蓮霧開花習(xí)性及花粉萌發(fā)和授粉特性分析

龍 興，張 繼，周雙云，安振宇，方 仁，鄧 彪，堯金燕

(廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院園藝研究所，廣西 南寧 530007)

【研究意義】蓮霧(SyzygiumsamarangenseMerr. et Perry)原產(chǎn)于馬來(lái)半島[1]，于17世紀(jì)由荷蘭引進(jìn)我國(guó)臺(tái)灣并逐漸發(fā)展成為當(dāng)?shù)氐闹匾?jīng)濟(jì)果樹之一[2]。臺(tái)灣蓮霧種植的成功刺激帶動(dòng)了在海南、廣西、廣東和福建等省(區(qū))的引進(jìn)種植，因此蓮霧已逐漸發(fā)展成為熱區(qū)農(nóng)民增收的特色經(jīng)濟(jì)果樹[3-4]。目前我國(guó)大陸地區(qū)推廣栽植面積較大的蓮霧品種有黑金剛、大葉紅和泰國(guó)紅等，這些品種大部分從臺(tái)灣地區(qū)引進(jìn)，少數(shù)從東南亞國(guó)家或地區(qū)引進(jìn)，但這些品種存在高溫時(shí)果實(shí)著色不良、裂果，或不耐寒，或品質(zhì)欠佳等缺點(diǎn)。我國(guó)引種的蓮霧品種達(dá)30多個(gè)[1]，但不同品種間花粉量及其可育性存在差異，部分品種可作為雜交親本用于培育新品種，如近年來(lái)臺(tái)灣選育的臺(tái)農(nóng)二號(hào)蓮霧即為采用泰國(guó)紅和印尼大果為父母本雜交培育而成。而掌握蓮霧開花習(xí)性和授粉特性是合理開展雜交育種的基礎(chǔ)。因此，進(jìn)行蓮霧開花習(xí)性和授粉特性研究，對(duì)開展蓮霧品種遺傳改良和選育具有重要意義。【前人研究進(jìn)展】國(guó)內(nèi)對(duì)蓮霧開花習(xí)性的研究主要集中在花朵營(yíng)養(yǎng)成分含量和成花機(jī)理分析等方面。任紅等[5-6]研究發(fā)現(xiàn)，蓮霧花的營(yíng)養(yǎng)成分種類齊全，含量豐富，營(yíng)養(yǎng)價(jià)值較高，包含8種人體必需氨基酸，其中的揮發(fā)性成分以萜烯類為主，含有多種生物活性成分。林波等[7]研究表明，蓮霧花具有較強(qiáng)的體外抗氧化性。蓮霧自然條件下為春花夏果，但生產(chǎn)上多采用人工調(diào)節(jié)反季開花。章希娟等[8]研究蓮霧反季節(jié)遮陽(yáng)催花過程中葉片內(nèi)源激素的動(dòng)態(tài)變化和激素平衡變化動(dòng)態(tài)，結(jié)果表明，在花芽分化期，蓮霧葉片中高水平的脫落酸(ABA)和玉米素(ZT)、低水平的赤霉素(GA3)和生長(zhǎng)素[IAA/ABA、GA/ABA、(IAA+GA3)/ABA]，以及高水平的ZT/GA3有利于蓮霧成花。全振炫等[9]研究顯示，蓮霧頂芽成花需要一定的碳水化合物儲(chǔ)備，在遮陽(yáng)處理控制營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)的同時(shí)，可促進(jìn)頂芽淀粉粒積累，為成花打下必要的物質(zhì)基礎(chǔ)。楊光華等[1]研究表明，蓮霧種質(zhì)資源十分豐富，包括栽培品種、半栽培品種、野生種和變種等數(shù)十種，不同種質(zhì)間的抗逆性、果色、品質(zhì)和花粉特性具有明顯差異。其中，花粉作為植物種質(zhì)的一種形式[10]及植物發(fā)育進(jìn)化和育種研究的關(guān)鍵性狀，其活力是植物育種成敗的關(guān)鍵[11]?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】目前，關(guān)于促進(jìn)蓮霧提早開花的研究較多[4，12-14]，但關(guān)于蓮霧開花習(xí)性和花粉萌發(fā)特性的研究鮮見報(bào)道?！緮M解決的關(guān)鍵問題】觀測(cè)2個(gè)蓮霧品種的開花習(xí)性、花粉活力和影響其授粉成功率的外在因素，分析人工雜交授粉對(duì)其果實(shí)品質(zhì)的影響，為培育綜合性狀良好、適合南亞熱帶氣候帶發(fā)展的優(yōu)良蓮霧品種提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料為大葉紅和泰國(guó)綠鉆石蓮霧品種7年生健壯無(wú)病蟲害植株的花粉，該2個(gè)品種均種植于廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院園藝研究所蓮霧資源圃。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 開花習(xí)性和花粉形態(tài)觀測(cè) 在蓮霧花被開始松散分離至謝花期間定期觀察記錄蓮霧花被、花柱、花絲、花藥、花粉、花蜜和花序等的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律。于每天的7：00-11：00采集蓮霧盛花期花朵，置于帶蓋塑料杯中迅速帶回實(shí)驗(yàn)室，用鑷子將花藥取下后，將其攤于放有硫酸紙的培養(yǎng)皿中，置于避風(fēng)干燥處自然散粉0.5 h，待完全散粉后用授粉筆粘取花粉均勻撒在雙凹載玻片上，置于OLYMPUS-BX53顯微鏡下觀察，選取較典型的花粉粒，在200～400倍顯微鏡下拍照并觀察花粉形狀及萌發(fā)孔和外壁紋飾等特征。

