荸薺開花習(xí)性和人工輔助授粉結(jié)實(shí)特性觀察

歐昆鵬 何芳練 江文 高美萍 陳麗娟 曾媛 王艷 張尚文

摘要：【目的】了解荸薺開花習(xí)性和人工輔助授粉結(jié)實(shí)特性，為荸薺雜交育種提供參考依據(jù)。【方法】以桂蹄2號荸薺為材料，觀察荸薺莖及花序生長情況，了解荸薺開花規(guī)律和雌雄蕊生長情況，并通過顯微觀察人工輔助授粉和自然授粉部位，對比荸薺在人工輔助授粉和自然授粉后的結(jié)子情況?！窘Y(jié)果】同一花莖的花序雌、雄蕊分別在花莖約長37.00和46.90 cm時(shí)達(dá)到盛期，兩者平均高度差為9.84 cm，時(shí)間差為28.5 h；上午9：00～11：00是進(jìn)行人工輔助授粉的最佳時(shí)段，授粉雌蕊約7.0 h后迅速萎蔫；通過人工輔助授粉的結(jié)子率明顯高于自然授粉的結(jié)子率，人工輔助授粉的結(jié)子率為43.0%，自然授粉的結(jié)子率僅為15.5%。【結(jié)論】人工輔助授粉可大幅度提高荸薺結(jié)子率，且荸薺兩性花的特性和雌、雄蕊生長及盛期均存在時(shí)間差，是荸薺開展人工輔助授粉的關(guān)鍵因素。

關(guān)鍵詞： 荸薺；人工輔助授粉；自然授粉；結(jié)子率；時(shí)間差

中圖分類號： S645.3 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-1191（2016）06-0879-04

Flowering habit of water chestnut and its fruiting characteristics after artificial supplementary pollination

OU Kun-peng 1， HE Fang-lian1， JIANG Wen1， GAO Mei-ping 1， CHEN Li-juan1，

ZENG Yuan2， WANG Yan1， ZHANG Shang-wen1

（1 Biotechnology Research Institute， Guangxi Academy of Agricultural Sciences， Nanning 530007， China； 2 Division of International Cooperation， Guangxi Academy of Agricultural Sciences， Nanning 530007， China）

Abstract：【Objective】Flowering habit of water chestnut and its fruiting characteristics after artificial supplementary pollination were studied， in order to provide references for crossbreeding of water chestnut. 【Method】Using Guiti 2 as materials， the growth situation of stalk and inflorescence of water chestnut was observed， so as to understand flowering regulation of water chestnut and growth of stamen and pistil. And after artificial supplementary pollination and spontaneous pollination， the inflorescences were observed with microscope， respectively， and then the fruiting situations of water chestnut were compared. 【Result】The results showed that， the stamen and pistil on the same scape reached peak when the lengths of scape were about 37.00 and 46.90 cm， respectively， both height difference was 9.84 cm， and time difference was 28.5 h. Furthermore， 9：00-11：00 am was the optimal period for artificial supplementary pollination， pistil instantly withered about 7.0 h after artificial supplementary pollination. The seed setting rates after artificial supplementary pollination and spontaneous pollination was 43.0% and 15.5%， respectively. 【Conclusion】The artificial supplementary pollination can significantly improve seed setting rates of water chestnut. Furthermore， there still exist time differences among characteristics， growth and full bloom of stamen and pistil， so the time difference was key factor for artificial supplementary pollination.

Key words： water chestnut； artificial supplementary pollination； spontaneous pollination； seed setting rate； time difference

