麻竹開花不孕發(fā)育過程及育性調控研究

徐振國，梁曉靜，梁梅華，黃大勇，羅圣杏

（1.廣西壯族自治區(qū)林業(yè)科學研究院 廣西優(yōu)良用材林資源培育重點實驗室，廣西 南寧 530002；2.廣西生態(tài)工程職業(yè)技術學院，廣西 柳州 545004）

竹類植物屬無性繁殖的多年生植物，開花結實較為罕見，自然狀態(tài)下結實率較低[1]。竹類植物開花后多數(shù)死亡，給林業(yè)生產帶來損失[2]，由于竹類植物開花具稀少性、隨意性和不確定性等特點，使得有關竹子開花結實、花粉萌發(fā)及貯藏等方面的研究進展遲緩[3-4]。目前，有關竹子開花的現(xiàn)象及花粉形態(tài)的研究已有部分報道，且收獲種子多數(shù)以自然開花下結實為主[5-11]，喬桂榮[12]采用石蠟切片的觀察方法，從麻竹細胞的顯微結構上，觀察了花粉的發(fā)育過程；鐘遠標[13]以麻竹為材料開展繁育系統(tǒng)的系統(tǒng)研究，闡明了竹類植物的開花特性及結實規(guī)律。上世紀末，國內科學家開始利用竹子的開花進行育種，寧才強等[14]以開花的撐篙竹Bambusa pervariabilis和大綠竹Dendrocalamopsis daii Keng f.為材料，經(jīng)過12 a雜交選育出了4個優(yōu)良雜交新竹種；邢新婷等[8]開展了麻竹控制授粉時不同氣候條件和花枝位置對結實率的研究，并獲得了少量種子；袁金玲等[15]對麻竹等5個開花的叢生竹種進行人工授粉，分別獲得麻竹種子388粒、麻竹種內和麻竹×綠竹種子1 495粒。2000年后，桂北部分竹農開始利用生長素對開花毛竹進行處理，獲得大量種子；孫立方[11]據(jù)毛竹Phyllostachys edulis生殖發(fā)育階段所需營養(yǎng)，設計配方，用來提高其種實產量，其結實率為 100%，其中成熟飽滿種子比例平均為58%，得出了促進毛竹種實產量最優(yōu)配方。雖然上述研究取得了部分成果，但與傳統(tǒng)農作物相比還有很大差距，竹類植物在雜交育種和種質創(chuàng)新方面需進一步深入研究。

麻竹具有出筍早、產量高、經(jīng)濟效益顯著等特點[16]。在高度集約經(jīng)營過程中，麻竹經(jīng)常出現(xiàn)零星開花，且在自然狀態(tài)下開花的麻竹結實率很低，嚴重制約了該類植物的遺傳改良進程。本研究立足于麻竹花分化形成到開花期這段決定麻竹開花發(fā)育和退化的關鍵時期，分析麻竹開花模式，掌握麻竹花期形態(tài)發(fā)生過程，并以此為依據(jù)進行花期調控，摸索麻竹開花結實新技術。

1 試驗地概況與研究方法

1.1 試驗地概況

麻竹開花生物學特性觀察主要在廣西貴港瓦塘鄉(xiāng)、廣西玉林博白縣、廣西來賓金秀縣、廣西桂林灌陽縣，這4個地點共發(fā)現(xiàn)開花麻竹21叢、107株。激素調控試驗設在廣西桂林灌陽縣洞井洞井瑤族鄉(xiāng)麻竹示范基地，該地位于118°55′E，25°16′N，海拔337 m，屬亞熱帶季風氣候區(qū)，年均氣溫17.5 ℃，略低于全縣平均氣溫，雨量充沛，年降雨量在1 530 mm以上，光照充足。

1.2 麻竹開花生物學特性調查

定點踏查：標記開花的麻竹，記錄開花地點，開花時間，經(jīng)緯度、栽培模式，開花類型（局部開花或全體開花）、死亡情況（開花致死、開花不死、或者兩者并存）、結實狀況（開花結實、開花不結實、處理后結實、處理后不結實）[2]。

定株觀察：記錄麻竹開花的起止日期，觀察花穗出現(xiàn)和展放的時間、花藥生長等生物特性；觀察麻竹開花、授粉及到種子成熟的過程，記錄麻竹花、種子和竹稈的變化特征[17]。

1.3 麻竹花粉形態(tài)觀察

于9:00前，采集盛開的新鮮花藥置于干燥的硫酸紙上，陰干30～60 min，抖出花粉，放入干燥的離心管，加入FAA固定液，固定24 h以上，放入有冰袋的冰盒，帶回實驗室。置于電鏡前進行晾曬，直接涂散在導電雙面膠帶上，噴金鍍膜，移入場發(fā)射環(huán)境掃描電子顯微鏡（VEGA3 TESCAN）下進行觀察[11]。

