一品紅雌花發(fā)育特性及柱頭的可授性

蘇家樂，李 暢，劉曉青，陳尚平，何麗斯

(江蘇省農業(yè)科學院園藝研究所，江蘇 南京 210014)

一品紅(Euphorbia pulcherrima Willd.)為大戟科(Euphorbiaceae)大戟屬(Euphorbia)多年生草本植物，品種數以百計。至今，市場上一品紅品種均系國外進口，缺乏品種知識產權，而中國自主選育品種極少且未見大面積應用推廣，這無疑成為制約中國一品紅產業(yè)發(fā)展的瓶頸［1-4］。目前國內對一品紅的研究多集中在栽培領域，有性繁殖研究很少［2-7］。雜交育種是一品紅良種選育的有效途徑，在適當的時機授粉是植物雜交育種成功的基礎，故開展花發(fā)育、柱頭可授性等的研究，可提高中國一品紅雜交育種效率，對選育具有自主知識產權的一品紅新品種具一定的指導意義。

柱頭可授期是花朵成熟過程中一個重要時期，對其單花的開花動態(tài)的了解是進一步研究柱頭可授性的基礎［8］。諸多植物已證實柱頭可授性與花發(fā)育及其形態(tài)變化具有密切聯系:柱頭不同形態(tài)時期的可授性存在差異，如與一品紅一樣具有2裂片柱頭的百日草［9］、美洲狼尾草［10］、核桃［11］等，在花發(fā)育過程中柱頭裂片開張擴展到達一定形狀，如Y形、倒八形，可授性達到最佳;又如刺五加［12］、楊樹［13］、大葉相思［14］等柱頭在性成熟時會分泌黏液，百日草［9］、耬斗菜［15］、月季［16］等則出現大小均勻的乳突細胞。通過花朵開發(fā)度［14，17］、柱頭顏色［18-19］、形態(tài)［9-11，16］以及柱頭分泌物［12-14］等可確定最佳授粉時期，而在一品紅上尚未見此方面報道。本研究以一品紅市場主栽品種千禧為試驗材料，對其雌花發(fā)育特性和不同發(fā)育形態(tài)柱頭可授性進行研究，試圖明確雌花柱頭發(fā)育形態(tài)與可授性的關系，以期為一品紅的雜交育種及生殖機理研究提供技術保障。

1 材料與方法

1.1 材料

供試材料為保存于江蘇省農業(yè)科學院園藝研究所荷蘭Venlo型現代化玻璃溫室中一品紅品種千禧1年生成齡植株。

1.2 方法

1.2.1 雌花、柱頭發(fā)育特性觀察 蕾期選取雌花發(fā)育基本一致的杯狀花序30個，每天觀察記錄雌花開放形態(tài)及其變化情況。切取不同開放階段的雌花柱頭，2.5%戊二醛固定，經0.1 mol/L磷酸緩沖液(pH 7.8)沖洗、乙醇梯度脫水、醋酸異戊酯置換、臨界點干燥、粘樣和噴金后，置于Hitachi S-3000N電子掃描顯微鏡(Scanning electron microscopy，SEM)下觀察柱頭表面。

1.2.2 柱頭可授性藥劑檢測 采用聯苯胺-過氧化氫法［20］進行柱頭可授性藥劑檢測:在方法1.2.1試驗結果基礎上，于11∶00選取一品紅品種千禧不同柱頭形態(tài)的雌花，將其柱頭切下后迅速浸入含有聯苯胺-過氧化氫反應液(1%聯苯胺∶3%過氧化氫∶水=4∶11∶22，體積比)凹面載玻片的凹陷處，體式顯微鏡(Olympus SZX10)下觀察柱頭開始發(fā)生顏色變化和產生氣泡的時間，觀察5 min內柱頭顏色變化和柱頭表面產生氣泡的數量，每時期30朵花，重復3次。

