北京地區(qū)蒿柳的開(kāi)花物候期及單花序開(kāi)放過(guò)程中花粉活力和柱頭可授性變化

彭向永， 趙利清，2， 毛金梅，3， 翟飛飛， 孫振元，①

(1. 中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院林業(yè)研究所 國(guó)家林業(yè)局林木培育重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 北京 100091； 2. 國(guó)家開(kāi)放大學(xué)， 北京 100039； 3. 新疆林業(yè)科學(xué)院經(jīng)濟(jì)林研究所， 新疆 烏魯木齊 830063)

北京地區(qū)蒿柳的開(kāi)花物候期及單花序開(kāi)放過(guò)程中花粉活力和柱頭可授性變化

彭向永1， 趙利清1，2， 毛金梅1，3， 翟飛飛1， 孫振元1，①

(1. 中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院林業(yè)研究所 國(guó)家林業(yè)局林木培育重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 北京 100091； 2. 國(guó)家開(kāi)放大學(xué)， 北京 100039； 3. 新疆林業(yè)科學(xué)院經(jīng)濟(jì)林研究所， 新疆 烏魯木齊 830063)

蒿柳(SalixviminalisLinn.)為灌木或小喬木，在中國(guó)主要分布于東北、西北和西藏等地區(qū)。本種為雌雄異株、葇荑花序，在原產(chǎn)地的花期為4月至5月，果期為5月至6月。蒿柳葉片營(yíng)養(yǎng)豐富，可作為養(yǎng)殖柞蠶的飼料[1]，且生長(zhǎng)速度快、耐輪伐，是重要的能源林樹(shù)種[2-3]。為解決能源短缺問(wèn)題，瑞典開(kāi)展了以蒿柳為主要樹(shù)種的能源柳育種工作，獲得了一些優(yōu)良的能源柳品種，但由于雜交親本均為瑞典起源的品種，遺傳多樣性較低，導(dǎo)致雜交后代出現(xiàn)衰退現(xiàn)象[4-5]。中國(guó)地域廣闊，具有豐富的蒿柳野生資源，開(kāi)發(fā)利用潛力巨大。為了培育國(guó)產(chǎn)蒿柳新品種，必須開(kāi)展以開(kāi)花物候期為基礎(chǔ)的蒿柳生殖特性研究。為此，作者以種植于北京的蒿柳為研究對(duì)象，觀察其開(kāi)花物候期并研究了單花序開(kāi)放過(guò)程中花粉活力和柱頭可授性的變化，以期為蒿柳的雜交育種研究提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 材料和方法

1.1 材料

供試蒿柳于2014年6月引種自內(nèi)蒙古自治區(qū)赤峰市黑里河國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)，地理坐標(biāo)為東經(jīng)118°16′～118°33′、北緯41°18′～41°35′，海拔770～1 020 m；屬于溫帶半干旱大陸性季風(fēng)氣候，年平均氣溫6.6 ℃，年平均降水量451 mm，無(wú)霜期154 d。

隨機(jī)采集15～20年生蒿柳植株的1年生枝條，扦插于中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院北京玉泉山苗圃內(nèi)，共3個(gè)小區(qū)，每小區(qū)30株；地理坐標(biāo)為東經(jīng)116°14′、北緯39°59′，海拔54 m，屬于溫帶半濕潤(rùn)季風(fēng)型大陸性季風(fēng)氣候，年平均氣溫11 ℃～12 ℃，年平均降水量640 mm，無(wú)霜期190～195 d。

1.2 方法

1.2.1 開(kāi)花物候期和單花序開(kāi)放過(guò)程的觀察 分別于2015年和2016年對(duì)供試蒿柳扦插植株的開(kāi)花物候期進(jìn)行觀察。在每年春季開(kāi)花前選取生長(zhǎng)健壯且發(fā)育正常的雌、雄單株各10株，每個(gè)單株隨機(jī)標(biāo)記30個(gè)花序；參照何景峰[6]的觀察方法，于每日上午9：00至10：00定株定花序進(jìn)行觀察并記錄開(kāi)花物候期。

參照莫正海等[7]的方法觀察雌株和雄株的單花序開(kāi)放過(guò)程。將單花序的開(kāi)放過(guò)程分為露色階段(雌花序微露黃綠色柱頭，雄花序微露黃色花藥)、初開(kāi)階段(雌花序50%柱頭半伸出，雄花序25%小花開(kāi)放)、半開(kāi)階段(雌花序柱頭完全伸出但處于閉合狀態(tài)，雄花序50%小花開(kāi)放)、全開(kāi)階段(雌花序95%二裂柱頭完全打開(kāi)或呈倒“八”字形，雄花序95%小花開(kāi)放)和枯萎階段(雌蕊50%柱頭枯萎，雄花序50%花絲枯萎)共5個(gè)開(kāi)花階段。

