橡膠樹雌蕊特異結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)初報

張源源 袁宏章 張曉飛 黃肖 李維國

摘 要 橡膠樹（Hevea brasiliensis Muell. Arg.）的蒴果中通常含有3顆種子，但大田調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，有含4顆種子和2顆種子的現(xiàn)象。對3個品系的橡膠樹蒴果進行大田調(diào)查，并對雌蕊進行石蠟切片觀察，結(jié)果表明：橡膠樹的雌蕊中均存在四心室的現(xiàn)象，其發(fā)生頻率品系間差異較大，沒有觀察到二心室的雌蕊；在橡膠樹雌蕊中存在單個心室內(nèi)2個胚珠的現(xiàn)象，品系間發(fā)生比率差異較大；3個品系的橡膠樹均存在4顆種子的蒴果，品系間發(fā)生比率差異較大；只有GT1中存在2顆種子的蒴果。橡膠樹4顆種子的蒴果由四心室雌蕊發(fā)育而來，2顆種子蒴果的形成原因有待進一步研究。

關(guān)鍵詞 橡膠樹 ；蒴果 ；雌蕊 ；特異結(jié)構(gòu)

分類號 S794.1 ；S722.3+4 Doi：10.12008/j.issn.1009-2196.2016.01.001

Abstract The fruit of rubber trees （Hevea brasiliensis） was considered as a three-lobed capsule， while four-lobed and/or two-lobed capsule can be found occasionally. The pistil with different number of locules and capsule with different number of seeds were found in rubber. Our results showed that four locules of pistil and two ovules of locule exist in rubber， there were difference in the frequency of four-locules pistil and two-ovules locule among different cultivars. All three cultivars have four-lobed capsule but only GT1 has two-lobed capsule. The four-lobed capsule was developed from four-locules pistil， while the mechanism for the formation of two-lobed capsule remains unclear.

Keywords Hevea brasiliensis ； capsule ； pistil ； specific structure

橡膠樹（Hevea brasiliensis Muell. Arg.），又稱巴西橡膠樹、三葉橡膠樹，是大戟科（Euphorbiaceae）橡膠屬（Hevea）植物。橡膠樹被發(fā)現(xiàn)以后，植物學(xué)家就對橡膠樹花、果實作了系統(tǒng)的植物學(xué)描述[1-2]。通常認為，橡膠樹雌蕊的結(jié)構(gòu)為子房上位，中軸胎座，子房3室，每室有一側(cè)生胚珠[3-5]。橡膠樹果實為蒴果，蒴果內(nèi)通常為3顆種子[6-7]。在大田調(diào)查中，偶爾能看到含有4顆種子或者2顆種子的果實。據(jù)此，對3個品種橡膠樹的蒴果進行大田調(diào)查，并對雌蕊進行石蠟切片觀察，試圖從橡膠樹生殖結(jié)構(gòu)上尋找產(chǎn)生這一特殊現(xiàn)象的原因。

1 材料與方法

1.1 雌花的采集和固定

2014年3月橡膠樹春花期，分別采集國家橡膠樹種質(zhì)資源圃矮化授粉園中的橡膠樹無性系GT1（初生代無性系）[5]、IAN873（PB86×FA1717）[5]、熱研88-13（RRIM600×PILB84）[8]的花序12～13個，取單個雌花用FAA固定。

1.2 石蠟切片觀察

取單個雌花，經(jīng)過梯度乙醇脫水、松節(jié)油透明、浸蠟、包埋后，用Leica RM2235石蠟切片機縱切成 8～10 μm 厚的切片，經(jīng)松節(jié)油脫蠟10 min、梯度乙醇復(fù)水、硫酸鐵銨溶液媒染5 min、蘇木精染色5 min、苦味酸分色30 min后沖洗晾干，在Leica DMBL顯微鏡下觀察心室和子房的結(jié)構(gòu)。統(tǒng)計和分析單個雌花的心室個數(shù)、單個子房內(nèi)胚珠的個數(shù)。