1.2.3 柱頭可授性人工授粉檢測 選取一品紅品種千禧不同發(fā)育形態(tài)階段的柱頭(雌花)，于晴天11∶00采取新鮮花粉進行人工授粉，授粉6 h后取下雌花，FAA固定(70%酒精∶冰醋酸∶福爾馬林=90∶5∶5)后置于4℃冰箱中保存?zhèn)溆?。常溫下，切取固?4 h以上的雌花柱頭，1 mol/L NaOH軟化脫色8 h后，蒸餾水清洗3次后將樣品置于載玻片上，0.01%苯胺藍溶液(0.1 mol/L K3PO4+18%甘油)壓片，5 min后在熒光顯微鏡(Olympus BX51)下觀察柱頭上的花粉萌發(fā)情況并拍照。由于樣品在熒光顯微鏡觀察之前，經FAA固定、NaOH處理及蒸餾水清洗等過程，若花粉沒有在柱頭萌發(fā)，那么簡單附著在柱頭的花粉將會被洗掉，因此最終在柱頭上觀察的花粉可視為萌發(fā)，這部分花粉有的可以看到花粉管，有的看不到花粉管是因為試驗技術本身所致［21］。每時期觀察雌花30個，記錄每個柱頭上的花粉粒數。

2 結果

2.1 雌花發(fā)育特性

一品紅雌花無花被，花柱3、基部合生，柱頭2裂，子房柄明顯伸出杯狀花序總苞外。因雌花無花被，其雌花發(fā)育特性皆以花柱柱頭的發(fā)育進程界定，根據外部形態(tài)變化，一品紅雌花發(fā)育進程可分為顯花期、初開期、Y字期、八字期和翻卷期5個時期(圖1)。以其中1個花柱柱頭進行描述，顯花期柱頭柱狀，2裂片未分開，該時期持續(xù)3～4 d，柱狀花柱由杯狀花序總苞伸出逐漸伸長至最長(圖1A1、圖1A2);初開期，柱頭略開展，2裂片微張，夾角≤15°，持續(xù)1～2 d(圖1B1、圖1B2);Y字期，柱頭前端裂片張開呈Y字型，柱頭2裂片夾角15°至45°持續(xù)1～2 d，SEM下柱頭表面未見乳突，開始出現少量滲出物(圖1C1、圖1C2和圖2A);八字期2裂片呈倒八字型，始于2裂片尖端向下彎曲，卷曲度不超過半圈，即柱頭2裂片夾角45°至120°之間，可持續(xù)3～5 d，SEM下柱頭表面細胞平展，濕型滲出物大量可見(圖1D1、圖1D2、圖2B和圖2C);翻卷期，柱頭2裂片向外、向下翻卷，柱頭逐漸萎蔫干枯(圖1E1和圖1E2)。子房無論授粉與否均在八字期開始膨大并逐漸伸出總苞，翻卷期后子房未繼續(xù)膨大的雌花逐漸干枯，與子房柄一同脫落。

圖1 一品紅雌花發(fā)育進程Fig.1 Pistillate flower development process of Euphorbia pulcherrima

圖2 一品紅柱頭掃描電鏡觀察Fig.2 The stigma of Euphorbia pulcherrima viewed with a scanning electronic microscope

2.2 柱頭可授性藥劑檢測情況

若雌花柱頭具有可授性，經聯苯胺-過氧化氫染色的柱頭組織會呈現藍色并伴有大量氣泡產生，根據柱頭染色的面積、深淺和氣泡數量可確定其柱頭可授性的強弱［11］。如表1所示，一品紅柱頭可授性與雌花、柱頭發(fā)育密切相關:雌花顯花期柱頭柱狀、裂片未開張，不具有可授性;初開期到八字期，隨著柱頭裂片開張角度逐漸增大，柱頭可授性逐漸增加;雌花八字期可授性最強，其柱頭表面觸突細胞伸展、光亮，有滲出物產生，藥檢表現為柱頭變色快、藍色著色深，柱頭周圍氣泡多且產生最為迅速，著色部位主要集中在柱頭裂片中下部和花柱底部切口處;翻卷期染色不明顯，可授性在該時期前期(1～3 d)極弱，后期柱頭干枯不具可授性。

