反季節(jié)杧果花器官結(jié)構(gòu)對(duì)胚胎敗育的影響

賀軍虎　馬鋒旺　陳業(yè)淵　趙小青　陳華蕊　欒愛萍

摘要 [目的]研究反季節(jié)杧果花器官結(jié)構(gòu)對(duì)胚胎敗育的影響。[方法]觀察反季節(jié)杧果生產(chǎn)中花器官和胚胎的結(jié)構(gòu)，探索反季節(jié)杧果胚胎敗育過程中“金煌”品種的細(xì)胞學(xué)結(jié)構(gòu)變化，研究胚胎敗育的細(xì)胞學(xué)機(jī)理。[結(jié)果]“金煌”雄蕊退化，花粉囊間發(fā)育差異十分顯著，花粉囊小的花粉數(shù)量少，而花粉囊大的花粉數(shù)量多且發(fā)育至成熟，僅有少部分花粉囊的花粉退化，花粉生活力為76.9%。雌器官出現(xiàn)子房萎縮變形、胚珠橫生現(xiàn)象；胚珠周圍的輸導(dǎo)組織斷裂現(xiàn)象普遍；在胚囊8核期間，在同一或不同胚珠中出現(xiàn)極核細(xì)胞消失或者退化，反足細(xì)胞個(gè)別退化、助細(xì)胞個(gè)別或者全部退化的現(xiàn)象。[結(jié)論]以上因素都會(huì)影響胚珠受精，引起授粉受精不良。

關(guān)鍵詞 杧果；反季節(jié)；器官；敗育

中圖分類號(hào) S667.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼

A 文章編號(hào) 0517-6611（2018）14-0055-05

Effects of Floral Structure on the Embryo Abortion of the Antiseason Mango

HE Junhu1，2，MA Fengwang2， CHEN Yeyuan1 et al （1.Tropic Crops GeneticResources Institute，Chinese Academy of Tropic Agricultural Sciences，Danzhou，Hainan 571737；2.College of Horticulture，Northwest A & F University，Yangling，Shaanxi 712100）

Abstract [Objective]To research the effects of floral structure on the embryo abortion of the antiseason mango.[Method] We observed the floral organ and embryo structure of antiseason mango， explored the changes of cytology structure of mango cultivar Jinhuang druing embryo abortion， and researched the cytological mechanism of embryo abortion.[Result]Jinhuang showed stamen degeneration， there were significant differences in anther development， the bigger anther possessed the more pollen quantity with higher maturity.Only a few pollen in sac showed degeneration. Pollen activity was 76.9%.In female organs， there were phenomena of ovary atrophy and hemitropous ovule；and the broken transmission tissue was common around the conducting tissue.When the megaspore developed in stage of eight nucleolus， polar nucleus cell disappeared or degenerated in the same or different ovules.[Conclusion] All these factors might affect the fertilization of the ovule， and lead to poor pollination and fertilization.

Key words Mango；Antiseasona；Organ；Abortion

胚敗育即種子敗育，該現(xiàn)象普遍存在于園藝作物中。反季節(jié)杧果胚胎敗育后在成熟的果實(shí)中只留下部分硬化的種痕，果實(shí)可以持續(xù)發(fā)育到成熟，但果實(shí)體積異常小。關(guān)于杧果胚胎的敗育前人研究主要集中在兩個(gè)方面。董軍等[1]和黃鏡浩[2]分別研究了因推遲開花和低溫引起的芒果不同品種的胚胎敗育。董軍等[1]認(rèn)為，胚胎敗育是由于雌蕊敗育引起的，主要是8核時(shí)期胚囊中的各個(gè)組成如卵細(xì)胞、助細(xì)胞、極核和反足細(xì)胞退化引起的，從而導(dǎo)致胚囊敗育、胚珠萎縮或種胚中途敗育。黃鏡浩[2]認(rèn)為，低溫下（10～20 ℃）杧果花粉母細(xì)胞在進(jìn)行減數(shù)分裂時(shí)期核仁行為異常，出現(xiàn)大量的微核仁、單價(jià)體和多價(jià)體現(xiàn)象，這些均可能導(dǎo)致雄性不育、子房或者胚珠畸形。雌配子發(fā)育成熟后卵細(xì)胞和助 細(xì)胞全部降解。這些原因都不是胚胎敗育的最根本原因，花粉管的生長(zhǎng)緩慢和授粉受精成功率低導(dǎo)致了無籽果實(shí)的產(chǎn)生[3] 。海南的杧果反季節(jié)栽培，采用的栽培品種和措施不同于廣東的“東鎮(zhèn)”“臺(tái)農(nóng)一號(hào)”杧果，開花期在11月下旬—12月上旬，花期溫度適宜。鑒于此，筆者對(duì)反季節(jié)杧果生產(chǎn)中花器官和胚胎的結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察，試圖探索反季節(jié)杧果胚胎敗育過程中“金煌”品種的細(xì)胞學(xué)結(jié)構(gòu)變化，研究胚胎敗育的細(xì)胞學(xué)機(jī)理。