1.2.2 花粉可育性測(cè)定 最適蔗糖質(zhì)量濃度測(cè)試：通過前期預(yù)試驗(yàn)已確定蔗糖半固體培養(yǎng)基中瓊脂質(zhì)量濃度為5.0 g/L；在雙孔凹型玻片孔內(nèi)分別滴入5 %、10 %、15 %和20 %蔗糖溶液0.1 mL，等待5 min培養(yǎng)液冷卻為半凝固態(tài)后，用授粉筆蘸取適量新鮮蓮霧花粉均勻散布在培養(yǎng)基上，將載玻片水平置于鋪有濕潤(rùn)脫脂棉的培養(yǎng)皿內(nèi)，在溫度28 ℃、光照2000 lx條件下保濕培養(yǎng)6 h，重復(fù)3次。用OLYMPUS-BX53顯微鏡觀察檢測(cè)花粉萌發(fā)情況，每個(gè)玻片隨機(jī)選取3個(gè)不重復(fù)的視野，統(tǒng)計(jì)萌發(fā)率，篩選出最佳培養(yǎng)效果的蔗糖濃度為10 %。其中花粉管長(zhǎng)度大于花粉直徑視為花粉萌發(fā)。

最適花粉萌發(fā)溫度測(cè)試：在雙孔凹型玻片孔內(nèi)滴入10 %蔗糖培養(yǎng)液0.1 mL，等待5 min培養(yǎng)液冷卻成半凝固態(tài)后，用授粉筆將新鮮蓮霧花粉均勻散布在培養(yǎng)基上，分別在20、25、30和35 ℃及2000 lx光照下培養(yǎng)6 h，重復(fù)3次。顯微鏡下檢測(cè)花粉萌發(fā)情況，以花粉管長(zhǎng)度大于花粉直徑視為花粉萌發(fā)，統(tǒng)計(jì)花粉萌發(fā)率，篩選最適花粉萌發(fā)溫度。

花粉萌發(fā)率(%)=萌發(fā)的花粉數(shù)/檢測(cè)的花粉總數(shù)×100

1.2.3 授粉時(shí)間分析 分別在開花前2和1 d、開花當(dāng)天及開花后1和2 d(分別以-2、-1、0、+1和+2表示)以大葉紅為母本、泰國(guó)綠鉆石為父本進(jìn)行雜交授粉時(shí)間測(cè)試，每組授粉花朵數(shù)在10朵以上。授粉的花朵在開花前1 d于花被松散時(shí)用鑷子對(duì)整穗花苞進(jìn)行去雄處理，并用透明白色紙袋套住花穗防止授粉花粉以外的花粉落入柱頭。最終確定最佳授粉時(shí)間。

