43份荔枝種質資源的雌花受精與坐果評價

嚴 倩，吳潔芳，姜永華，陳潔珍，蔡長河，歐良喜

（廣東省農業(yè)科學院果樹研究所/農業(yè)部南亞熱帶果樹生物學與遺傳資源利用重點實驗室，廣東 廣州 510640）

【研究意義】荔枝（Litchi chinensisSonn.）屬于無患子科（Sapindaceae）荔枝屬（Litchi），是我國南方最重要的亞熱帶經(jīng)濟水果之一［1］。中國是荔枝的原產(chǎn)國，有2 000年以上栽培史［2］，且種質資源豐富，目前國家荔枝種質資源圃已收集保存458份荔枝種質資源，品種特性多樣，遺傳背景豐富［3］。近10年內，我國種植荔枝面積保持在54萬hm2左右［4］，2018產(chǎn)量創(chuàng)歷史新高、達 288萬 t［5］，但平均產(chǎn)量僅為 5 333.4 kg/hm2。據(jù)國家統(tǒng)計局統(tǒng)計，2016年我國香蕉、蘋果、葡萄、梨、柑桔單位面積產(chǎn)量分別是31 867.5、18 883.8、16 990.2、16 800.0、14 700.0 kg/hm2。與上述果樹相比，荔枝屬于較低產(chǎn)量類果樹。目前提高荔枝產(chǎn)量主要有兩種手段，一種是通過栽培技術，另一種是培育新品種，從根本上解決荔枝產(chǎn)量問題。因此，對荔枝產(chǎn)量要素的評價和相關親本材料的篩選是培育高產(chǎn)量荔枝新品種的前提?！厩叭搜芯窟M展】影響荔枝產(chǎn)量的因素較多，單穗雌花數(shù)量、雌花受精率和座果率是其中3個因素。荔枝花多果少，受精率低，素有“愛花不惜子”之說。荔枝花主要有雄花、雌花、兩性花和畸形花等4種類型［6-7］，其中雌花數(shù)量比例與坐果和產(chǎn)量密切相關［8-10］。國內外關于荔枝花量的研究報道主要集中在雌、雄花數(shù)量比例方面，許多研究表明雌、雄花比例在不同荔枝品種間存在明顯差異［11-15］，但未見對不同荔枝品種單穗雌花數(shù)量和受精率的研究報道。荔枝的生理落果嚴重，不同品種存在3～4次落果高峰，導致最終座果率極低［16-17］。我們前期研究表明，不同荔枝品種在果實不同發(fā)育時期的落果程度存在差異，其最終座果率也明顯不同。范妍等［18］比較分析了嶺豐糯、糯米糍、懷枝等3個荔枝品種的累積落果率，發(fā)現(xiàn)它們在不同時期累積落果率差異較大。MITRA等［19］對Deshi等15個荔枝品種的落果動態(tài)研究表明，不同品種間的落果程度不同，其最終座率也存在差異。以上研究主要集中在不同荔枝品種的落果動態(tài)變化方面，而落果過程中座果率的動態(tài)變化卻未見報道；且前期研究報道的荔枝品種較少，不足以全面了解和評價其他荔枝資源的坐果情況?！颈狙芯壳腥朦c】本研究選擇43份荔枝種質資源為供試材料，開展荔枝單穗雌花數(shù)量、雌花受精率和果實發(fā)育過程中座果率動態(tài)變化的研究，準確評價不同荔枝種質資源的單穗雌花數(shù)量、雌花受精率和座果率生物性狀的遺傳差異?！緮M解決的關鍵問題】明確不同荔枝種質資源的單穗雌花數(shù)量、雌花受精率和果實發(fā)育過程中座果率動態(tài)變化差異，為荔枝種質資源產(chǎn)量相關因素評價及特異資源篩選提供科學依據(jù)；同時為荔枝雜交育種優(yōu)良親本的選擇，荔枝受精與坐果機制的研究提供材料基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于2018年3—7月在國家果樹種質資源-廣州荔枝圃進行，地理位置113°22′E、23°09′N，海拔20 m，海洋性亞熱帶季風氣候，年平均氣溫約21℃，年平均降水量1 761.7 mm，果園呈微丘陵地勢，土肥水管理一致。43份荔枝種質資源為25～30年生長勢均勻、無病蟲害、且每年能正常開花結果的成年樹，原產(chǎn)地見表1所示。