1.4 麻竹開花激素調控

采用竹腔注入法研究外源生長調節(jié)劑對麻竹花發(fā)育和結實的調控效應。激素種類包括生長素（IAA）、赤霉素（GA）和脫落酸（ABA）3種激素，分別于開花前期、開花中期、開花后期等3個分化時期向竹腔內注入外源激素。注射選用5號針頭和2 mL針筒，選擇離地徑10 cm左右的竹節(jié)注射，每叢注射5株。于11月底，記錄每株穗粒數(shù)和產量。

試驗采用L9(3)4進行正交試驗，共9個樣地，每個處理5株。為消除不同竹種間施肥所產生的差異性，采用各單株種子數(shù)量與胸徑之比進行分析，數(shù)據(jù)采用SPSS 16.0軟件進行處理。

2 結果與分析

2.1 麻竹開花的基本生物學觀察

統(tǒng)計21叢開花麻竹，結果表明：15叢為整叢開花，6叢為部分單竹開花；麻竹開花不成片，零星分布；立地相同的麻竹林內，不同竹叢開花的最小距離為3～5 m（相鄰），最大距離超過10 km（圖1A）。麻竹開花前期，竹筍產量低或者停止生長，小枝生長變態(tài)葉直至幾乎無葉，自然狀態(tài)下開花的麻竹無種實（圖1B）。麻竹開花后叢內竹株陸續(xù)干枯死亡，一方面由于麻竹開花結實要消耗掉大量的養(yǎng)分，而這些養(yǎng)分來自根、莖、葉，所以開花結實后，營養(yǎng)器官中貯存的營養(yǎng)大部分被消耗，更重要的是開花后竹葉全部脫落，光合作用減弱，竹株上部水分驟減，竹株生理脫水嚴重，最后導致干枯死亡[1]。

通過野外觀察表明，麻竹花期持續(xù)時間較長，每年4—11月均能開花。麻竹屬假花序，無葉，花枝穗狀。花為穎花，性器官是花小穗和小花?；ㄐ∷氲慕M成，平均由3～10朵小花組成，有的多達15朵。小穗棕紫色，長圓形，側面較扁（圖1C）。小穗軸節(jié)間極短縮，穎片通常2枚；小花在開放時穎片吸水膨脹，雌雄花期不同步，雌蕊花絲先成熟，其末端卷曲或微卷，呈淡紫紅色，線形，易枯萎（圖1E）；內外稃片微張開，花絲及花柱迅速伸長，柱頭和花藥露出花外，1枚3裂柱頭伸出花外，花藥呈黃色，頂端尖頭（圖1D）；竹花屬于閉合型。

2.2 麻竹花粉的形態(tài)特征

通過電鏡掃描觀察，麻竹花粉形態(tài)在顯微鏡下觀察為近球形，表面凹凸狀，花粉平均直徑為27.1 μm，外壁紋飾密布細小顆粒物，具單個萌發(fā)孔，在掃描電鏡下觀察為圓形或者近似圓形，孔周圍具有明顯的孔環(huán)，萌發(fā)孔外孔徑平均3.83 μm，內孔徑平均直徑1.96 μm。見圖2。

圖1 麻竹開花的生物學特性Fig. 1 The floral biological characteristics of Dendrocalamus latiflorus

圖2 麻竹的花粉形態(tài)及萌發(fā)Fig. 2 The pollen shape and genmination of Dendrocalamus latiflorus

2.3 麻竹開花不孕發(fā)育過程

選擇開花竹株3主枝6分枝進行連續(xù)觀測，每隔20 min觀測開花狀態(tài)?；ㄑ糠?種類型分布：少部分簇生，約有5～10個，大部分花芽2個為1簇，剩余部分基本干癟退化。

從6:30開始，統(tǒng)計共有14個小枝，115個花芽，其中80%雌蕊全部開放，僅僅2個花芽出現(xiàn)雄蕊。每個花芽大約包含5～12雄蕊，2～5個雌蕊。雄蕊中，花藥平均長度6.35 mm，花絲長度3.30 mm。

7:30，有2個花芽雌蕊退化，雄蕊開放外露，只見部分花藥，未見花絲。7:50統(tǒng)計，共計13個花芽開放，此時花藥已經(jīng)全部外露，花芽濕潤飽滿，詳細見圖3，測量13個花藥的長度取平均值，花藥平均長度5.35 mm。8:40出現(xiàn)陽光，21個花芽開放，此時，花藥與花絲逐漸失水，開始萎縮，到9:40共有60個花芽開放，這段時間內花芽開放比例最大。10:40統(tǒng)計共有64個開放花芽，大部分花芽及花絲開始出現(xiàn)失水萎縮。在花芽開放過程中，雌蕊出現(xiàn)干枯脫落，雄蕊逐漸萌動出稃，因此同一個花芽，雌蕊與雄蕊呈先后順序開放，無法同時間內自花授粉。太陽出現(xiàn)后，花粉極容易失水，花粉未萌發(fā)或者萌發(fā)后瞬間干枯失去活力，從而導致異花授粉結實率極低，再加上麻竹開花后，營養(yǎng)元素的不規(guī)則轉化，導致麻竹體內營養(yǎng)元素供應不足，此結果也導致麻竹開花不實。因此，如果選擇人工授粉，應該在光照前進行花粉采集與授粉。

