慈姑的傳粉生物學(xué)與人工雜交研究

鐘蘭，柯衛(wèi)東，劉玉平，黃來(lái)春，李峰

（武漢市蔬菜科學(xué)研究所，湖北武漢，430065）

慈姑的傳粉生物學(xué)與人工雜交研究

鐘蘭，柯衛(wèi)東，劉玉平，黃來(lái)春，李峰

（武漢市蔬菜科學(xué)研究所，湖北武漢，430065）

對(duì)慈姑（Sagittaria trifo1iaLinn.var.sinensis）及其野生近緣種野慈姑（Sagittaria trifo1iaLinn.）的花朵的形態(tài)特征、開花、傳粉動(dòng)態(tài)進(jìn)行觀測(cè)，用雜交指數(shù)，去雄、套袋、人工授粉等方法測(cè)定其傳粉方式。結(jié)果顯示，野慈姑和慈姑群體的花期從6月持續(xù)到10月，雌花的數(shù)目比雄花少，但開放速率比雄花快，為典型的異交傳粉作物，需要傳粉者活動(dòng)才能完成授粉過(guò)程。和野慈姑相比，慈姑植株高大，花序較大，其雌花數(shù)，雄花數(shù)都較多。對(duì)慈姑進(jìn)行人工雜交可在開花后的6 h之內(nèi)進(jìn)行。

慈姑；傳粉生物學(xué)；人工授粉

慈姑（Sagittaria trifo1iaLinn.var.sinensis）是澤瀉科慈姑屬多年生宿根淺水草本植物，是我國(guó)重要的水生蔬菜，在我國(guó)各地均有種植，主要分布在長(zhǎng)江流域及其以南各省，栽培面積每年在2萬(wàn)hm2左右[1]。在園藝學(xué)分類上，慈姑分為栽培慈姑和野生慈姑，野生慈姑主要包括植物學(xué)分類上的野慈姑（Sagittaria trifo1iaLinn.），為栽培慈姑的野生近緣種。

目前，黃雙全等[2]對(duì)野慈姑居群的性表達(dá)狀態(tài)及其花粉流散布規(guī)律進(jìn)行了觀測(cè)研究，汪小凡等[3～4]對(duì)野慈姑雌花在自然居群中的授粉過(guò)程進(jìn)行了研究并對(duì)自然群體異交率進(jìn)行了定量估測(cè)。本研究以栽培慈姑（Sagittaria trifo1iaLinn.var.sinensis）為材料，通過(guò)觀測(cè)花器官結(jié)構(gòu)、開花式樣及傳粉方式，提出慈姑的人工雜交方法，為慈姑的新品種選育和種質(zhì)創(chuàng)新提供新的途徑。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

2009年6～10月，對(duì)國(guó)家種質(zhì)武漢水生蔬菜資源圃的部分慈姑資源，進(jìn)行傳粉生物學(xué)研究和雜交試驗(yàn)。供試慈姑品種有梧州烏慈、貴港汕塘、堂梨店慈、白洋淀慈和吉林長(zhǎng)白山慈。

1.2 試驗(yàn)方法

①開花動(dòng)態(tài)的觀察 從每份材料中選擇3株，每株連續(xù)觀察3個(gè)花序，每天觀察并記錄，直至果實(shí)成熟。觀察時(shí)記錄花序抽生的第一朵花開放的時(shí)間、開放花朵的數(shù)量、花粉散出及花萎蔫時(shí)間、花序中小花開放的順序、整個(gè)花序開放的時(shí)間、果實(shí)從授粉到成熟的時(shí)間、單株抽生的花序數(shù)、群體開花時(shí)間等，并于花朵開放后測(cè)定花瓣長(zhǎng)度、花藥長(zhǎng)度等花部主要形態(tài)指標(biāo)。