1.2.2 花粉活力和柱頭可授性的觀察 隨機(jī)選擇3株個(gè)體，取樣株枝條中部處于不同開(kāi)花階段的雄花序，每個(gè)開(kāi)花階段各5～6個(gè)花序，參照王源秀等[8]的方法進(jìn)行花粉培養(yǎng)并統(tǒng)計(jì)花粉萌發(fā)率；同一花序的花粉分在3個(gè)載玻片上，每片隨機(jī)選擇3個(gè)視野，每視野觀察30～50?；ǚ?，結(jié)果取平均值。

取枝條中部處于不同開(kāi)花階段的雌花序，每個(gè)開(kāi)花階段至少選取3株個(gè)體，每個(gè)單株各5～6個(gè)花序；采用聯(lián)苯胺-過(guò)氧化氫法[9]測(cè)定柱頭可授性，柱頭變?yōu)樗{(lán)色表示具有可授性，結(jié)果取平均值。

1.3 數(shù)據(jù)處理及分析

分別按照公式“花粉萌發(fā)率=(萌發(fā)花粉粒數(shù)/花粉粒總數(shù))×100%”和“柱頭可授性=(藍(lán)色柱頭數(shù)/花序中小花總數(shù))×100%”計(jì)算花粉活力和柱頭可授性。采用EXCEL 2007和SPSS 19.0統(tǒng)計(jì)分析軟件對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和LSD多重比較。

2 結(jié)果和分析

2.1 蒿柳雌株和雄株開(kāi)花物候期的比較

2015年和2016年蒿柳雌株和雄株在北京地區(qū)的開(kāi)花物候期見(jiàn)表1。結(jié)果顯示：不同年份蒿柳的開(kāi)花物候期略有變化，花期集中在3月上旬至下旬，持續(xù)時(shí)間11～18 d。開(kāi)花方式為雄先型，雌株和雄株的初花期不同，雄株比雌株早開(kāi)花3～4 d；雄株初花期持續(xù)6～7 d，而雌株初花期僅持續(xù)4 d。雖然雌株初花期晚于雄株，但因雌株初花期的持續(xù)時(shí)間較雄株短2～3 d，因而，雌株和雄株的盛花期持續(xù)時(shí)間僅相差1 d，但它們的末花期一致。

表1 北京地區(qū)蒿柳雌株和雄株的開(kāi)花物候期比較1)

Table 1 Comparison on flowering phenology of female and male plants ofSalixviminalisLinn. in Beijing1)

植株P(guān)lant2015年的開(kāi)花日期(MM-DD)Floweringdate(MM-DD)in20152016年的開(kāi)花日期(MM-DD)Floweringdate(MM-DD)in2016S1S2S3S1S2S3雌株Female03-1503-1803-2503-1103-1403-24雄株Male03-1203-1703-2503-0703-1303-24

1)S1： 初花期 Early flowering stage； S2： 盛花期 Full flowering stage； S3： 末花期Final flowering stage.

2.2 蒿柳雌花序和雄花序的開(kāi)放過(guò)程

觀察結(jié)果表明：蒿柳的雄花序?yàn)闈u進(jìn)式開(kāi)放，花序不同部位的小花因發(fā)育程度不同而使開(kāi)放時(shí)間出現(xiàn)差異，雄花序中上部向陽(yáng)面的小花先行開(kāi)放、散粉，而雄花序其他部位的小花均從上至下依次開(kāi)放。每個(gè)雄花序均經(jīng)過(guò)露色階段、初開(kāi)階段、半開(kāi)階段、全開(kāi)階段和枯萎階段5個(gè)開(kāi)花階段，從花序露色開(kāi)始，一般第5天至第7天達(dá)到半開(kāi)階段，第7天至第10天全部小花開(kāi)放，第10天至第12天散粉完畢并進(jìn)入枯萎階段，開(kāi)放過(guò)程大約持續(xù)10～15 d。

雌花序?yàn)楸l(fā)式開(kāi)放，花序不同部位的小花基本上同時(shí)發(fā)育和同時(shí)開(kāi)放。開(kāi)放第1天超過(guò)50%的柱頭露出，第3天柱頭繼續(xù)伸長(zhǎng)至約0.5 cm且全部柱頭露出，第4天至第5天柱頭完全伸出但多數(shù)柱頭呈閉合狀態(tài)，第6天至第7天柱頭全部呈倒“八”字形裂開(kāi)并進(jìn)入全開(kāi)階段(持續(xù)2～3 d)，第8天至第10天授粉完畢后柱頭開(kāi)始枯萎。每個(gè)雌花序均經(jīng)過(guò)露色階段、初開(kāi)階段、半開(kāi)階段、全開(kāi)階段、枯萎階段5個(gè)開(kāi)花階段，開(kāi)放過(guò)程大約持續(xù)8～10 d。