2.3 花粉在不同發(fā)育時期柱頭上萌發(fā)情況

對一品紅雌花柱頭不同發(fā)育階段進行授粉試驗，結果表明柱頭粘附花粉的數量存在差異(表1、圖3)。顯花期柱頭裂片未開張，無花粉粘附萌發(fā)。進入初開期，柱頭上開始有個別花粉粘附，且隨著柱頭裂片開張度的逐漸加大，在柱頭上粘附萌發(fā)的花粉數量逐漸增加(圖3A)，至八字期(圖3B和圖3C)，粘附的花粉數量達到最多，翻卷期柱頭進入衰老時期，顯見花粉粘附。說明柱頭從初開期便具有可授性，隨后柱頭可授性逐漸增加，到達八字期時可授性最強。

表1 一品紅品種千禧雌花不同發(fā)育時期柱頭可授性藥劑檢測Table 1 Detection for stigma receptivity at different development periods of pistillate flower of E.pulcherrim cultivar Millenium

圖3 一品紅柱頭可授性Fig.3 Stigma receptivity of Euphorbia pulcherrima

3 討論

花部特征及其發(fā)育特性對植物的成功繁殖具有重要影響［22］。一品紅雌花無花被，雌花開放動態(tài)亦可視為柱頭發(fā)育，與核桃［11］、百日草［9］、狼尾草［10］、膏桐［23］等柱頭形態(tài)發(fā)育相似，一品紅在成熟衰老過程中表現出典型的形態(tài)特征:杯狀花序中居中著生的雌花，經歷顯花期、初開期、Y字期、八字期和翻卷期，其對應的柱頭外部形態(tài)發(fā)育表現為逐漸伸長柱狀—小V狀—Y狀—八狀—羊角狀干枯，柱頭可授性也從無到柱頭裂片初開張的雌花初開期較弱、逐漸增強至雌花八字期達到最強，最后喪失。一品紅柱頭電鏡掃描顯示，與核桃［11］、楊樹［13］等一樣，一品紅為濕柱頭，柱頭表面滲出物亦隨柱頭的發(fā)育由無到出現，至八字期達到最多，而此時柱頭可授性亦最強。說明一品紅同諸多植物［9-19］一樣，雌花、柱頭形態(tài)發(fā)育特征與柱頭可授性具有較強的相關性，可通過雌花、柱頭形態(tài)發(fā)育特征來確認柱頭授粉時期。此外，在觀察中還發(fā)現無論受精成功與否，一品紅子房均從八字期始出現膨大現象，因此子房膨大不能作為受精成功的判斷，這與核桃［11］的報道一致。

柱頭可授性是有性生殖的最主要環(huán)節(jié)之一，掌握一品紅的柱頭可授期及不同發(fā)育時期的可授性強弱，可有效提高一品紅雜交育種的成功率。研究結果表明柱頭2裂片從開始開張到八字期均具有可授性，一般持續(xù)6～8 d，持續(xù)晴朗高溫天氣可加速花發(fā)育使可授期縮短;雌花八字期為最佳授粉時期，這可能與柱頭表面滲出物多、表面積大有關［16］，該時期始于柱頭2裂片開張的第3～4 d、可持續(xù)3～5 d，肉眼可通過柱頭倒八字狀(柱頭2裂片向外彎曲，開張角度為45°至120°)、柱頭表面光亮(圖1D1和圖1D2)來判斷。雜交育種中，建議在八字期重復授粉以提高授粉成功率。聯苯胺-過氧化氫染色法檢測一品紅柱頭可授性的結果與人工授粉顯微觀察基本吻合，可作為一品紅柱頭可授性以及最佳授粉時期判別的快速檢測方法。此外，在柱頭可授性檢測過程中，發(fā)現柱頭裂片表面不同部位染色及花粉粘著情況存在差異，具體原因尚需進一步細化研究。

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