四川穗狀核桃雌花芽生長發(fā)育的研究

陳善波，楊文淵，王 莎，金銀春，吳濘孜，4，楊柳璐，王麗華，劉 青

(1.四川省林業(yè)科學(xué)研究院，四川 成都 610081；2.四川省林木良種繁育工程技術(shù)中心，四川 成都 610081；3.四川省農(nóng)業(yè)科學(xué)院園藝研究所，四川 成都 610066；4.四川農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，四川 成都 611130)

核桃為重要的經(jīng)濟林和油料樹種，是世界四大干果之一，營養(yǎng)豐富，經(jīng)濟價值高。四川是我國核桃的重要產(chǎn)區(qū)，栽培面積約106.67萬 hm2，產(chǎn)量約41.5萬 t，現(xiàn)已成為四川省山區(qū)、民族地區(qū)鄉(xiāng)村振興及農(nóng)民脫貧致富的重要支柱產(chǎn)業(yè)。四川地處我國南北核桃種群交替地帶，種質(zhì)資源十分豐富，優(yōu)勢突出，主要分布有普通核桃(JuglansregiaL.)、泡核桃(JuglanssigillataDode)和野核桃(JuglanscathayensisDode)3個種[1]。

穗狀核桃，又稱串核桃，為核桃的優(yōu)良特異資源之一，具有結(jié)實量大、產(chǎn)量高等特點[1～2]。據(jù)報道，1958年，在山西省靈丘縣，發(fā)現(xiàn)了17 年生的穗狀核桃，結(jié)果枝全為穗狀結(jié)實，后被鑒定為可能是楸子和棉核桃相互自然雜交而成，后來又在山西、新疆等地發(fā)現(xiàn)了穗狀核桃[3～4]。近年來，在甘肅、山東、陜西、貴州、四川等地均有穗狀核桃的研究，主要集中在資源調(diào)查、栽培、遺傳鑒定等方面[5～11]。目前，四川發(fā)現(xiàn)的穗狀核桃多數(shù)為野生或自然雜交后代資源，從形態(tài)學(xué)上分為兩大類，一類為普通核桃(JuglansregiaL.)性狀特征的資源，另一類為泡核桃(JuglanssigillataDode)性狀特征的資源，具有較好的發(fā)展前景。

為進一步探索穗狀核桃雌花產(chǎn)生多花多果的現(xiàn)象，發(fā)掘四川核桃的特異種質(zhì)資源，在前期穗狀核桃種質(zhì)資源調(diào)查、評價，優(yōu)良資源篩選的基礎(chǔ)之上，本研究開展穗狀核桃開花與結(jié)實、雌花芽外部形態(tài)特征及內(nèi)部解剖結(jié)構(gòu)的研究，觀察穗狀核桃雌花芽生長發(fā)育特點，為穗狀核桃特異種質(zhì)資源的開發(fā)與利用提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗材料來源于前期穗狀核桃調(diào)查與收集的種質(zhì)資源，即阿壩州(樣品編號為HSLH、HSZML)、廣元(樣品編號為CTYM)、南充(樣品編號為SQLG)等地的穗狀核桃[1-2]。對照材料來源于成都、資陽等地的本地普通核桃(樣品編號為CK1)和野核桃(樣品編號為CK2)。

1.2 研究內(nèi)容與方法

1.2.1 外部形態(tài)觀察

(1)開展形態(tài)學(xué)觀察。3月—8月，調(diào)查樹齡、雄花序長、雌花數(shù)量、雌花著生方式、結(jié)實方式、坐果數(shù)量、果序長度等。

(2)開展結(jié)果枝、雌花芽、頂芽等觀察。3月上旬、7月下旬，分別采取帶有雌花芽、頂芽的短枝帶回實驗室，用游標卡尺測量枝條長度、粗度、節(jié)間長度，雌花芽和頂芽縱經(jīng)、橫徑、側(cè)徑等。

1.2.2 內(nèi)部結(jié)構(gòu)觀察

(1)制作石蠟切片。參照李正理[12]、高英[13]的方法并加以改進。分別在3月上旬、5月上旬、7月下旬，共取樣3次，取新鮮花芽立即放入FAA固定液(50%酒精∶甲醛∶乙酸=90∶5∶5)中固定，然后將樣品經(jīng)酒精脫水、用二甲苯進行透明、浸蠟、包埋處理后，在GW15-QP3168 旋轉(zhuǎn)式切片機上切片，后用二甲苯脫蠟，番紅-固綠染色，再用樹膠封片，最后在OLYMPUS光學(xué)顯微鏡下觀察、拍照。

(2)電鏡掃描。參照謝紅江[14～15]的方法并加以改進。10月上旬，取新鮮花芽立即放入5%戊二醛固定液(0.1 mol/L，pH=7.2磷酸鹽緩沖液配制)中，經(jīng)真空泵抽氣使材料下沉，在常溫下固定2 d。用相同的緩沖液洗涂3次，每次15 min，經(jīng)乙醇30%、50%、70%、80%、90%、100%逐級脫水，每次20 min，然后用HITACHI HCP-2臨界點干燥儀進行干燥，把干燥好的樣品用導(dǎo)電膠帶粘在樣品臺上，用HITACHI高新磁控濺射器MC1000噴鍍鉑金，將噴鍍好的樣品放入HITACHI掃描電子顯微鏡SU3500下進行形態(tài)觀察、拍照。