0 引言

【研究意義】荸薺（Eleocharis dulcis）在我國種植已有兩千多年的歷史（李峰等，2006），一直以球莖留種方式進(jìn)行無性繁殖，導(dǎo)致荸薺品種特性退化，無法育出新品種。雜交是自然界中最普遍的育種方式，雜交優(yōu)勢在自然界也普遍存在，但受荸薺無性繁殖方式的影響，其雜交育種通常不被關(guān)注。隨著荸薺產(chǎn)業(yè)的不斷壯大，市場對荸薺品種的需求日益突出，如鮮食型、加工淀粉型、加工罐頭型荸薺等（陳麗娟等，2011a）。此外，在化渣性、儲(chǔ)藏性、耐運(yùn)輸性、淀粉含量等方面也提出不同要求，但具備這些特性的品種無法通過無性繁殖獲得，采用變異方式獲得的機(jī)率又完全不可控，因此，荸薺雜交育種研究尤為重要。通過雜交育種能定向選育滿足市場需求的品種，為荸薺產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展提供保障?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】近年來，隨著生物技術(shù)的快速發(fā)展，單株純化和組培產(chǎn)生優(yōu)良變異株等方式已成為選育荸薺新品種的主要途徑，并先后選育出鄂薺1號、桂蹄1號、桂蹄2號（陳麗娟等，2011b）、桂粉蹄1號（陳麗娟等，2011c）、鄂荸薺2號（肖強(qiáng)，2015）等品種，盡管以上品種的產(chǎn)量、品質(zhì)和商品性等均大幅度提高，但相對市場對荸薺品種的需求還有一定差距。由于無性繁殖存在諸多弊端，荸薺雜交育種逐步受到關(guān)注，徐祥生和施國新（1985）通過觀察荸薺花序和花的形態(tài)，揭示了荸薺花器的構(gòu)造和開花過程；李雙梅等（2009，2011）對荸薺開花結(jié)子習(xí)性進(jìn)行研究，揭示了荸薺開花結(jié)子的規(guī)律，并探討了荸薺種子休眠機(jī)理和原因，為荸薺雜交育種打下了基礎(chǔ)?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】目前，雖然已有關(guān)于荸薺花及種子的研究報(bào)道，但鮮見荸薺雜交育種方法的研究報(bào)道?！緮M解決的關(guān)鍵問題】觀察荸薺莖及花序生長情況，了解荸薺開花規(guī)律和雌、雄蕊生長情況，并通過顯微觀察人工輔助授粉情況，對比荸薺在人工輔助授粉和自然授粉下結(jié)子情況，找出最佳授粉時(shí)機(jī)，避免自花授粉，建立和完善荸薺雜交育種方法，為荸薺雜交育種提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1. 1 試驗(yàn)材料

供試材料為桂蹄2號荸薺，種植于廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物技術(shù)研究所試驗(yàn)基地，管理水平較好，植株生長健壯。

1. 2 試驗(yàn)方法

1. 2. 1 荸薺花序及花莖高度觀察 在荸薺生長旺盛的8～10月期間，選取剛露出水面的花莖10根，連續(xù)觀察花莖和花穗的生長情況，記錄雌蕊和雄蕊變化情況和開放時(shí)間，記錄雌蕊和雄蕊達(dá)到盛期時(shí)花莖高度，測量花絲長度，分別計(jì)算時(shí)間差和高度差。

1. 2. 2 荸薺自然授粉與人工輔助授粉試驗(yàn)觀察 于9月20～28日上午9：00～11：00進(jìn)行人工輔助授粉，在試驗(yàn)大棚分別選取處于生長旺盛的雌、雄蕊花莖各一根，小心摘下有雄蕊的花序，在雌蕊花序的正上方緩慢倒立，向下移動(dòng)緩慢接觸雌蕊的花絲，輕微抖動(dòng)使花藥垂直落下，圍繞花序作圓周運(yùn)動(dòng)，使花藥與下部花絲接觸，保證所有雌蕊粘上花藥，進(jìn)行20個(gè)重復(fù)，并另選擇20根花莖為對照，自然授粉。此外，選擇2根高度相近且均處于雌蕊開放盛期的花莖，在上午10：00對其中一根進(jìn)行人工輔助授粉，授粉方法同上，另一根作為對照，自然授粉，授粉7.0 h后，分別進(jìn)行花序觀察并剪其花絲用顯微鏡觀察授粉情況，記錄花序授粉前后雌蕊的變化情況。