②雜交指數(shù)（Outcrossing index，OCI）的估算按照Dafni的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行花序直徑、花朵大小及開花行為的測(cè)量及繁育系統(tǒng)的評(píng)判。具體方法是：a.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。b.花藥開裂時(shí)間與柱頭可授期之間的時(shí)間間隔，同時(shí)或雌蕊先熟記為0；雄蕊先熟記為1。c.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。評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)為，OCI=0時(shí)，繁育系統(tǒng)為閉花受精；OCI=1時(shí)，繁育系統(tǒng)為專性自交；OCI=2時(shí)，繁育系統(tǒng)為兼性自交；OCI=3時(shí)，繁育系統(tǒng)為自交親和，有時(shí)需要傳粉者；OCI=4時(shí)，繁育系統(tǒng)為部分自交親和，異交，需要傳粉者。

③傳粉媒介 為了解慈姑的昆蟲訪花情況，采取連續(xù)觀察和隨機(jī)觀察2種方式對(duì)昆蟲訪花行為進(jìn)行觀察、記錄。

④套袋、去雄及人工授粉試驗(yàn) 進(jìn)行下述處理：a.自然傳粉。不套袋、不去雄、自由傳粉，用于檢測(cè)自然條件下的傳粉情況。b.花序套袋不去雄。開花前用細(xì)眼紗網(wǎng)套袋、不去雄，檢測(cè)是否需要傳粉者。c.花序套袋去雄。用細(xì)眼紗網(wǎng)套袋、去雄、不授粉，檢測(cè)花的無(wú)融合生殖率。d.不同時(shí)間段自然傳粉：去雄、套袋、在開花后 0～2 h，2～4 h，4～6 h，6～8 h，8～10 h，10～12 h，24～48 h 共 7 個(gè)時(shí)間段自然授粉。e.不同時(shí)間點(diǎn)人工授粉：去雄、套袋、在開花后0，2，4，6，8，10，12，24 h 共 8 個(gè)時(shí)間點(diǎn)人工授粉。每個(gè)處理15朵花。

2 結(jié)果與分析

2.1 慈姑的開花動(dòng)態(tài)

慈姑（Sagittaria trifo1iaLinn.var.sinensis）群體花果期為5～10月。單株通常有1～3個(gè)花序同時(shí)開花，單株可陸續(xù)抽生圓錐花序18～23個(gè)。

慈姑花葶從葉腋間抽出到第一朵花開放需5～7 d，從第一朵花開放到最后一朵花凋謝需要10～13 d。 花葶直立，高 110～130 cm，花序軸長(zhǎng) 60～67 cm?；ㄐ蚧坑?～2輪側(cè)生花序，花序基部為雌花3～4輪，上部為雄花7～9輪，側(cè)生花序基部具1～3輪雌花，上端具8～9輪雄花。與主軸共同組成大型圓錐花序。單個(gè)花序上的花由下至上依次開放，雌花先開，在單個(gè)花序上雌雄花鄰近處可見到2種性別的花同時(shí)開放，或雌雄花出現(xiàn)在同一輪的3朵花中。

每輪花3朵，小花苞片3枚?；▎涡裕廨喕ū婚L(zhǎng) 2～3 mm， 寬 2～2.5 mm； 內(nèi)輪花被白色， 長(zhǎng) 5～6 mm，寬 4～5 mm。每花序雌花數(shù) 30～58枚，每雌花心皮數(shù)450～490個(gè)；每花序雄花數(shù)110～244枚，花梗長(zhǎng) 0.4～0.5 mm，每雄花雄蕊數(shù) 19～27 個(gè)，螺旋排列，花藥黃色，長(zhǎng) 1～2 mm，花絲長(zhǎng) 0.5～3 mm，通常外輪短，向里漸長(zhǎng)。 雌雄花數(shù)比為 1∶3.7。

雌、雄花的單花期均為1 d，清晨4：00左右，雌花和雄花的3枚白色的花瓣開始展開。通?；ㄐ虻?天開放時(shí)，主軸有4～5輪開放，側(cè)枝有2～3輪開放，第2天以后主軸和側(cè)枝各有1～2輪開放。一般雌花1～2 d開完，雄花10～13 d開完。在觀察的18株慈姑中，有15株的花序，可在雌雄花鄰近處見到2種性別的花同時(shí)開放。從授粉到種子成熟需要20 d。