1.3 數(shù)據(jù)分析

利用SPSS 22.0和Excel 2007對所得數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計與分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 穗狀核桃開花與結(jié)實特性比較

據(jù)調(diào)查，四川不同地區(qū)穗狀核桃開花與結(jié)實差異較大(見表1)。與CK1和CK2相比，穗狀核桃雄花序相對較短，其中CTYM雄花序最長，為14.8 cm，且遠低于CK2。穗狀核桃雌花通常3～8朵，多數(shù)為4～6朵聚生或散生，HSLH為串狀結(jié)果(見圖1中A-1和A-2)，HSZML、CTYM和SQLG均為穗狀結(jié)果(見圖1中B-1-D-2)。與CK1相比，穗狀核桃雌花顯著增多，坐果數(shù)在4～6個以上(見圖1中E-1和E-2)；與CK2相比，穗狀核桃在生長與結(jié)果方面，與野核桃有相似之處(見圖1中F-1和F-2)。

表1穗狀核桃開花與結(jié)實特性比較

Tab.1 Comparison of flowering and fruiting characteristics of spikes of walnuts

圖版說明：A1～F2為核桃開花與結(jié)實比較。A-1和A-2：HSLH核桃；B-1和B-2：HSZML核桃；C-1和C-2：CTYM核桃；D-1和D-2：SQLG核桃；E-1和E-2：CK1(本地核桃)；F-1和F-2：CK2(野核桃)。Explanation of plates：A1～F2 is the comparison of flowering and fruiting in walnut. A-1 and A-2：HSLH spikes of walnuts；B-1 and B-2：HSZML spikes of walnuts；C-1 and C-2：CTYM spikes of walnuts；D-1 and D-2：SQLG spikes of walnuts；E-1 and E-2：CK1 (Local walnut)；F-1 and F-2：CK2 (wild walnut)。圖1 穗狀核桃開花與結(jié)實Fig.1 Comparison of flowering and fruiting in spikes walnut

2.2 穗狀核桃雌花芽外部形態(tài)比較

2.2.1 穗狀核桃冬季枝芽比較

通過穗狀核桃冬季枝條和芽的比較(見表2)，結(jié)果表明，所有穗狀核桃1年生枝條節(jié)間長小于對照CK1和CK2，其中SQLG 1年生枝條節(jié)間最長，為4.80 cm，HSLH最小，為3.73 cm；CTYM 1年生枝條基部粗度為1.17 cm，HSLH、HSZML和SQLG均小于對照CK1和CK2，結(jié)合表1可以看出，穗狀核桃進入盛果期以后，新梢生長量較為緩慢。越冬枝條的頂芽大于同時期的雌花芽，其中HSZML雌花芽和頂芽的縱徑、橫徑和側(cè)徑均為最大，SQLG最小。

表2穗狀核桃冬季枝芽比較

Tab.2 Comparison of winter branches and buds of spikes of walnuts

2.2.2 穗狀核桃夏季枝芽比較

通過穗狀核桃夏季枝條和芽的比較(見表3)，結(jié)果表明，SQLG結(jié)果枝生長量最大，為17.70 cm，HSZML結(jié)果枝生長量最小，為6.31 cm，除SQLG結(jié)果枝長大于CK2外，HSLH、HSZML和CTYM均小于CK1和CK2；所有穗狀核桃結(jié)果枝粗，明顯小于對照CK1和CK2，其中CTYM結(jié)果枝粗最大，為1.11 cm，這說明穗狀核桃的枝條生長勢弱于本地核桃和野核桃。與冬季芽相似，夏季芽的頂芽明顯大于同時期的雌花芽，HSZML雌花芽和頂芽均為最大，SQLG最小。

表3穗狀核桃夏季枝芽比較

Tab.3 Comparison of summer branches and buds of spikes of walnuts

2.3 穗狀核桃雌花芽內(nèi)部結(jié)構(gòu)比較

通過對穗狀核桃雌花芽解剖結(jié)構(gòu)觀察，3月上旬，雌花芽開始萌動，生長點頂端凸起，分化出雌蕊原基，即將進入穗狀核桃開花與結(jié)實階段。與CK1相比，HSZML、CTYM和SQLG分化出不同方向的雌蕊原基(見圖2中B-1、C-1、D-1)，而HSLH要晚于以上3個品種，這可能與HSLH品種特性、物候期(黑水縣當(dāng)?shù)?月中下旬開花)有關(guān)。5月上旬，生長點向上生長，分化出多個葉原基，頂端生長點開始逐漸變平、凹陷，頂端變圓形成圓球狀突起，頂端分化為雌花原基。與CK1相比，CTYM和SQLG頂端生長點逐漸伸長，形成雌花原基(見圖2中C-2、D-2)。7月下旬，頂端生長點繼續(xù)伸長生長，形成多個雌花原基，將發(fā)育成多個雌花。與CK1相比，CTYM和SQLG繼續(xù)伸長生長(見圖2中C-3、D-3)。10月上旬，通過掃描電鏡圖片可以看到，已分化出多個雌花原基。與CK1相比，HSLH和SQLG已分化出4個雌花原基(見圖2中A-4、D-4)，HSZML和CTYM已分化出3個雌花原基(見圖2中B-4、C-4)。