1 材料與方法

1.1 材料

開花期間在三亞市市南田農(nóng)場(chǎng)龍樓隊(duì)果園取樣，品種為8年生的 “金煌”，樹體已經(jīng)連續(xù)4年經(jīng)過反季節(jié)生產(chǎn)技術(shù)處理。

1.2 方法

從現(xiàn)蕾到盛花期，每2 d取花朵樣1次，每個(gè)時(shí)期的花朵取20個(gè)左右，大小分級(jí)，在卡諾固定液中固定，4 ℃保存?zhèn)溆谩Ｗ竺?0 d 左右采集1 次幼果，每個(gè)時(shí)期的正常和敗育果實(shí)至少各取10 個(gè)。剝開胚，觀察判斷胚胎是否敗育，并照相，直至胚胎敗育完成。判斷胚胎是否敗育的方法為：剖開果實(shí)觀察，胚珠蒼白瘦小，胚體占據(jù)子房空間小，部分組織褐變的為胚胎敗育果實(shí)，反之則為胚胎正常果實(shí)。

花期采集充分成熟的花粉放入小瓶中并帶回室內(nèi)，用于花粉生活力調(diào)查試驗(yàn)。

1.2.1 杧果花粉活力調(diào)查。采用氯化三苯基四氮唑（TTC）方法 [4]處理，鏡檢并統(tǒng)計(jì)觀察視野。

1.2.2 光鏡觀察。將材料均勻加入其體積20～50倍的100%酒精和冰醋酸按照3 ∶1的溶液卡諾氏液中固定。經(jīng)過酒精脫水、二甲苯透明后，進(jìn)行浸蠟，包埋。番紅固綠染色，封片觀察。

2 結(jié)果與分析

2.1 雌蕊結(jié)構(gòu)

2.1.1 柱頭、胚珠和子房結(jié)構(gòu)。

正常的杧果雌蕊為子房單室，其胚珠倒生、胚孔向下，外具單層珠被、珠心厚，其組織發(fā)達(dá)，為典型的寥生胚珠，柱頭輸導(dǎo)組織發(fā)達(dá)。

對(duì)反季節(jié)杧果雌蕊的觀察表明，雌蕊存在著大量的雌蕊敗育現(xiàn)象，如柱頭表現(xiàn)為發(fā)育緩慢，或者停滯發(fā)育（圖1-1），進(jìn)一步觀察其胚珠發(fā)現(xiàn)，有胚珠出現(xiàn)非典型的寥生胚珠現(xiàn)象，子房萎縮、畸形 （圖1-3）。同時(shí)研究還發(fā)現(xiàn)，無論何種類型的雌蕊異常，其珠被組織發(fā)育均正常。

2.1.2 胎座輸導(dǎo)組織結(jié)構(gòu)。與發(fā)育正常胚胎的輸導(dǎo)組織有個(gè)別細(xì)小的斷裂現(xiàn)象比較（圖2-1），胚囊發(fā)育不正常的子房胎座輸導(dǎo)組織發(fā)生的異常斷裂明顯增多（圖2-2）。這表明反季節(jié)杧果中胎座的組織發(fā)育不致密，這勢(shì)必會(huì)減少通過胎座輸導(dǎo)組織輸導(dǎo)的營養(yǎng)物質(zhì)的種類和數(shù)量，造成子房及其胚珠的發(fā)育障礙?？紤]到當(dāng)?shù)亻_花時(shí)的溫度比較適宜（均溫22.3 ℃，由海南省氣象局提供），推測(cè)可能由于噴施了高劑量的誘導(dǎo)成花物質(zhì)刺激了花器官及其胎座輸導(dǎo)組織的迅速發(fā)育，導(dǎo)致了輸導(dǎo)組織發(fā)育不致密。在低溫條件下，發(fā)現(xiàn)“臺(tái)農(nóng)一號(hào)”也有該現(xiàn)象。黃鏡浩[2]發(fā)現(xiàn)在低溫條件下胚胎敗育也有該類現(xiàn)象，這些組織的異常勢(shì)必影響果實(shí)及胚胎的正常發(fā)育。

