)觀察結(jié)果表明，油茶花粉較大，二側(cè)對稱，單粒，外壁內(nèi)層較厚，表面具網(wǎng)狀紋飾，以3溝或3擬孔溝為主的萌發(fā)孔類型。攸縣油茶傳粉前營養(yǎng)核解體形成三團(tuán)染色深的核物質(zhì)分別位于萌發(fā)孔端，具壁的生殖細(xì)胞為長紡錘形[9]。鄢東海等[12]對油茶的花粉粒生殖細(xì)胞用光學(xué)顯微鏡進(jìn)行了形態(tài)觀察，結(jié)果與肖德興等[9]報(bào)道的類似。

1.2 大孢子體的發(fā)生和雌配子體的形成

油茶胚囊和卵器的研究，遠(yuǎn)比精子的探討更為困難和復(fù)雜，因?yàn)樗鼈兩钌畹芈癫卦谂咧樯钐?，難于觀察并掌握其發(fā)育動(dòng)態(tài)，所以有關(guān)這方面的詳細(xì)研究報(bào)道不多。油茶的子房有3～5個(gè)心室，內(nèi)有3～10個(gè)胚珠，每個(gè)胚珠由珠心、珠被、珠孔、承珠盤和胚珠維管束等部分組成，胚珠一般倒生，珠心由內(nèi)外2層珠被包圍。油茶的胚珠為薄珠心類型[13]。大孢子母細(xì)胞由緊貼珠心表皮的孢原細(xì)胞直接分化而來，細(xì)胞體積大、細(xì)胞質(zhì)濃、細(xì)胞核大而明顯，經(jīng)減數(shù)分裂先形成二分體，珠孔端二分體細(xì)胞逐漸退化，合點(diǎn)端二分體細(xì)胞經(jīng)過3次連續(xù)的分裂先后形成二核、四核，最后發(fā)育形成成熟的八核胚囊即雌配子體。油茶胚囊的發(fā)育典型屬于蔥形[13～15]。成熟胚囊包括珠孔端的卵器，中央兩個(gè)極核和合點(diǎn)端的3個(gè)反足細(xì)胞，卵細(xì)胞和助細(xì)胞有一定的區(qū)別，卵細(xì)胞較助細(xì)胞略大，細(xì)胞核較小，位于合點(diǎn)端的細(xì)胞質(zhì)中，液泡靠近珠孔端，助細(xì)胞則相反；兩極核靠近卵器；反足細(xì)胞一般成品字形排列[15]。

1.3 受精過程

當(dāng)花粉粒傳到柱頭上后，即為柱頭液粘附，花粉粒吸收柱頭液而膨脹，由萌發(fā)孔處伸出花粉管，穿入柱頭，花柱通向子房。在花粉管萌發(fā)過程中，管核移向花粉管的前端，并逐漸消失，生殖細(xì)胞也隨后進(jìn)入花粉管，并在管內(nèi)分裂成2個(gè)精細(xì)胞。花粉管進(jìn)入子房室，由珠孔穿入胚囊，一個(gè)精細(xì)胞與卵細(xì)胞受精，形成合子，以后發(fā)育成胚；另一個(gè)精細(xì)胞與次生核受精，形成初生胚乳核，而完成受精全過程。何漢杏等[7]發(fā)現(xiàn)，油茶胚囊在發(fā)育過程中，有少數(shù)形成多卵，多卵受精后，一粒種子中有多個(gè)胚，稱為多胚現(xiàn)象。受精作用最適宜的溫度為20 ℃，但只有中午有幾個(gè)小時(shí)在10 ℃以上，也可完成受精作用。在人工培養(yǎng)基上，僅2 h即可觀察到萌發(fā)花粉粒?；ǚ哿Ｃ劝l(fā)快，是油茶生殖的特點(diǎn)。楊志玲等[16]以長瓣短柱茶(C.grijsiiHance)與浙江紅山茶(C.chekiangoleosa)有性雜交時(shí)，觀察到花粉管在花柱中伸長其前1/3長度時(shí)速度快，24 h后進(jìn)入子房，48 h完成受精。有關(guān)油茶受精過程中精卵結(jié)合的詳細(xì)情況報(bào)道少見，有待進(jìn)一步深入研究。