1.2.4 人工雜交授粉對(duì)果實(shí)性狀影響 隨機(jī)取大葉紅與泰國(guó)綠鉆石互相授粉及2個(gè)品種自然授粉的各10個(gè)果實(shí)，分析其果長(zhǎng)、果寬、果形指數(shù)、單果重和可溶性固形物含量。自然授粉的蓮霧植株在花朵開放前采用白色網(wǎng)袋進(jìn)行整株籠罩，以防昆蟲等傳媒帶來(lái)其他蓮霧品種的花粉授粉。

1.3 統(tǒng)計(jì)分析

采用SPSS 10.0對(duì)蓮霧花粉萌發(fā)率和果實(shí)性狀數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)并進(jìn)行t檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 蓮霧的開花習(xí)性和花粉形態(tài)觀測(cè)

觀察發(fā)現(xiàn)，蓮霧品種泰國(guó)綠鉆石和大葉紅在廣西南寧的花期均為3月下旬至5月上旬，開花期間有暫停間斷期，但在兩星期內(nèi)又開放下一批花。從圖1可看出，在開花前1 d的上午，蓮霧緊閉的花被逐漸松散而分離，可見花柱顯露(圖1-A)，至下午(18：00左右)花蕾呈半開狀態(tài)，花絲呈彈出狀(圖1-B)。花朵開放當(dāng)天的7：00左右花被完全展開，花柱首先由彎曲狀態(tài)逐漸伸直，并在花柱基部分泌蜜液，花絲開始伸直，花藥逐漸由外而內(nèi)開裂散出花粉，然后花柱完全伸直(圖1-C)；至10：00左右外層花藥的花粉已逐漸散盡，僅剩較內(nèi)層花藥有少量花粉，11：00-12：00花粉完全散盡。在花朵開放的第2天上午開始謝花，花絲逐漸耷拉變軟脫落，但柱頭仍然伸展有力(圖1-D)。

觀察發(fā)現(xiàn)，蓮霧的花期和花藥開裂時(shí)間受開花時(shí)溫度影響，溫度較高時(shí)開花過程和花粉散發(fā)時(shí)間較短。從圖2可看出，蓮霧花序由最外層開始向內(nèi)開放，由最下層往上開放，多數(shù)情況下花序最頂端花朵最早開放。正常情況下，蓮霧花朵從開始開放至完全開放用時(shí)不足30 h，花粉從花藥散出至散盡約需4 h。

綜上所述，蓮霧授粉時(shí)花粉收集最佳時(shí)間為開放當(dāng)天的7：00-11：00。

從圖3可看出，蓮霧花粉形態(tài)大部分為三角形，個(gè)別為四邊形，但均有3個(gè)發(fā)芽孔；2個(gè)蓮霧品種間的花粉大小存在差異，其中大葉紅的花粉約0.51 μm，泰國(guó)綠鉆石的花粉約0.42 μm。

圖2 蓮霧花序開放情況Fig.2 Inflorescence of wax apple

A：10×目鏡和20×物鏡下大葉紅的花粉顯微狀；B：10×目鏡和40×物鏡下泰國(guó)綠鉆石的花粉顯微狀A(yù)：Pollen micrograph of Dayehong wax apple under 10× eyepiece and 20× objective：B：Pollen micrograph of Thailand green diamond wax apple under 10× eyepiece and 40× objective圖3 蓮霧花粉顯微圖Fig.3 Micrograph of the pollen of wax apple