1. 2. 3 雜交種子結(jié)實(shí)統(tǒng)計(jì) 由于荸薺種子具有生理學(xué)后熟的特性（李雙梅等，2009），因此在荸薺果實(shí)采收期前進(jìn)行種子采收為適宜。于12月下旬～1月中旬，分別摘取人工輔助授粉和自然授粉的花序各10朵，將種子剝離，記錄數(shù)量，計(jì)算結(jié)子率（張?jiān)埔愕龋?009）。采收的種子要求種皮為深褐色且表面光澤度和飽滿度較好。

結(jié)子率（%）=■×100

2 結(jié)果與分析

2. 1 花莖高度及花序變化

通過觀察發(fā)現(xiàn)，在花莖葉生長過程中，荸薺花序的長度未變化。花序上有覆瓦狀排列的鱗片，雌、雄蕊均從鱗片中伸出，其生長情況如下：當(dāng)花莖長到約30.00 cm時(shí)，雌蕊開始從花穗中上部的鱗片伸出，以此為中心，柱頭上、下部的雌蕊依次陸續(xù)伸出?；ㄋ虢^大部分的花絲長度達(dá)到5～8 mm，在自然條件下，未授粉的花絲從雌蕊達(dá)到盛期至開始枯萎的時(shí)間超過24.0 h，有的甚至長達(dá)72.0 h。當(dāng)花莖繼續(xù)生長到高度約45.00 cm時(shí)，雄蕊開始從鱗片中伸出，約12.0 h全部伸出，其伸出順序與雌蕊相同，當(dāng)整朵花序的雄蕊完全伸出鱗片后，花藥迅速釋放，時(shí)間為上午9：00～11：00，之后開始逐漸凋謝萎縮，約6.0 h后變成黑色尖針形狀。

2. 2 雌、雄蕊盛期情況

從表1可看出，由于不同個(gè)體的特性，10個(gè)編號的花莖在雌、雄蕊開放盛期的生長高度并不完全一致，分別為33.30～40.10 cm和43.70～49.20 cm，但整體而言，雌蕊開放盛期的花莖高度比雄蕊開放盛期的花莖高度低得多，前者的平均高度為37.00 cm，后者的平均高度為46.90 cm，兩個(gè)時(shí)期的生長平均高度差達(dá)9.84 cm。此外，同一花序的雌、雄蕊在開放時(shí)間上相差較明顯，前者比后者平均早28.5 h。

2. 3 人工輔助授粉試驗(yàn)結(jié)果

人工輔助授粉情況如圖1所示，左邊為經(jīng)過人工輔助授粉的花序，右邊為同一花期未授粉花序。人工輔助授粉7.0 h后對2朵花序再次進(jìn)行觀察，如圖2所示，左邊經(jīng)過人工輔助授粉的花序的雌蕊完全處于萎蔫狀態(tài)，而右邊未授粉的花序的花絲與7.0 h前的形態(tài)變化不明顯，無萎蔫跡象，繼續(xù)保持旺盛的生長勢頭。人工輔助授粉后，用剪刀輕輕地從花序上分別剪下1根花絲，置于載玻片上用顯微鏡觀察，授粉雌蕊（圖3）的絨毛頂端、絨毛間密集地沾滿了呈橢圓形狀的花藥；而未授粉的雌蕊（圖4）只看到透明的維管束狀花絲及其絨毛，未發(fā)現(xiàn)花藥。

2. 4 種子收獲情況

將人工輔助授粉和自然授粉的花序進(jìn)行采收，用鑷子從下至上輕輕把鱗片逐片從花序上剝離，并記錄數(shù)量；同時(shí)對鱗片內(nèi)包裹的種子進(jìn)行保存記錄。理論上，每一片鱗片內(nèi)均包裹著一粒深褐色且表面光澤度良好飽滿種子，但對于未授粉的花絲，鱗片內(nèi)僅有1個(gè)干癟的子房，記錄時(shí)需剔除。由表2可知，從10朵人工輔助授粉花序獲得的種子總數(shù)量為165顆，鱗片總數(shù)384片，結(jié)子率為43.0%；從10朵自然授粉花序獲得的種子總數(shù)量為58顆，鱗片總數(shù)374片，結(jié)子率為15.5%。說明在自然條件下，荸薺花穗在風(fēng)媒、蟲媒及花藥的重力作用下，能成功進(jìn)行授粉，但其成功率較低，通過人工輔助授粉，能大幅度提高荸薺花穗的結(jié)子率。