表1 43個供試荔枝種質的來源和名稱Table1 The origin and name of 43 germplasms used in the experiment

1.2 試驗方法

1.2.1 雌花受精率調查 2018年3月1日開始，被調查資源于雌花全部開放結束、第2輪雄花還未開放時掛牌，每個資源選取荔枝樹上東、南、西、北不同位置中雌花數(shù)量最多、花穗最大且生長狀態(tài)最好的3個花穗，記錄雌花總數(shù)，每隔7 d調查1次，直至子房發(fā)育到“并?！逼冢ㄊ芫瓿桑?。

雌花受精率（%）=（坐果數(shù)/總雌花數(shù)）×100

1.2.2 座果率調查 上述資源受精完成后，子房發(fā)育到“并?！逼跁r掛牌，每個資源選取荔枝樹上東、南、西、北不同位置中小果數(shù)量最多、果穗最大且生長狀態(tài)最好的5個果穗，記錄小果總數(shù)，每隔7 d調查1次，直至花后63 d（種子發(fā)育完全）。

每周座果率（%）=（當前座果數(shù)/并粒期小果總數(shù)）×100

最終座果率（%）=（最終座果數(shù)/并粒小果總數(shù)）×100

采用Excel 2007對數(shù)據(jù)進行處理，使用SPSS 21.0軟件計算相關系數(shù)、聚類分析。

2 結果與分析

2.1 43份荔枝種質資源的單穗雌花數(shù)量、受精率和最終座果率分析

2.1.1 單穗雌花數(shù)量 荔枝單穗雌花數(shù)量與受精、坐果密切相關。表2對43份種質資源的單穗雌花數(shù)量、受精率和最終座果率的調查結果，表2顯示，以上3個性狀在不同荔枝品種中存在明顯差異，單穗雌花數(shù)量介于69.00～449.33朵/穗。單穗雌花數(shù)最多的品種是妃子笑（449.33朵/穗）、明顯高于其他品種；其次是雪懷子、新興香荔，分別是362.00、319.00朵/穗。單穗雌花數(shù)最少的品種是翠香荔（69.00朵/穗）；其次是海南紅荔和雞嘴荔，分別是102.67、109.33朵/穗。其余37個品種介于133.33～309.33朵 /穗之間。

2.1.2 雌花受精率 雌花受精率在11.63%～60.20%之間變動，其中雌花受精率最高的品種是陳紫（60.20%），其次是懷枝和野生荔枝9號、分別為59.75%和51.59%。雌花受精率最低的品種是妃子笑（11.63%），其次是三月紅和無核荔、分別是12.57%和16.37%，其余37個品種介于17%～50%之間。

2.1.3 最終座果率 為明確不同荔枝品種的坐果情況，受精完成后，繼續(xù)跟蹤調查果實發(fā)育過程中的坐果狀況。統(tǒng)計結果表明，43份資源的最終座果率范圍是1.03%～26.06%，其中最高的品種是增埗早黑葉（26.06%），其次是妃子笑和四川妃子笑、分別為25.19%和25.1%；最低的品種是紫娘喜（1.03%），其次是白皮荔和鵝蛋荔、分別是1.71%和2.03%，其余荔枝種質資源的最終座果率介于2.75%～25.0%之間。

2.1.4 相關性分析 以上統(tǒng)計結果表明，單穗雌花數(shù)高的荔枝品種，其受精率反而較低。為明確單穗雌花數(shù)量、受精率和最終座果率的關系，進一步對43個品種的單穗雌花數(shù)量、受精率和最終座果率進行相關性分析（表3）。結果表明單穗雌花數(shù)量與受精率呈顯著負相關（P=0.013＜0.05）。這與田間觀察結果相似，即單穗雌花數(shù)量過多、密度太大，其最終受精率較低。而不同荔枝品種的最終座果率與單穗雌花數(shù)量和受精率無明顯相關性。

表2 43份荔枝種質資源的單穗雌花數(shù)量、受精率和最終座果率Table 2 The number of female flower per panicle, fertilization rate, fruit setting rate of 43 litchi germplasms.