2.3 蒿柳花粉活力和柱頭可授性的變化

蒿柳雄花序和雌花序開(kāi)放過(guò)程中花粉活力和柱頭可授性的變化見(jiàn)圖1。結(jié)果表明：雄花序的花粉萌發(fā)率隨開(kāi)花進(jìn)程先升后降。露色階段的花粉萌發(fā)率僅為5.0%；隨著小花開(kāi)放數(shù)量增加，花粉萌發(fā)率顯著提高，全開(kāi)階段的花粉萌發(fā)率達(dá)到最高，為72.0%；枯萎階段的花粉萌發(fā)率下降為46.1%。半開(kāi)和全開(kāi)階段的花粉萌發(fā)率均顯著(P<0.05)高于其余3個(gè)階段，因此，蒿柳的人工采粉過(guò)程應(yīng)該在雄花序的半開(kāi)和全開(kāi)階段完成。

□： 花粉萌發(fā)率 Pollen germination rate； ■： 柱頭可授性 Stigma receptivity.S1： 露色階段 Emerging color stage； S2： 初開(kāi)階段 Initial flowering stage； S3： 半開(kāi)階段 Half flowering stage； S4： 全開(kāi)階段 Full flowering stage； S5： 枯萎階段 Withered stage. 不同的小寫(xiě)字母表示同一指標(biāo)在不同開(kāi)花階段間差異顯著(P<0.05)Different lowercases indicate the significant difference of the same index among different flowering stages (P<0.05).圖1 開(kāi)放過(guò)程中蒿柳花粉活力和柱頭可授性的變化Fig. 1 Changes in pollen activity and stigma receptivity of Salix viminalis Linn. during blossom process

雌花序的柱頭可授性隨開(kāi)花進(jìn)程也呈現(xiàn)先高后低的變化趨勢(shì)(圖1)。露色階段的柱頭可授性僅為23.1%；隨柱頭伸長(zhǎng)及展開(kāi)，其可授性快速上升，半開(kāi)和全開(kāi)階段的柱頭可授性分別達(dá)到91.3%和94.4%，顯著高于其余3個(gè)階段；但枯萎階段的柱頭可授性顯著降低，并降至5.0%以下?？傊?，在半開(kāi)和全開(kāi)階段，蒿柳雌花序的柱頭可授性較高，適宜花粉在柱頭上萌發(fā)。

3 討 論

在原產(chǎn)地蒿柳的花期一般為4月至5月，花期持續(xù)25～30 d，而在北京地區(qū)扦插種植的蒿柳植株從3月上旬進(jìn)入初花期，花期持續(xù)11～18 d，比原產(chǎn)地提早了約1個(gè)月，持續(xù)時(shí)間縮短。這一現(xiàn)象與不同區(qū)域的氣候差異有關(guān)。蒿柳原分布于冷涼地區(qū)，而北京地區(qū)的春季回溫早于其原產(chǎn)地，且氣溫回升快，因而，當(dāng)原產(chǎn)地的蒿柳還處于休眠狀態(tài)時(shí)，種植于北京的蒿柳植株已經(jīng)進(jìn)入萌動(dòng)狀態(tài)。

雖然蒿柳的雌株和雄株的初花期不同步，但其雄花序小花漸進(jìn)式開(kāi)放，雌花序小花爆發(fā)式開(kāi)放且不同部位的小花發(fā)育基本一致，雌花初開(kāi)時(shí)柱頭可授性就達(dá)70%以上，此時(shí)雄花已達(dá)到半開(kāi)狀態(tài)且花粉萌發(fā)率超過(guò)60%，花粉的高活力期與柱頭的高可授性期恰好相遇；蒿柳雄株的初花期持續(xù)6～7 d，而雌株初花期僅持續(xù)3～4 d，使蒿柳雌株和雄株盛花期有一定的同步，降低了因雌株和雄株盛花期時(shí)間的差異導(dǎo)致的交配機(jī)會(huì)的不均等性[10]，提高了授粉和受精的成功率。另外，蒿柳雄花花粉萌發(fā)率和雌花柱頭可授性的最佳時(shí)期均為半開(kāi)和全開(kāi)階段，此時(shí)進(jìn)行人工授粉，能有效提高蒿柳雜交育種的成功率。

[1] 伍 律. 五種柞樹(shù)及蒿柳對(duì)柞蠶生長(zhǎng)發(fā)育、抗病力及繭絲質(zhì)量的影響[J]. 昆蟲(chóng)學(xué)報(bào)， 1975， 18(3)： 281-288.