2.1.3 胚囊發(fā)育。

在胚囊細(xì)胞的4核時(shí)期，細(xì)胞質(zhì)溶質(zhì)較多，胚囊核比較明顯，未出現(xiàn)敗育現(xiàn)象（圖3-1）；8核期間胚囊退化現(xiàn)象非常明顯，極核細(xì)胞消失，個(gè)別反足細(xì)胞退化，1個(gè)助細(xì)胞退化，卵細(xì)胞清晰（圖3-2、3-3）；也有2個(gè)近珠孔端的助細(xì)胞全部退化，卵細(xì)胞清晰，極核細(xì)胞退化變淡，但是反足細(xì)胞仍有未完全退化的現(xiàn)象（圖3-4）。在成熟的胚囊發(fā)育的8核期間，各個(gè)細(xì)胞清晰可見，但是助細(xì)胞全部退化（圖3-5）。因此，在反季節(jié)杧果胚囊發(fā)育的8核期期間，同一或不同的胚囊中出現(xiàn)極核細(xì)胞消失或者退化，反足細(xì)胞個(gè)別退化、助細(xì)胞個(gè)別或者全部退化的現(xiàn)象，這些影響了胚珠進(jìn)一步的雙受精過程以及胚胎的發(fā)育。

2.2 雄蕊發(fā)育

2.2.1 花粉生活力。

“金煌”品種同樣存在著大量的雄蕊退化現(xiàn)象（圖4）。由表1可知，通過對(duì)海南省3個(gè)主要栽培品種“金煌”“臺(tái)農(nóng)一號(hào)”“貴妃”進(jìn)行調(diào)查表明，花粉生活力強(qiáng)的杧果品種按照比例從低到高依次為“貴妃”“臺(tái)農(nóng)一號(hào)”“金煌”，而花粉生活力一般的按照比例從低向高依次為“臺(tái)農(nóng)一號(hào)”“金煌”“貴妃”，具有活力的花粉按照比例從低到高依次為“臺(tái)農(nóng)一號(hào)”“金煌”“貴妃”。黃鏡浩[2]的調(diào)查結(jié)果顯示，低溫下“臺(tái)農(nóng)一號(hào)”的異?；ǚ郾壤秊?3.16%，常溫下為0.62%，因此低溫嚴(yán)重影響了杧果的花粉活力。該研究采取的杧果花粉是在常溫下，當(dāng)?shù)?1月中旬采集（當(dāng)?shù)?1月 平均氣溫為22.3 ℃），此時(shí)氣溫正常，花粉生活力異常（33.7%）可能與反季節(jié)杧果的生產(chǎn)技術(shù)措施有密切關(guān)系。前人研究認(rèn)為，多效唑處理能顯著降低雄花數(shù)量，而兩性花

數(shù)量變化不大，從而提高了兩性花比例。由于多年施用多效唑、乙烯利、硝酸鉀的累計(jì)效應(yīng)及其結(jié)合乙烯利和硝酸鉀催化后對(duì)花粉活力的影響尚未有報(bào)道，因而難以比較。但反季節(jié)生產(chǎn)條件下的“臺(tái)農(nóng)一號(hào)”花粉失去活力的比例比黃鏡浩[2]研究低溫下其活力的下降程度有所增加，說明反季節(jié)生產(chǎn)中采取的控梢、催花措施對(duì)于杧果的花粉生活力有一定的影響[5]。該研究及其后繼研究選用的“金煌”品種的花粉生活力為76.9%，因此可以順利進(jìn)行授粉受精。

2.2.2 花粉囊發(fā)育。光鏡觀察結(jié)果顯示，“金煌”花粉囊中由外向內(nèi)依次分為表皮細(xì)胞、藥室內(nèi)壁、中層細(xì)胞、絨氈層和內(nèi)部的花粉粒。試驗(yàn)中花粉囊以2個(gè)居多，偶爾有3個(gè)（圖5-1）。花粉母細(xì)胞發(fā)育正常，四分體時(shí)期絨氈層尚未明顯退化（圖5-2， 5-3）?；ǚ勰野l(fā)育不一致現(xiàn)象普遍，個(gè)別花粉囊中花粉數(shù)量極少、藥隔壁厚?；ǚ蹟?shù)量之間差異較大（圖5-3），成熟的花粉囊花粉多且發(fā)育正常，花粉中細(xì)胞質(zhì)含量大，偶爾可見個(gè)別花粉粒退化（圖 5-3）。成熟花粉粒數(shù)量多，藥隔相對(duì)較薄，絨氈層退化（圖 5-4）。