1.4 胚和胚乳的發(fā)育

油茶胚的發(fā)育是從合子細(xì)胞分裂開始的。精卵融合后形成合子，合子休眠于翌年4月發(fā)育，初生胚乳核一般不經(jīng)過休眠便直接開始初生胚乳核的分裂，比受精卵的分裂早，分裂后的核不立即形成細(xì)胞壁，而是呈游離狀態(tài)分布在胚囊中央細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)中。油茶胚乳為核型，核極少。到次年的5月中下旬，胚乳出現(xiàn)極薄的膜分開，多邊形、較大，細(xì)胞核小而成解體狀，5月中旬形成原胚，6月中旬形成心形胚和魚雷形胚，最后形成成熟胚[13,17,18]。隨著胚和胚乳的發(fā)育，整個(gè)胚珠發(fā)育為種子。珠被成為保護(hù)新形成的孢子體的種皮。

1.5 果實(shí)及種子的發(fā)育

未受精的子房在花后一周內(nèi)陸續(xù)脫落，受精的子房鱗片脫落，在宿存花瓣的保護(hù)下渡過冬季，逐漸發(fā)育為蒴果，子房形成果皮，胚珠形成種子，每個(gè)子房室內(nèi)雖有胚珠多數(shù)，但最后每室只有1～6個(gè)胚珠形成種子[1～3]。陳永忠等[19]對油茶主要良種的標(biāo)定植株進(jìn)行了果實(shí)生長和含油量分析研究。結(jié)果表明，油茶果實(shí)體積生長主要在6月中旬至7月下旬；油茶果實(shí)質(zhì)量的增加主要在6月中旬至7月下旬和9月中旬至10月下旬2個(gè)高峰期；油茶種仁含油率、鮮籽含油率和鮮果含油率均隨果實(shí)生長逐漸增加，年周期內(nèi)存在2個(gè)增長高峰期。

2 種間雜交親和性的研究

種間雜交親和性的研究，是植物生殖生物學(xué)中一個(gè)很重要的內(nèi)容，為植物雜交育種工作的深入開展提供了條件。80年代以來，國內(nèi)對油茶物種間雜交親和性進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，其他因素也影響其雜交親和性，如參與雜交的父本與母本親緣關(guān)系的遠(yuǎn)近[20,21]、花粉的質(zhì)量[22～24]、花粉與柱頭的識別[25]、花粉在柱頭及子房中的行為[25]、雜交親本花粉母細(xì)胞在減數(shù)分裂過程中的染色體的配對行為等[26]。陶源等[27]以宛田紅花油茶(C.polyodontaHow)為母本，毛瓣金花茶(C.pubipetalaWan.etHuang.)為父本雜交，獲得子一代，表明此雜交成功。周盛等[28]對普通油茶(C.oleiferaAbel.)、江西小果油茶(C.meiooarpaHu.)、越南油茶(C.vietnamensisHuang.exHu.)等5個(gè)物種進(jìn)行了種間雜交試驗(yàn)，表明雜種子一代的可孕性比其親本的可育性顯著下降。楊志玲等[29]以山茶屬紅山茶組內(nèi)4個(gè)物種及22個(gè)品種為雜交親本進(jìn)行了試驗(yàn)，結(jié)果表明花粉質(zhì)量對不同物種或品種雜交親和性有明顯的影響。楊志玲等[30]開展了山茶屬紅山茶組物種間及其紅山茶起源的品種間雜交親和性的研究，2年雜交試驗(yàn)表明：紅山茶組3對物種正反交組合之間均存在一定的親和性。楊志玲等[18]以長瓣短柱茶與浙江紅山茶雜交，獲得山茶遠(yuǎn)緣雜交時(shí)花粉管在花柱中行為，為今后山茶屬植物遠(yuǎn)緣雜交育種提供了一些基礎(chǔ)資料[18]。