3 討論

荸薺雜交育種是一個(gè)新研究領(lǐng)域。近年來，國內(nèi)少數(shù)水生作物研究者開始對該領(lǐng)域開展研究，但目前尚未見有荸薺雜交育種具體方法的研究報(bào)道。荸薺屬于兩性花作物（鄒瑜等，2006），在自然條件下，存在自花授粉和異花授粉兩種授粉方式。本研究發(fā)現(xiàn)，桂蹄2號荸薺花序的雌蕊達(dá)到開放盛期的時(shí)間比雄蕊早，平均時(shí)間差28.5 h，遠(yuǎn)大于雌蕊在授粉后6.0～8.0 h的萎蔫時(shí)間，因此，開展荸薺雜交試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)在花藥釋放前完成同一花序全部雌蕊的授粉工作并促使其完全萎蔫，是避免荸薺自花授粉的關(guān)鍵。同時(shí)，為獲得需要的雜交荸薺種子，須在雌蕊授粉前后進(jìn)行套袋。盡管雌、雄蕊開放盛期時(shí)間相距約28.5 h，但雌蕊完全盛開后仍未授粉，會(huì)繼續(xù)生長等到同一花序的雄蕊盛開后進(jìn)行授粉，因此，自花授粉是荸薺授粉的主要方式（楊期和等，2011）。對于荸薺群體花而言，雄蕊完全盛開的高度比雌蕊平均高出9.84 cm，因此，在風(fēng)、蟲等媒介及重力作用下，少數(shù)雌蕊能接收到異花的雄蕊花藥（尚方劍和王玲，2014）。正是荸薺兩性花的特性和雌、雄蕊生長及盛期均存在時(shí)間差，成為荸薺能開展人工輔助授粉的關(guān)鍵因素。桂蹄2號自然授粉的結(jié)子率僅為15.5%，與李雙梅等（2009）研究發(fā)現(xiàn)團(tuán)風(fēng)荸薺自然授粉的結(jié)子率僅為12.9%的結(jié)果相近，進(jìn)一步證實(shí)荸薺在自然條件下授粉率較低。在人工輔助授粉條件下，荸薺結(jié)子率為43.0%，盡管明顯提高了荸薺雌蕊的授粉率，但從顯微鏡的觀察結(jié)果進(jìn)行分析，花序的每一個(gè)雌蕊均沾滿花藥，其結(jié)子率應(yīng)為100.0%。這一理論值與現(xiàn)實(shí)的統(tǒng)計(jì)結(jié)子率差距較大，其原因有待進(jìn)一步研究。

不同荸薺品種花序在生長特性上有較大差異，如桂蹄2號和團(tuán)風(fēng)荸薺，兩者在雌蕊伸出鱗片的順序和長度、雄蕊伸出順序及與雌蕊達(dá)到盛期的時(shí)差等方面均有明顯差異（李雙梅等，2009）。桂蹄2號為中上部花的柱頭和花藥先伸出，兩者盛期差為28.5 h，團(tuán)風(fēng)荸薺大部分則為中下部花先伸出，單朵小花內(nèi)的花藥，有的同時(shí)伸出，有的一前一后伸出，其雌、雄蕊達(dá)到盛期的時(shí)差約48.0 h，團(tuán)風(fēng)荸薺花序的雄蕊是在柱頭完全萎蔫后才從鱗片中伸出來，相對于桂蹄2號荸薺而言，能更有效地避免荸薺在雜交育種中出現(xiàn)自花授粉。因此，在開展荸薺雜交育種機(jī)理和機(jī)制研究工作中，可選擇有利于工作開展的品種為研究對象。

4 結(jié)論

人工輔助授粉可大幅度提高荸薺結(jié)子率，且荸薺兩性花的特性和雌、雄蕊生長及盛期均存在時(shí)間差，是荸薺開展人工輔助授粉的關(guān)鍵因素。

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（責(zé)任編輯 陳 燕）