1.3 蒴果內(nèi)種子數(shù)調(diào)查

2015年8～9月橡膠樹春花果實成熟時，分別隨機調(diào)查GT1、IAN873、熱研88-13母樹人工授粉或自然授粉結(jié)實蒴果的種子數(shù)，其中IAN873、熱研88-13調(diào)查自國家橡膠樹種質(zhì)資源圃矮化授粉園中的母樹，GT1因矮化截干，調(diào)查自云南省勐臘縣勐臘農(nóng)場區(qū)域性種植試驗區(qū)的人工授粉母樹。

2 結(jié)果與分析

2.1 橡膠樹特異個數(shù)心室的雌蕊調(diào)查

橡膠樹雌蕊的心室個數(shù)觀察結(jié)果顯示，3個橡膠樹品系的雌蕊中均存在四心室的現(xiàn)象（圖1），3個品種的發(fā)生頻率在1.5%～7.6%，品種間差異較大。

四心室雌蕊隨機生長在一個或多個花序上，3個品系發(fā)生四心室雌蕊的花序比率均在50%或以下（表1），品種間差異較大。3個品種特異個數(shù)心室雌蕊的發(fā)生頻率差異表明，其發(fā)生與橡膠樹基因型有關(guān)。研究中沒有發(fā)現(xiàn)二心室雌蕊的情況。

2.2 橡膠樹單個心室內(nèi)兩個胚珠的雌蕊調(diào)查

石蠟切片觀察發(fā)現(xiàn)，存在1個心室中含有兩個胚珠的現(xiàn)象（圖2）。

將一個心室內(nèi)只有一個胚珠的心室類型記為a，一個心室內(nèi)含有兩個胚珠的心室類型記為b，則橡膠樹雌蕊3個心室中均含有一個胚珠的類型記為aaa，3個心室中1個心室有兩個胚珠的類型記為baa，其余類推。

統(tǒng)計結(jié)果表明，橡膠樹品系GT1和IAN873中存在單個心室內(nèi)兩個胚珠的雌蕊，其發(fā)生頻率分別為59.67%和1.70%，熱研88-13中沒有發(fā)現(xiàn)單個心室內(nèi)兩個胚珠的雌蕊（表2）。單個心室內(nèi)兩個胚珠的情況在三心室雌蕊和四心室雌蕊中均存在，且存在同一雌蕊內(nèi)有兩個心室均有兩個胚珠的情況，沒有發(fā)現(xiàn)同一雌蕊內(nèi)三個或者四個心室均有兩個胚珠的情況。

2.3 橡膠樹單個蒴果中種子數(shù)調(diào)查

橡膠樹不同品系蒴果內(nèi)種子數(shù)調(diào)查結(jié)果表明，橡膠樹品系GT1、IAN873、熱研88-13中均存在4顆種子的蒴果（圖3），發(fā)生比率在0.79%～7.35%，品系間差異較大（表3）。3個品系中只有GT1存在2顆種子的蒴果（圖3c），其發(fā)生比率為7.92%，遠高于其4顆種子蒴果的發(fā)生比率。

3 討論與結(jié)論

橡膠樹的蒴果由雌蕊受精后發(fā)育而成，正常情況下，2顆種子的蒴果應(yīng)由二心室雌蕊發(fā)育而來，3顆種子的蒴果由三心室雌蕊發(fā)育而來，4顆種子的蒴果由四心室雌蕊發(fā)育而來。但是對比不同品系橡膠樹特異種子數(shù)蒴果比率和特異心室數(shù)雌蕊的比率可以看出，二者在發(fā)生頻率上沒有一致性，例如GT1中含有4顆種子的蒴果占0.79%，而GT1的四心室雌蕊的發(fā)生頻率為4.84%，二者差異較大，同樣的情況出現(xiàn)在其它兩個品系中。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因，推測有兩個，一是試驗條件限制，花序采集年份（2014年）和蒴果調(diào)查年份（2015年）不一致及母樹不一致（GT1）。不同年份橡膠樹開花和結(jié)實的環(huán)境條件差異以及同一品種不同生長環(huán)境的差異導(dǎo)致決定特異雌蕊發(fā)生的基因的表達發(fā)生改變，進而導(dǎo)致不同種子數(shù)蒴果比率和不同心室數(shù)雌蕊發(fā)生頻率的不一致。二是橡膠樹的結(jié)實率極低。自由授粉的橡膠樹結(jié)實率僅為0.3%～1.6%[9]，不超過2%[10]，人工授粉的結(jié)實率在3%～8%[11]不超過10%[12]，大量的雌蕊在受精后無法發(fā)育成果實，較低的結(jié)實率使特異性雌蕊在受精后的生長發(fā)育中留存的比率發(fā)生變化，導(dǎo)致不同種子數(shù)蒴果比率和不同心室數(shù)雌蕊發(fā)生頻率的不一致。