花粉囊中的花粉少或者花粉囊停滯發(fā)育是反季節(jié)杧果“金煌”品種雄蕊敗育的主要表現(xiàn)形式（圖5-1， 5-3）。這與黃鏡浩在低溫對(duì)導(dǎo)致杧果的影響有所不同，在低溫條件下，“臺(tái)農(nóng)一號(hào)”品種花粉母細(xì)胞會(huì)發(fā)生細(xì)胞融合，形成雙核結(jié)構(gòu)[2]。在反季節(jié)條件下“金煌”杧果花粉囊中的花粉細(xì)胞多數(shù)出現(xiàn)退化現(xiàn)象（圖6）。而且，花粉細(xì)胞會(huì)發(fā)生退化，花粉囊不同，退化現(xiàn)象之間的差異很大，類似于溫敏型花粉敗育。有些花粉囊花粉非常少，有些花粉囊停止發(fā)育，而有些花粉囊花粉數(shù)量多而且發(fā)育完全（圖5-1）。

3 結(jié)論與討論

通過研究多種作物的胚胎敗育原因總結(jié)得出，胚胎的敗育原因多是胚乳的異常生長(zhǎng)、胚乳核停止分裂、胚乳提前解體、退化導(dǎo)致胚乳衰敗和枯竭，受精卵難以獲得營養(yǎng)，嚴(yán)重影響正常胚胎發(fā)育，造成胚胎中途退化[6-8]。

杧果花朵存在雄蕊退化不育現(xiàn)象。雄花花絲短小、花藥萎縮。雄性不育有退化、溫敏2種。其中退化型花藥透明，其花粉母細(xì)胞在減數(shù)分裂前已經(jīng)全數(shù)敗育；而溫敏型花粉敗育在發(fā)育的各個(gè)時(shí)期均有發(fā)生，以四分體—小孢子形成大液泡之前敗育為主，低溫可以造成小孢子和絨氈層發(fā)育異常，杧果花粉母細(xì)胞微核明顯增加，導(dǎo)致敗育。

杧果雌蕊敗育表現(xiàn)為子房萎縮、畸形，胚珠異常，胚囊未必發(fā)生異常。在低溫條件下，“臺(tái)農(nóng)一號(hào)”品種兩性花的胚囊在4核期有部分異常，細(xì)胞壁將4核分隔，核退化解體，而正常溫度下無此現(xiàn)象[2]。東鎮(zhèn)紅杧雌蕊敗育主要表現(xiàn)為胚囊在8核時(shí)期卵細(xì)胞、助細(xì)胞、極核、反足細(xì)胞退化，導(dǎo)致授粉受精不良產(chǎn)生胚胎敗育[1]。

在該研究中，反季節(jié)杧果雄蕊退化多而復(fù)雜，花粉囊之間發(fā)育差異十分顯著，花粉囊小的花粉數(shù)量少，而花粉囊大的花粉數(shù)量大而發(fā)育成熟。除了部分花粉囊花粉退化外，發(fā)育正常的花粉生活力沒有影響到授粉受精，花粉生活力尚在76.9%。雌配子發(fā)育過程中，輸導(dǎo)組織中間斷裂，進(jìn)而引起雌配子出現(xiàn)多種退化，如子房萎縮變形、胚珠橫生，同一或不同胚珠中出現(xiàn)極核、助細(xì)胞及其反足細(xì)胞的退化現(xiàn)象，這些都可以影響此后授粉受精和胚胎的發(fā)育。

董軍等[1]觀察發(fā)現(xiàn)，“東鎮(zhèn)”杧果8核期雌蕊敗育、胚珠發(fā)育不正常，在胚胎發(fā)育初期營養(yǎng)競(jìng)爭(zhēng)不力造成無仁果實(shí)。然而，不同品種、不同脅迫之間可能有差異。該研究尚未發(fā)現(xiàn)雌性器官完全退化的現(xiàn)象，只是在“金煌”杧果胚囊8核期間，極核細(xì)胞退化、消失，助細(xì)胞1個(gè)或者2個(gè)全部退化、反足細(xì)胞個(gè)別退化，而卵細(xì)胞尚在。成熟胚囊的這種發(fā)育情況對(duì)于授粉受精會(huì)造成不良的影響，胚囊退化嚴(yán)重的會(huì)引起授粉受精不良，導(dǎo)致第1次生理落果，胚囊發(fā)育正常的可以完成受精，但是由于營養(yǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力不強(qiáng)形成無籽果實(shí)。

反季節(jié)杧果生產(chǎn)中，“金煌”品種雄蕊退化，花粉囊之間發(fā)育差異十分顯著，花粉囊小的花粉數(shù)量少，而花粉囊大的花粉數(shù)量多且發(fā)育成熟；雌器官出現(xiàn)子房萎縮變形、胚珠橫生現(xiàn)象；胚珠周圍的輸導(dǎo)組織斷裂現(xiàn)象普遍；在胚囊8核期間，在同一或者不同胚珠中出現(xiàn)極核細(xì)胞消失或者退化，反足細(xì)胞個(gè)別退化、助細(xì)胞個(gè)別或者全部退化的現(xiàn)象，這些都會(huì)影響此后的胚珠受精，引起授粉受精不良。

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