[2] 龍應(yīng)忠， 吳際友， 童方平， 等. 高熱值速生能源樹(shù)種選育及應(yīng)用研究進(jìn)展[J]. 林業(yè)科技開(kāi)發(fā)， 2007， 21(2)： 1-5.

[3] NAYERIPOUR M， KHESHTI M. Sustainable Growth and Applications in Renewable Energy Sources[M]. Croatia： InTech， 2011： 181-208.

[4] ZHAI F F， MAO J M， LIU J X， et al. Male and female subpopulations ofSalixviminalispresent high genetic diversity and high long-term migration rates between them[J]. Frontiers in Plant Science， 2016， 7： 1-8.

[5] DAI X G， HU Q J， CAI Q L， et al. The willow genome and divergent evolution from poplar after the common genome duplication[J]. Cell Research， 2014， 24： 1274-1277.

[6] 何景峰. 不同地區(qū)瑞典能源柳引種狀況及生物量研究[D]. 西安： 西北農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院， 2011： 12-13.

[7] 莫正海， 張計(jì)育， 翟 敏， 等. 薄殼山核桃在南京的開(kāi)花物候期觀察和比較[J]. 植物資源與環(huán)境學(xué)報(bào)， 2013， 22(1)： 57-62.

[8] 王源秀， 江 聰， 徐立安. 柳樹(shù)花粉生活力分析[J]. 林業(yè)科技開(kāi)發(fā)， 2007， 21(1)： 28-30.

[9] DAFNI A. Pollination Ecology： a Practical Approach[M]. New York： Oxford University Press， 1992： 59-89.

[10] 高素萍， 張 碩， 吳佩紋. 二型植物藍(lán)花丹開(kāi)花物候特征觀察及其生態(tài)意義分析[J]. 植物資源與環(huán)境學(xué)報(bào)， 2015， 24(1)： 84-90.

(責(zé)任編輯： 郭嚴(yán)冬)

Flowering phenology and changes in pollen activity and stigma receptivity during blossom process of single inflorescence ofSalixviminalisin Beijing

PENG Xiangyong1， ZHAO Liqing1，2， MAO Jinmei1，3， ZHAI Feifei1， SUN Zhenyuan1，①

(1. Key Laboratory of Tree Breeding and Cultivation， State Forestry Administration， Research Institute of Forestry， Chinese Academy of Forestry， Beijing 100091， China； 2. The Open University of China， Beijing 100039， China； 3. Economic Forest Research Institute， Xinjiang Academy of Forestry， Urumqi 830063， China)，

J.PlantResour. &Environ.， 2017， 26(1)： 110-112

Flowering phenology and flowering dynamics of female and male inflorescences ofSalixviminalisLinn. in Beijing were observed in 2015 and 2016， and changes in pollen activity and stigma receptivity were also investigated. The results show that early flowering stage ofS.viminalisin Beijing is happened in early-March， flowering period is 11-18 d, and flowering pattern is the first opening type of male flower. Flowering period of single inflorescence in male and female plants is 10-15 d and 8-10 d， respectively， which can be divided into five stages： emerging color stage， initial flowering stage， half flowering stage， full flowering stage and withered stage. Flowering date of male plant is earlier about 3-4 d than that of female plant. However， the difference of full flowering stage between male and female plants is only 1 d. Pollen germination rate and stigma receptivity show a trend of firstly increasing then decreasing during blossom process. Pollen germination rate reaches the highest of 72% at full flowering stage， and stigma receptivity is more than 90% at half and full flowering stages. Therefore， it is suggested that pollen collection and pollination in mid-March can improve success rate of cross breeding ofS.viminalis.

蒿柳； 開(kāi)花物候期； 開(kāi)放過(guò)程； 花粉萌發(fā)率； 柱頭可授性

SalixviminalisLinn.； flowering phenology； blossom process； pollen germination rate； stigma receptivity

2016-04-11

國(guó)家林業(yè)公益性行業(yè)科研專項(xiàng)(201304115)； 林木遺傳育種國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室專項(xiàng)(CAFYBB2016ZX001-3)

彭向永(1977—)，男，山東滕州人，博士研究生，副教授，主要從事園林植物分子育種方面的研究。

①通信作者E-mail： sunzy@263.com

Q944.58； S792； S793.9

A

1674-7895(2017)01-0110-03

10.3969/j.issn.1674-7895.2017.01.16