圖版說明：A1～E4為穗狀核桃雌花芽解剖結(jié)構(gòu)。A：HSLH核桃；B：HSZML核桃；C：CTYM核桃；D：SQLG核桃；E：CK1(本地核桃)。pip：雌蕊原基；op：胚珠原基；lp：葉原基；gp：生長點；sam：頂端分生組織；fip：雌花原基。Explanation of plates：A1～E4 is the anatomical structure of female flower buds of spikes of walnuts. A：HSLH spikes of walnuts；B：HSZML spikes of walnuts；C：CTYM spikes of walnuts；D：SQLG spikes of walnuts；E：CK1 (Local walnut). pip：Pistil primordium；op：Ovule primordium；lp：Primordium of leaf；gp：Growing point；sam：Shoot apical meristem；fip：Primordium of female inflorescence。圖2 穗狀核桃雌花芽解剖結(jié)構(gòu)比較Fig. 2 Anatomical structure comparison of female flower buds of spikes walnut

3 結(jié)論與討論

早實核桃的芽具有早熟性，有的品種1年可開兩次花，結(jié)兩次果，同時，二次花易形成多花多果。李敏[16]等將核桃花器官分為兩性花類型、穗狀花類型、穗狀花具分枝類型、穗狀花雌雄同序類型、柱頭變異類型和雌花序蓮座狀類型。本研究發(fā)現(xiàn)，穗狀核桃均不屬于二次花、二次果現(xiàn)象，雌花通常3～8朵，以4～6朵居多聚生或散生，HSZML、CTYM和SQLG為雌花序蓮座狀類型，HSLH為穗狀花具分枝類型[2]。HSZML、CTYM和SQLG結(jié)果方式表現(xiàn)為穗狀結(jié)果，而HSLH為串狀結(jié)果。這說明穗狀核桃由于雌花著生方式不同，形成的結(jié)實方式也有差異，山西[3-4]、山東[6]、甘肅[5，17]等地稱為穗狀核桃，而貴州[7]、陜西[8]等地稱為串核桃。

彭少兵[8]等通過對安康串狀核桃表型性狀的分析，結(jié)果表明，平均每串結(jié)果6.1個，與野核桃相似，串狀核桃的葉片及果實等性狀與核桃相似。而在本研究中，所有穗狀核桃的雄花序比CK2(野核桃)短，雌花數(shù)量與CK2(野核桃)有相似之處；果實與CK1(普通核桃)或泡核桃相似。這說明穗狀核桃與普通核桃、野核桃在性狀上有一定的親緣關(guān)系。

核桃為單性花，屬于雌雄同株，開花具有雌雄異熟特性。而花芽分化分為生理分化和形態(tài)分化，它將直接影響果樹開花數(shù)量并對坐果以及果實生長發(fā)育產(chǎn)生影響。溫騰健[18]等研究核桃花芽結(jié)果表明，新新2號結(jié)果母枝和當(dāng)年1年生枝上的雌花芽和混合芽都大于溫185，花芽質(zhì)量也優(yōu)于溫185。在本研究中，HSZML結(jié)果枝生長量最小，雌花芽、頂芽均為最大；SQLG結(jié)果枝生長量最大，雌花芽、頂芽均為最小，且HSZML雌花芽質(zhì)量優(yōu)于SQLG，這可能與品種特性、生長環(huán)境、栽培管理水平等有關(guān)。

李永濤[19]、張強[20]等研究核桃雌花芽分化，雖對分化階段的劃分不同，但結(jié)論有相似之處。本研究結(jié)果表明，3月上旬，雌花芽開始萌動，生長點頂端凸起，HSZML、CTYM和SQLG分化出不同方向的雌蕊原基。這說明穗狀核桃果序長、雌花數(shù)量多與果柄原基伸長生長和多個雌蕊原基有關(guān)。5月上旬，生長點向上生長，分化出多個葉原基，CTYM和SQLG頂端生長點逐漸伸長，形成雌花原基。7月下旬，CTYM和SQLG繼續(xù)伸長生長。10月上旬，HSLH和SQLG已分化出4個雌花原基，HSZML和CTYM已分化出3個雌花原基。這說明穗狀核桃雌花芽在生理分化和形態(tài)分化時，已經(jīng)形成多個雌花，所以在開花時表現(xiàn)為雌花多朵現(xiàn)象，而對于穗狀核桃與普通核桃、泡核桃相比，產(chǎn)生多花多果的原因還有待于進一步研究。