2.2 花粉的可育性測(cè)定

由表1可知，在含10 %蔗糖的培養(yǎng)基中，蓮霧花粉的發(fā)芽率最高，為26.58 %，顯著高于蔗糖濃度為15 %和20 %的培養(yǎng)基(P<0.05，下同)，但與蔗糖濃度為5 %的培養(yǎng)基發(fā)芽率24.55 %無(wú)顯著差異(P>0.05，下同)；在含20 %蔗糖的培養(yǎng)基中，蓮霧花粉的發(fā)芽率最低，為2.13 %，顯著低于其他3個(gè)蔗糖濃度的培養(yǎng)基。進(jìn)一步測(cè)試20、25、30和35 ℃對(duì)蓮霧花粉萌芽的影響，結(jié)果(表2)表明，以10 %蔗糖溶液為培養(yǎng)基，在25 ℃下其發(fā)芽率為8.73 %，在30 ℃下發(fā)芽率最高，為29.35 %(萌芽情況見圖4-A)，在20 ℃下發(fā)芽率較低，為4.72 %(萌芽情況見圖4-B)，在35 ℃下發(fā)芽率最低，為0.71 %。說明培養(yǎng)基中含10 %蔗糖、溫度為30 ℃是蓮霧花粉萌發(fā)的最佳條件。從圖4可看出，蓮霧的花粉管較長(zhǎng)，呈彎曲狀，且生長(zhǎng)較整齊，說明供試2個(gè)蓮霧品種的花粉活力較強(qiáng)，可育性較高。

表1 不同蔗糖濃度對(duì)蓮霧花粉發(fā)芽的影響Table 1 Effect of sugar concentration on pollen germination in wax apple

注：同列數(shù)據(jù)后不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)，下同。

Note:Different lowercase letters in the same column represented significant difference(P<0.05)，the same as below.

2.3 蓮霧授粉時(shí)間的分析結(jié)果

在花朵開放前1 d、開放當(dāng)天和開放后1 d授粉的蓮霧其果實(shí)均產(chǎn)生了種子，其中以花朵開放當(dāng)天授粉的結(jié)籽率最高，為100.0 %，開放前1 d和后1 d授粉的結(jié)籽率較低，均為30.0 %，而開放前2 d及開放后2 d授粉的花朵其果實(shí)均無(wú)種子(表3)。由表3可知，以花朵開放當(dāng)天授粉的平均結(jié)籽數(shù)最多，為3.2粒/果，顯著高于其他授粉時(shí)間的平均結(jié)籽數(shù)，但花朵開放前1 d和后1 d授粉的平均結(jié)籽數(shù)無(wú)顯著差異。說明以花朵開放當(dāng)天為最佳授粉時(shí)間。

表2 不同溫度對(duì)蓮霧花粉發(fā)芽的影響Table 2 Effect of temperature on pollen germination in wax apple

A：蓮霧花粉在30 ℃下的萌芽情況；B：蓮霧花粉在20 ℃下的萌芽情況A：Germination of the pollen of the wax apple at 30 ℃；B：Germination of the pollen of the wax apple at 20 ℃圖4 蓮霧花粉在10 %蔗糖濃度下的萌芽情形Fig.4 Germination of the pollen of the wax apple at the concentration of 10 % sucrose

2.4 人工授粉對(duì)蓮霧果實(shí)性狀的影響

將人工雜交授粉和自然自交授粉收獲的果實(shí)進(jìn)行品質(zhì)分析。由表4可知，泰國(guó)綠鉆石人工雜交授粉的果實(shí)果長(zhǎng)為72.81 mm，果寬為50.91 mm，單果重為75.25 g，果形指數(shù)為1.43，可溶性固形物含量為9.47 %，分別顯著高于自然授粉果實(shí)的59.92 mm、46.78 mm、48.23 g、1.27和8.74 %。大葉紅人工雜交授粉果實(shí)的果長(zhǎng)、果寬、單果重和可溶性固形物含量均顯著大于自然自交授粉果實(shí)，但果型指數(shù)無(wú)顯著差異。說明通過人工雜交授粉能顯著提高蓮霧果實(shí)大小、單果重和可溶性固形物含量。

3 討 論

正常情況下，蓮霧花蕾在開放前1 d的上午其花被會(huì)有明顯的松散分離現(xiàn)象，到約18：00花被分離程度擴(kuò)大，接近半開放狀態(tài)，此時(shí)柱頭和花絲仍呈彎曲狀，到第2天的6：00-8：00已完全開放。而本研究發(fā)現(xiàn)少部分蓮霧花朵在下午開花，推測(cè)是蓮霧開花行為受氣溫影響，如氣溫升高會(huì)提早開花或溫度降低使開花延后，因此造成部分花朵在下午開放。

表3 蓮霧柱頭不同時(shí)間接受花粉后的結(jié)籽情況*Table 3 Stigma receptiblity of wax apple pollinateed at different times

注：*每組授粉10朵花。

Note:*means average of 10 flowers.

