油橄欖雄花分化比例與花序軸、葉片內源激素含量及產量的關系

姜成英, 蘆 娟, 趙夢炯, 吳文俊

(甘肅省林業(yè)科學研究院/國家林業(yè)局油橄欖工程技術研究中心/甘肅省油橄欖工程技術研究中心，甘肅 蘭州 730020)

油橄欖(OleaeuropaeaL.)，原產于地中海地區(qū)，是人類最早認識、馴化、種植的油料作物之一，有4 000多年的栽培歷史[1].我國規(guī)模引種油橄欖始于1964年，位于西秦嶺南坡的白龍江河谷地是油橄欖最佳適生區(qū)之一，已成為中國最大的油橄欖種植基地[2].但與原產地相比，嚴重的大小年現(xiàn)象極大地制約了油橄欖產業(yè)的發(fā)展[3].經過長期的研究和觀察，對油橄欖花芽分化和花器官形態(tài)建成的認識已經基本清晰[4-6]，而且發(fā)現(xiàn)不同部位的內源激素含量的變化在其成花過程中起著關鍵的調控作用，成花之間存在緊密關系，尤其是IAA和ABA與核酸的代謝調控息息相關[7-12].朱振家等[13]在中國白龍江河谷地對引種的油橄欖花芽分化期激素水平進行研究，表明高水平的ABA、IAA、ABA/GA3、IAA/GA3和(ABA+IAA)/GA3有利于油橄欖成花誘導，高水平的ZR、ZR/GA3、ZR/ABA和ZR/IAA有利于油橄欖花芽分化.植物的性器官表現(xiàn)出雄全同株的性系統(tǒng)，通常認為是植物本身優(yōu)化雌雄功能調配繁殖資源，從而適應環(huán)境達到最大化繁殖的一種適應機制，內源激素的含量及相互間的平衡對調配繁殖資源起著重要的調控作用，有研究就發(fā)現(xiàn)高水平的ABA/GA有利于花芽形態(tài)的分化，高水平的IAA/ZR及ABA/ZR促進花芽形態(tài)分化，但抑制雌雄蕊的形成，從而影響到雄花分化數(shù)量，進而影響單株產量[14-16].試驗通過HPLC方法測定花期油橄欖葉片和花序軸內源激素的變化，統(tǒng)計雄花比例和產量，明確內源激素變化對雄花比例和產量的影響，揭示一定比例雄花的分化對調節(jié)其自身內源激素變化及繁殖策略的影響.

1 材料與方法

1.1 材料

供試材料的采集及試驗觀測全部于2014和2015年在甘肅隴南武都區(qū)大灣溝油橄欖示范園完成.品種名稱及來源見表1.試驗地點年平均氣溫13.9～14.9 ℃，絕對最高氣溫39.9 ℃，絕對最低氣溫-8.8 ℃，年平均降水量474 mm，年日照數(shù)1 911 h，無霜期263 d.

表1 供試材料名稱、起源及用途Table 1 The name of varieties,orign and use

1.2 方法

1.2.1 雄花比例統(tǒng)計 在試驗地點各品種隨機標記樹勢一致的9個植株，每個植株選擇60個花序，觀測開花進程并統(tǒng)計花序中兩性花和雄花的數(shù)目.

1.2.2 樣品采集及內源激素測定 在花期采集孕育花芽的葉片，孕育葉芽的葉片及花序軸，各品種每個部位采集3份樣品立即用液氮速凍，帶回實驗室保存在-80 ℃超低溫冰箱中，激素(ZR, GA3, ABA, IAA)測定方法采用高效液相色譜法，使用Agilent 1200液相色譜儀(美國Agilent公司)，色譜條件：色譜柱為ODS-C18，流動相為甲醇∶0.075%冰醋酸水溶液=45∶55(體積比)，檢測波長254 nm，流速為0.25 mL·min-1，柱溫25 ℃，進樣量為10 μL.

2 結果與分析

2.1 各品種雄花分化比例

表2 各品種2014、2015年度雄花比例Table 2 Mate flower ratio in 2014 and 2015

供試的4個品種都為甘肅隴南油橄欖產區(qū)主要栽培品種，4個品種中‘城固32’和‘鄂植8號’表現(xiàn)出典型的雄全同株現(xiàn)象(表2)，2014和2015年度雄花比例分別為18.73%和21.31%，37.5%和31.74%，而‘萊星’和‘佛奧’沒有分化雄花.

2.2 不同取樣部位內源激素含量

2.2.1 IAA含量變化 花期，花序軸中IAA含量高于葉片中，孕育花芽和葉芽葉片中IAA含量變化無明顯規(guī)律.就4個品種而言，花序軸上分化出一定比例雄花的品種‘鄂植8號’和‘城固32’在3個采樣部位都表現(xiàn)出較高的IAA水平，尤其是‘鄂植8號’表現(xiàn)的尤為明顯(圖1).