野慈姑（Sagittaria trifo1iaLinn.）花葶高 60～70 cm，單株可抽生總狀花序或圓錐花序36～48個(gè)，長(zhǎng)40～45 cm。具分枝 1～2 個(gè)，雌花通常 3～9輪，著生于基部，每花序雌花數(shù)10～26枚，每雌花心皮數(shù)190～220個(gè)；雄花多輪，每花序雄花數(shù)39～70枚，每雄花雄蕊數(shù)14～18個(gè)。單個(gè)花序上的花需要7～8 d開完。一般雌花1～2 d開完，雄花6～7 d開完，并且雌花的開放速率比雄花快。通常花序第1天開放時(shí)，主軸有1～3輪開放，側(cè)枝有0～1輪開放，第2天以后主軸和側(cè)枝各有1～2輪開放。

2.2 慈姑的雜交指數(shù)（OCI）

按照Dafni[5]的方法進(jìn)行野慈姑、慈姑的雜交指數(shù)的測(cè)量，結(jié)果如下：慈姑、野慈姑花朵直徑﹥6 mm，記為3；花藥開裂散粉和柱頭可授期幾乎同時(shí)，記為0；柱頭挺立，花藥外展，柱頭與花藥之間空間間隔明顯，記為1。因此，野慈姑、慈姑的雜交指數(shù)都為4，根據(jù)Dafni的標(biāo)準(zhǔn)，野慈姑、慈姑的繁育系統(tǒng)為異交，自交親和，需要傳粉者。

2.3 傳粉媒介

通過(guò)對(duì)慈姑一天的連續(xù)觀察和數(shù)天的隨機(jī)觀察，發(fā)現(xiàn)共有近10種昆蟲相繼訪花，其中蠅類7種，蜂類2種，蝶類1種。并認(rèn)為其中蠅類為主要傳粉者。這些昆蟲皆同時(shí)在雌花和雄花上逗留。在晴天，從早晨4：30開始有昆蟲出現(xiàn)，這樣集中的高頻率訪花活動(dòng)一直持續(xù)到10：00左右，12：00以后就難以見到昆蟲活動(dòng)。主要傳粉昆蟲開始出現(xiàn)的時(shí)間與慈姑花藥開裂時(shí)間完全一致。如遇陰雨天氣，則較少觀察到昆蟲的出沒。

表1 慈姑去雄、套袋及人工授粉試驗(yàn)的結(jié)果

2.4 套袋、去雄及人工授粉的試驗(yàn)結(jié)果

從表1中可以看出，野慈姑和慈姑都需要靠媒介傳播花粉，不存在孤雌生殖。從凌晨4：00慈姑開花到下午4：00，以2 h為一個(gè)時(shí)間段，共6個(gè)時(shí)間段，讓慈姑自然授粉，結(jié)果顯示中午12：00以后沒有種子形成。從凌晨4：00慈姑開花到下午4：00，每隔2 h，對(duì)慈姑進(jìn)行人工授粉，結(jié)果顯示在開花后8 h以內(nèi)授粉才能形成種子。開花24 h以后，無(wú)論是自然授粉，還是人工授粉，都沒有種子形成。

2.5 慈姑的雜交

①選擇適宜的慈姑品種。②選擇雌花雄花。開花前，將母本花序的主軸從下往上第4輪以上的部分掐掉，套上 10 cm×20 cm 的硫酸紙袋（0.1 mm），下端用回形針別住；將父本的雌花掐掉，套上10 cm×20 cm 的硫酸紙袋（0.1 mm），下端用回形針別住。③確定授粉時(shí)間。上午5：00～10：00。④人工授粉。將開放的雄花采下，用鑷子去掉花瓣，使雄蕊露出，然后輕輕托起雌花，露出柱頭，將雄蕊在雌花柱頭上輕輕摩擦，使柱頭上沾滿花粉。一般一朵雄花可對(duì)2～3朵雌花授粉。重新套袋后掛牌寫明授粉日期。⑤檢查授粉效果，將硫酸紙袋去掉。授粉后第2天下午，若雌花子房明顯膨大，表明授粉成功；若子房沒有膨大，且開始變黑，表明沒有成功。

2.6 慈姑種子形態(tài)及成熟標(biāo)志

慈姑從授粉到種子成熟大概需要15～20 d，種子表皮顏色從綠色變成深淺不一的褐色，種子成熟后會(huì)自行從柱頭上脫落，長(zhǎng) 3～5 mm，寬 2～4.5 mm，千粒質(zhì)量 0.7～1.1 g。