表3 43個荔枝品種的單穗雌花數(shù)、受精率和最終座果率的相關性分析Table 3 Correlation analysis on the number of female flower per panicle, fertilization rate, fruit settingrate of 43 litchi germplas

2.2 43份荔枝種質資源果實發(fā)育進程中座果率的動態(tài)變化分析

前期研究表明，荔枝的生理落果開始于花后7～12 d（并粒期），持續(xù)至授粉后55 d左右［11］。為明確不同荔枝品種在生理落果期的坐果動態(tài)變化特征，利用SPSS 19.0對43份參試荔枝種質資源生理落果期的座果率進行聚類分析，以歐氏距離為遺傳距離，聚類方法采用Ward法，在遺傳距離為9.5處將以上資源聚為3大類（圖1）。

圖1 43個荔枝品種果實發(fā)育不同時期座果率的系統(tǒng)聚類結果Fig. 1 Cluster analysis of fruit setting rate at different fruit development stages of 43 litchi germplasms

2.2.1 第Ⅰ類群 第Ⅰ類群包含7份資源，分別是增埗早黑葉、紅繡球、吳俊2號、妃子笑、嶺腰1號、四川妃子笑、黑葉。這類資源在整個果實生長發(fā)育期存在落果現(xiàn)象，但累積座果率呈緩慢降低趨勢（圖2、表4），坐果相對穩(wěn)定，花后35 d所有品種的座果率都保持在40%以上，且最終座果率較高（≥18%）。這類資源均為高產(chǎn)或穩(wěn)產(chǎn)類資源［1］。

2.2.2 第Ⅱ類群 第Ⅱ類群包含10份資源，分別是紅荔、野生荔枝9號、鵝蛋荔、新球蜜荔、雞嘴荔、白皮荔、野生荔枝10號、紅珍珠、糯米糍和紫娘喜。這類資源的落果期主要集中在花后14～35 d，尤其是花后14～28 d落果最為嚴重，花后35 d所有荔枝品種的座果率降至20%以下，且最終座果率都低于8%。但花后42 d以后坐果較穩(wěn)定，幾乎不再落果（圖3、表4）。這類種質資源多為大果型、焦核型或受精率較低的荔枝品種，屬于低產(chǎn)或不穩(wěn)產(chǎn)類資源［1］。

圖2 第Ⅰ類（最終座果率≥18%）荔枝資源代表品種果實發(fā)育進程中的座果率Fig. 2 The fruit setting rate（≥18%） at fruit development stage of representative germplasms of ClusterⅠ

表4 43份荔枝種質資源果實發(fā)育進程中的座果率Table 4 The fruit setting rate at fruit developmentstage of 43 Litchi germplasm resources

圖3 第Ⅱ類（最終座果率≤8%）荔枝資源代表品種果實發(fā)育進程中的座果率Fig. 3 The fruit setting rate（≤8%）at fruit development stage of representative germplasms of ClusterⅡ

2.2.3 第Ⅲ類群 第Ⅲ類群包含26份資源，分別是桂味、新興香荔、無核荔、圓端荔、草莓荔、白粉2號、雪懷子、昌文等。這類資源的落果主要集中在花后14～42 d，花后28 d落果最嚴重?；ê?5 d座果率保持在14%～34%，直至花后56 d座果率仍呈降低趨勢，最終座果率在4.87%～19%（圖4、表4）。這類資源的大部分品種產(chǎn)量特性多介于第Ⅰ類和第Ⅱ類之間［1］。

圖4 第Ⅲ類（最終座果率8%＜X＜18%）荔枝資源代表品種果實發(fā)育進程中的座果率Fig. 4 The fruit setting rate（8%＜X＜18%） at fruit development stage ofrepresentative germplasms of Cluster Ⅲ