圖1 各品種不同采樣部位IAA含量變化Fig.1 Changes of IAA content in the different parts of four olive varieties

2.2.2 ABA含量變化 花期，3個采樣部位中花序軸中ABA含量水平最高，孕育花芽的葉片與孕育葉芽的葉片ABA含量水平較低，‘鄂植8號’和‘城固32’花序軸中ABA水平顯著低于‘萊星’和‘佛奧’.

圖2 各品種不同采樣部位ABA含量變化Fig.2 Changes of ABA content in the different parts of four olive varieties

2.2.3 ZR含量變化 在油橄欖花期，如圖3所示4個品種的3個采樣部位中花序軸中ZR含量水平最高，分化出雄花的品種‘鄂植8號’和‘城固32’花序軸中ZR含量水平明顯高于‘萊星’和‘佛奧’(圖3).

圖3 各品種不同采樣部位IAA含量變化Fig.3 Changes of ZR content in the different parts of four olive varieties

2.2.4 花序軸ABA/ZR與IAA/ZR比值變化 在油橄欖花期，具有雄花分化數(shù)量的品種‘鄂植8號’和‘城固32’花序軸中ZR/IAA和ZR/ABA比值較高(圖4).

圖4 各品種花序軸中ZR/ABA和ZR/IAA變化Fig.4 Changes of the ratio of ZR/ABA and ZR/IAA in four olive varieties

2.3 雄花比例與產量的關系

通過連續(xù)2年的產量測定可知(圖5)，有一定雄花數(shù)量的分化的‘鄂植8號’和‘城固32’相對于平均產量的波動是4.52%和12.24%，而不分化雄花的品種‘萊星’和‘佛奧’相對于平均產量的波動是57.96%和41.85%，可見具有雄全同株現(xiàn)象的品種表現(xiàn)的更加穩(wěn)產大小年現(xiàn)象不明顯.

圖5 不同品種2014—2015年產量變化Fig.5 Changes of yield in 2014—2015 in four varieties

3 討論

雖然只有不到2%的被子植物具有雄全同株性系統(tǒng)，但是這種性表達模式格外被研究者所關注[17]，認為有限的繁殖資源在雌雄兩個功能之間優(yōu)化分配的一種適應機制.植物的成花是一個非常復雜的過程，所分配到的資源也是通過各內源激素動態(tài)平衡或順序性的變化調運營養(yǎng)物質向生殖器官轉運而來的，而許多植物在長期的進化過程中，為了適應生態(tài)環(huán)境，繁衍后代，其有性繁殖系統(tǒng)通過自身形態(tài)建成調控內源激素的變化，從而達到最優(yōu)化的資源分配，保障其繁殖成功.

在油橄欖花期，GA3對果樹成花具有抑制作用，因此在花期3個采樣部位GA3都未檢出，果樹要保持低水平的GA3以防抑制花芽形態(tài)建成[18].細胞分裂素(ZRs)、脫落酸(ABA)和生長素(IAA)在花序軸中的含量都高于葉片.3類激素中脫落酸ABA含量水平最高，與促進受精完成后花瓣脫落有關.

依據(jù)品種來看，花序軸上分化出一定比例雄花的品種‘鄂植8號’和‘城固32’在3個采樣部位都表現(xiàn)出較高的IAA和ZR水平，較低的ABA水平，高水平ZR/IAA和ZR/ABA值促進了雄花分化.連續(xù)2年的產量測定可以看出，一定雄花數(shù)量分化的品種‘城固32’和‘鄂植8號’表現(xiàn)的更加穩(wěn)產，而其他2個品種在產量上大小年明顯.

結合觀察，油橄欖部分品種表現(xiàn)出典型的雄花同株現(xiàn)象，產生雄花比產生兩性花需要的資源量更少，避免雌器官敗育導致的樹體資源浪費，從而提高個體的適合度，這與1982年Bertin提出了最優(yōu)資源分配假說(optimal resource allocation hypothesis)相一致.從繁殖策略方面來說，一定數(shù)量雄花的分化有效節(jié)省了樹體資源，為第二年花芽分化預留了一定的營養(yǎng)物質，表現(xiàn)的比較穩(wěn)產，而沒有雄花分化的樹體資源，在第二年樹體資源向性系統(tǒng)分配資源時就表現(xiàn)的捉襟見肘，從而導致產量的大小年波動.

4個品種中‘城固32’和‘鄂植8號’表現(xiàn)出典型的雄全同株現(xiàn)象，‘萊星’和‘佛奧’極少或沒有分化雄花，4個品種連續(xù)2年的雄花分化比例分別為：‘城固32’ 37.5%±18.91%、31.74%±13.24%，‘鄂植8號’18.73%±8.74%、21.31%±6.66%，‘萊星’0%、0%，‘佛奧’0%、0%.

花期葉片、花序軸內源激素含量，除了GA3沒有檢出，其他3大類激素在4個品種不同部位樣品中的含量都有所不同，其中花序軸中的含量都高于葉片.較高的IAA和ZR水平，較低的ABA水平與促進油橄欖花期雄花分化有關.從激素平衡的角度來看，高水平ZR/IAA和ZR/ABA值促進了雄花分化.

一定數(shù)量雄花的分化是植物本身的一種繁殖策略，具有雄全同株現(xiàn)象的品種‘城固32’和‘鄂植8號’表現(xiàn)的更加穩(wěn)產，而其他2個品種在產量上大小年明顯.

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