3 小結(jié)與討論

慈姑和野慈姑在花的結(jié)構(gòu)上基本相似，也有不同之處。據(jù)我們觀察，無(wú)論是慈姑，還是野慈姑，在雌雄花鄰近處兩種性別的花同時(shí)開放的現(xiàn)象是很常見的，這和黃雙全等[2]觀察到的絕大多數(shù)（98.1%）的植株在雌花開完后才開雄花不一樣。所以我們認(rèn)為慈姑中同一花序的花存在通過(guò)昆蟲傳粉雜交的可能。人工進(jìn)行單花序套袋之所以不能結(jié)實(shí)，可能是由于沒有傳粉者。

我們這里觀察到的昆蟲種類有待鑒定。黃雙全等[2]觀察到有5種昆蟲對(duì)慈姑的花進(jìn)行訪問(wèn)，分別是尖肩淡脈隧蜂[Lasiog1ossum subopacus（Sm.）]，寬帶粉顏蚜蠅 （Mesembrius f1avicepsMatsumura），大頭金蠅（Chrysomya megacepha1aFabricius），亮黑斑眼蚜蠅 （Erista1inus tarsa1isMacquart）和甜菜白帶野螟（Hymenia recurva1isFabricius）。

目前，對(duì)慈姑的育種工作開展較少，慈姑主要進(jìn)行無(wú)性繁殖，只能通過(guò)芽變選擇單株。通過(guò)慈姑傳粉生物學(xué)的研究，可以使慈姑采用人工雜交后收獲種子，這樣通過(guò)實(shí)生苗選擇，用無(wú)性繁殖即可固定。所以說(shuō)對(duì)慈姑傳粉生物學(xué)的研究是為慈姑育種開辟了一個(gè)新的途徑。

[1]陳家寬.中國(guó)慈姑屬的系統(tǒng)與進(jìn)化植物學(xué)研究[M].武漢：武漢大學(xué)出版社，1989.

[2]黃雙全，靳寶鋒，王青鋒，等.慈姑花的開放式樣及其花粉流[J].植物學(xué)報(bào)，1999，41（7）：726-730.

[3]汪小凡，王金平.慈姑雌花在自然居群中的受粉過(guò)程[J].信陽(yáng)師范學(xué)院學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，1999，12（3）：306-309.

[4]汪小凡，陳家寬.野慈姑自然群體異交率的定量估測(cè)[J].遺傳，2000，22（5）：316-318.

[5]Dafni A.Po11ination eco1ogy[M].New York:Oxford Univ Press,1992:1-57.

Study on Pollination Biology and Artificial Pollination of Arrowhead

ZHONG Lan,KE Weidong,LIU Yuping,HUANG Laichun,LI Feng
(Wuhan vegetab1e research institute,430065)

The morpho1ogica1 specificity of f1owers,f1orescence and po11ination dynamics of arrowhead (Sagittaria trifo1iaLinn.Var.sinensis)and wi1d arrowhead(Sagittaria trifo1iaLinn.)were observed.The po11ination of them by outcrossing index,emascu1ation,bagging and artificia1 po11ination were a1so studied.The resu1ts showed that the f1orescence of co1ony of arrowhead and wi1d arrowhead 1asted from June to October.Ma1e f1owers were more than fema1e f1owers,but the speed of f1orescence of the 1atter were faster than the former.The breeding system was outcrossing.Compared with wi1d arrowhead,the p1ant and inf1orescence of arrowhead were bigger,the ma1e f1owers and fema1e f1owers of which were more.Artifica1 po11ination can be carried out in 6 h after b1ossoming.

Arrowhead;Po11ination bio1ogy;Artificia1 po11ination

10.3865/j.issn.1001-3547.2010.14.021

國(guó)家公益性行業(yè)（農(nóng)業(yè)）科研專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)項(xiàng)目“水生蔬菜產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系研究與示范”（200903017）

鐘蘭，女，博士，主要從事水生蔬菜、花卉研究與推廣

2010-07-05