3 討論

植物開花數(shù)量大小是其傳粉機制和進化特征的重要反映［20］。前期研究表明荔枝花量大小嚴重影響其坐果和產(chǎn)量［8-10］，且荔枝雌花比例在不同品種、樹齡和栽培區(qū)域上存在明顯差異［11-15］。本研究通過對43份荔枝種質資源的雌花數(shù)量進行調查統(tǒng)計，結果表明單穗雌花數(shù)量最多的品種是妃子笑、為449.33朵，翠香荔單穗雌花數(shù)最少、為69朵。可見，荔枝不同品種的單穗雌花數(shù)量存在較大差異。蔡長河等［21］通過3個荔枝品種每天雌花開放數(shù)量統(tǒng)計表明，妃子笑、桂味和糯米糍的單穗雌花數(shù)量存在明顯差異，這與我們的研究結果一致。

雌花受精和坐果是果實生長發(fā)育的前提，直接關系到最終產(chǎn)量的高低。荔枝是雙受精植物，在雌花開放后10～12 d，正常受精的幼果出現(xiàn)“并?！爆F(xiàn)象，此時未成功受精的幼果便會脫落［22］。荔枝幼果“并?！爆F(xiàn)象的出現(xiàn)是雌花成功受精的標志，也是合子開始分裂、原胚開始形成的外在表現(xiàn)［22，24］。本研究以不同荔枝品種的“并?！爆F(xiàn)象為界限，對43份荔枝種質資源的受精率和座果率進行評價，結果表明不同荔枝品種間的雌花受精率和座果率存在較大差異，其中以妃子笑的受精率最低、僅11.63%，陳紫的受精率最高、為60.2%，且單穗雌花數(shù)量與受精率呈現(xiàn)明顯的負相關性。胡福初等［10］通過3種疏花方式對A4無核荔的花穗處理表明，留花量最少的重度疏花處理，其雌花比例、坐果量及單株產(chǎn)量均最高，與我們的研究結果相一致。本研究結果為荔枝“愛花不惜子”和“十花一子”之說提供了一定的科學依據(jù)和數(shù)據(jù)支撐。前期眾多研究表明，不同荔枝品種間落果程度存在差異［17-18，24］，我們也得到相似的研究結果，通過對43個荔枝品種的坐果動態(tài)統(tǒng)計比較發(fā)現(xiàn)，增埗早黑葉的落果最輕、最終座果率為26.06%，紫娘喜落果最嚴重、最終座果率僅1.03%。以上研究結果表明，不同荔枝品種在單穗雌花數(shù)量、受精率和最終座果率方面均存在明顯差異，同時也說明不同品種的基因型或基因表達差異才是導致其最終性狀差異的根本原因。

荔枝果實生長發(fā)育期的座果率動態(tài)變化與最終產(chǎn)量密切相關。荔枝果實發(fā)育進程中的座果率聚類結果表明，43份資源明顯聚為3類（只有個別品種存在差異）。第Ⅰ類（高座果率）資源與第Ⅱ類（低座果率）資源的動態(tài)座果率變化差異主要表現(xiàn)在受精后至花后35 d期間，第Ⅰ類資源座果率累計降低至40%以上，而第Ⅱ類資源在此期間的座果率累計降低至20%以下。這些結果表明，荔枝花后1個月內的落果程度對其最終座果率的影響最大，此時期是荔枝落果防控的最佳時期，也是提高荔枝產(chǎn)量的重要時期。

4 結論

本研究通過對43份荔枝種質資源的單穗雌花數(shù)量、受精率、座果率3個產(chǎn)量要素進行評價，結果表明，同一要素在不同種質資源中均存在明顯差異，荔枝單穗雌花數(shù)量與受精率呈顯著負相關性。座果率動態(tài)觀察結果表明，荔枝花后1個月的累積落果程度對最終座果率影響最大，此時期是荔枝落果防控的最佳時期。以上研究為荔枝花果管理和雜交育種親本選擇提供了可靠依據(jù)。