橡膠樹GT1含有2顆種子的蒴果發(fā)生比率為7.92%，但在GT1中卻沒有發(fā)現(xiàn)二心室雌蕊的現(xiàn)象。推測其原因有二，其一存在二心室的雌蕊，但是由于檢測數(shù)量較少，沒有觀察到。但是考慮到GT1的2顆種子的蒴果較高的發(fā)生比率，此種可能性較小。其二是不存在二心室的雌蕊，三心室雌蕊在受精過程中三個胚珠中的一個受精失敗，只有兩個心室的胚珠發(fā)育成種子。Harihar 等[11]認為，只有3個胚珠都獲得受精的雌蕊才能成功的發(fā)育成果實，推測二與此觀點不符。因此，是否存在二心室的雌蕊，以及2顆種子蒴果的形成原因需要進一步研究。

研究中發(fā)現(xiàn)了單個心室內(nèi)含有兩個胚珠的雌蕊，如果兩個胚珠均正常受精發(fā)育成果實，則蒴果的一個心室會有兩顆種子。在蒴果調(diào)查中未發(fā)現(xiàn)單個心室內(nèi)有兩顆種子的現(xiàn)象，推測其原因為單個心室內(nèi)的兩個胚珠中的一個在后期發(fā)育過程中逐漸退化消失，只有一個胚珠發(fā)育成種子，蒴果調(diào)查中發(fā)現(xiàn)了一個單個心室內(nèi)一顆飽滿種子和一個發(fā)育不完整的種子粘連的畸形種子（圖3d），佐證了本推測。

參考文獻

[1] Arm L E T， J B C F. Histoire des plantes de laGuiane Francoise[M]. Nabu Press， 2012.

[2] Richard E S. The history of taxonomic studies in Hevea[J]. The botanical review， 1970， 36（3）：197-276.

[3] 謝石文，邱德勃，鄭堅端. 巴西橡膠樹胚及胚乳發(fā)育的研究[J]. 1981，2（2）：1-6.

[4] 邱德勃，謝石文，孔維明. 巴西橡膠樹大孢子發(fā)生和胚囊發(fā)育過程的研究[J]. 熱帶作物學(xué)報，1991，12（1）：1-9.

[5] 黃華孫. 中國橡膠樹育種五十年（第1版）[M]. 北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2005.

[6] Webster C C， Baulkwill W J. Rubber[M]. Longman Scientific & Technical， 1989.

[7] Priyadarshan P M. Biology of Hevea rubber[M]. CABI publishing， 2011： 20.

[8] 吳云通. 橡膠優(yōu)良品種熱研88-13的選育[J]. 熱帶作物學(xué)報，1990，11（2）：9-16.

[9] Rao B S.Pollination of Hevea in Malaya[J].Rubb Res Inst Malaya， 1961， 17： 14-18.

[10] Hamzah S， Chan J L， Yeang H Y. Pollen tube growth and fruit-set success in Hevea brasiliensis. hand-pollination influenced by the choice of clone and female flower[J]. Euphytica， 2002， 123： 1-8.

[11] Harihar G， Yeang H Y. The low fruit set that follows conventional hand pollination in Hevea brasiliensis： Insufficiency of pollen as a cause[J]. Rubb Res Inst Malaysia， 1984， 32： 20-29.

[12] Priyadarshan P M， Clement-Demange A.Breeding Hevea rubber： Formal and molecular genetic[J]. Adv Gene， 2004， 52： 51-115.