3 生殖工程的研究

目前，油茶生殖工程的研究處于起步階段，僅限于油茶離體器官操作?，F(xiàn)主要在子葉和幼胚離體培養(yǎng)上已成功地誘導(dǎo)出生長正常的植株。顏慕勤[31]于1980年報(bào)道的，主要通過組織培養(yǎng)誘導(dǎo)出了體細(xì)胞胚，通過體細(xì)胞胚形成了再生植株，其后隆振雄[32]和盧天玲[33]也分別采用油茶未成熟子葉和幼胚離體培養(yǎng)，成功地獲得了再生植株。2002年，中南林學(xué)院畢方鋮等[34]對油茶的莖段、幼胚、子葉在離體條件下進(jìn)行誘導(dǎo)，獲得再生植株。張智俊等[35]和彭秋發(fā)等[36]分別以油茶子葉為外植體，對其誘導(dǎo)產(chǎn)生的體細(xì)胞胚形成進(jìn)行細(xì)胞學(xué)結(jié)構(gòu)觀察，初步揭示了油茶體細(xì)胞胚的起源和大致的發(fā)生過程。

在油茶花藥離體培養(yǎng)上，已有一些人進(jìn)行了初步探索。李建安等[37]在小果油茶及廣寧紅花油茶(C.semiserrataChi.)進(jìn)行花藥培養(yǎng)的對比試驗(yàn)中，油茶花藥培養(yǎng)獲得了高達(dá)94.67%的誘導(dǎo)率。張日清等[38]以8個(gè)油茶物種為實(shí)驗(yàn)材料，研究了低溫預(yù)處理對各個(gè)油茶物種花藥愈傷組織發(fā)生的影響；聞麗等[39,40]研究了不同激素配比和不同培養(yǎng)條件對油茶花藥愈傷組織形成的影響；丁植磊等[41]對12個(gè)油茶物種進(jìn)行了花藥培養(yǎng)試驗(yàn)，對其愈傷組織的誘導(dǎo)和增殖進(jìn)行了初步研究。上述研究為進(jìn)一步的油茶花藥培養(yǎng)研究積累了一定的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，提供了一定的理論基礎(chǔ)。

4 結(jié)語

油茶生殖生物學(xué)尚未形成完整的理論體系，目前研究重點(diǎn)只是在單純的形態(tài)描述上取得了一定的進(jìn)展。同時(shí)，在油茶生殖生物學(xué)的研究中，還有許多亟待解決的問題。如在油茶有性生殖研究過程中，油茶精卵結(jié)合的動(dòng)態(tài)研究，可為油茶細(xì)胞融合奠定基礎(chǔ)；油茶種間雜交親和性的研究，進(jìn)一步為油茶雜交育種提供理論依據(jù)；在油茶生殖工程中，攻克花藥培養(yǎng)的瓶頸——建立雄核發(fā)育體系，可為油茶培育新品種的一條重要途徑。隨著對這些問題的深入了解和認(rèn)識，對油茶有性生殖過程(傳粉、受精和胚胎發(fā)生等)的完全控制將會成為現(xiàn)實(shí)，這必將會使油茶豐產(chǎn)栽培和育種工作更緊密地朝著人類所期望的方向發(fā)展。

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2008-10-19

國家“十一五”科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2006BAD18B0204)

鄒 鋒(1983-)，男，湖北荊州人，碩士研究生，研究方向經(jīng)濟(jì)林育種與栽培.

譚曉風(fēng)，E-mail:tanxiaofengcn@126.com.

10.3969/j.issn.1673-1409(S).2009.01.006

Q492;S794.4

A

1673-1409(2009)01-S018-03