圖3 麻竹開花不育的發(fā)育過程Fig. 3 Development process of Dendrocalamus latiflorus on flowering infertility

2.4 麻竹種實育性調控研究

藥劑處理后40 d左右，觀察麻竹花穗及采集到的麻竹種子，見圖4。由圖4可以看出，激素處理可不同程度地促進麻竹開花，增加麻竹雄花數(shù)量，同時激素處理提高了小穗開花比例。麻竹果實為堅果狀穎果，卵球形，去稃后的種子表面光滑無毛，腹部微扁平，表面中部有一條明顯的縱溝槽，種子先端呈灰黑色，具有由全部或部分花柱發(fā)育而成的喙。隨機抽取40粒種子，分別測量其長度和直徑，結果表明，激素處理后麻竹種子長度變化范圍為0.55～0.86 mm，直徑為2.22～3.35 mm。

圖4 處理后收集的麻竹花穗及種子Fig. 4 The flowering and seeds of Dendrocalamus latiflorus

對不同激素處理進行方差分析，結果見表1。由表1可以看出，生長素的P＝0.047＜0.05，表明生長素營養(yǎng)處理水平差異顯著，赤霉素與脫落酸處理差異均不顯著。綜上所述，可以得出生長素可以促進麻竹育性結實。

3 結論與討論

麻竹屬假花序，花期為每年的4—11月，無葉花枝穗狀，開花前竹筍產量降低，小枝生長變態(tài)葉直至幾乎無葉；花為穎花，由3～10朵小花組成，開放時雌蕊花絲較長且先成熟，屬于閉合型?；ǚ哿Ｆ骄睆綖?7.1 μm，具單個萌發(fā)孔，外孔徑平均3.83 μm，內孔徑平均直徑1.96 μm。麻竹種子為堅果狀穎果，卵球形，種子長度0.55～0.86 mm，直徑2.22～3.35 mm。麻竹開花不孕主要有3個原因：①雌蕊與雄蕊呈先后順序開放，無法同時間內自花授粉；②日照后，花粉及易容易失水，而導致異花授粉結實率極低；③麻竹開花后營養(yǎng)元素的不規(guī)則轉化，導致麻竹體內營養(yǎng)元素供應不足。另外，鐘遠標等[13]研究發(fā)現(xiàn)，麻竹開花的小穗上只有上部3～4朵小花的柱頭能正常伸出稃片外，中、下部小花和開花后期發(fā)育的小花生長不良或無法伸出稃片外，導致授粉率偏低，這是結實率偏低的另外一個重要原因。采用竹腔注入法，注射外源生長調節(jié)劑對麻竹花發(fā)育和結實進行調控，可以促進麻竹開花，增加麻竹雄花數(shù)量，提高麻竹育性結實率。

表1 麻竹種實調控方差分析?Table 1 Variance analysis of bamboo seed control

關于麻竹花期記錄，部分文獻已經(jīng)有記載。戴啟惠在《廣西竹種及栽培》中記載，麻竹于每年3—5月開花，4—7月結實；周芳純與邢欣婷等研究表明，麻竹盛花期常在3—5月，花期一直持續(xù)到10—11月。作者通過長年走訪調查發(fā)現(xiàn)，每年4—11月都能發(fā)現(xiàn)開花麻竹，其結論與后兩位研究結論相近。另外，在相關文獻及教科書中均未發(fā)現(xiàn)于麻竹雄蕊描述，如《中國植物志.第九版》《廣西竹類植物》僅詳細描述的麻竹雄蕊的特征（花絲及花藥），其原因可能是因為在麻竹開花過程中，雌蕊萌發(fā)較早，雄蕊露出后，雌蕊已經(jīng)干枯，大多數(shù)研究人員忽視了雌蕊的存在。

大量研究表明，植物內源激素對植物開花有調控效應，在小麥Triticum aestivum L.小花兩級分化中，激素之間比值穩(wěn)定可促進可孕花的發(fā)育，生長素與其它激素比值的下降導致開花不孕[20]；庫爾勒香梨花期各種內源激素之間就已開始相互調節(jié)，并且花期不同部位內源激素的分布對果萼的脫落能起關鍵作用[21]；開花雷竹IAA在竹葉和竹稈中明顯地降低；毛竹花期（6月中旬）開花毛竹葉、枝和稈中的生長素含量顯著降低[22]。

麻竹因其開花比較頻繁，自然結實率較高，被作為竹類育種方法研究的材料。本研究僅僅在開花前期注射植物生長素誘導種子形成，由于麻竹開花受多種激素的調節(jié)，激素比值的高低調控不同部位的發(fā)育[4]，為更好地調控麻竹開花結實，下一步研究過程中，應了解不同激素在麻竹開花過程中的作用，應著重收集麻竹開花信息，利用其自然開花，開展雜交育種，尤其是種間雜交育種，篩選正反交均優(yōu)的組合，加快麻竹遺傳育種改良進程，促進產業(yè)化發(fā)展。