表4 人工授粉對(duì)蓮霧果實(shí)性狀的影響Table 4 Effect of controlled pollination on fruit characters of wax apple

注：*果型指數(shù)=果長(zhǎng)/果寬。

Note:* indicates the index of fruit shape is Length/Diameter.

在本研究中，蓮霧花序一般情況下由最外層開始向內(nèi)開放，由最下層往上開放，多數(shù)情況下花序最頂端的花朵最早開放，個(gè)別花序最頂端的花朵最晚開放。

本研究結(jié)果表明，蓮霧開花當(dāng)天授粉其結(jié)籽率達(dá)100.0 %，可能與供試蓮霧品種花粉量均十分豐富和花粉可育性強(qiáng)有關(guān)；在開花當(dāng)天進(jìn)行2個(gè)品種互交，表現(xiàn)出高結(jié)籽率，而大葉紅蓮霧具有耐寒性高、果實(shí)色澤艷紅等優(yōu)點(diǎn)[15]，因此大葉紅可作為蓮霧雜交育種的理想親本利用；在開花前2 d去雄授粉的蓮霧結(jié)籽率為0，原因可能是蓮霧柱頭尚處于無(wú)活力狀態(tài)；在花朵開放前1 d授粉的結(jié)籽率達(dá)30.0 %，說明蓮霧柱頭從花被松散分離時(shí)即開始逐漸進(jìn)入有效狀態(tài)，并持續(xù)至開放第2天花絲開始脫落，可見蓮霧花朵柱頭的生活力遠(yuǎn)強(qiáng)于花粉，其授粉期限主要受限于花粉活力和花粉管生長(zhǎng)的影響，因此在進(jìn)行蓮霧雜交授粉時(shí)需注意根據(jù)花粉活力旺盛的時(shí)間來(lái)選擇授粉時(shí)機(jī)。

在花粉離體培養(yǎng)發(fā)芽試驗(yàn)中，蔗糖濃度和溫度對(duì)蓮霧花粉發(fā)芽的影響十分明顯。不同植物花粉萌發(fā)和花粉管生長(zhǎng)的最適溫度存在差異，一般來(lái)說耐寒植物花粉萌發(fā)的適溫較低，而喜溫植物花粉萌發(fā)的適溫較高[16]。本研究中，在20 ℃時(shí)蓮霧花粉的發(fā)芽率僅4.72 %，隨著溫度升高花粉萌芽率提高，在30 ℃花粉萌發(fā)率達(dá)最高，為29.35 %，與蓮霧是典型的熱帶果樹、其開花需要相對(duì)高的溫度的生長(zhǎng)習(xí)性相符[17-18]。但在35 ℃時(shí)花粉的發(fā)芽率迅速降至0.71 %，推測(cè)是溫度過高致使花粉活力快速降低所致。本研究中，在含10 %蔗糖的培養(yǎng)基中，蓮霧花粉的萌發(fā)率高于其他蔗糖濃度培養(yǎng)基；在含5 %和10 %蔗糖的培養(yǎng)基中，花粉的發(fā)芽率無(wú)顯著差異，當(dāng)蔗糖濃度提高到15 %及以上時(shí)花粉的發(fā)芽率顯著降低，說明適宜蔗糖濃度的培養(yǎng)基對(duì)蓮霧花粉離體萌發(fā)具有一定的促進(jìn)作用，而蔗糖濃度過高時(shí)培養(yǎng)基中滲透壓增大，會(huì)導(dǎo)致花粉失水，產(chǎn)生質(zhì)壁分離和花粉管破裂等現(xiàn)象，從而抑制花粉離體萌發(fā)，與初慶剛等[19]研究認(rèn)為蔗糖對(duì)植物花粉離體萌發(fā)具有積極效應(yīng)的觀點(diǎn)一致。

本研究供試2個(gè)蓮霧品種互相雜交授粉收獲的果實(shí)與自然自花授粉收獲的果實(shí)在果形、單果重和可溶性固形物含量等方面存在顯著差異，可能是存在花粉果實(shí)直感效應(yīng)[20]的緣故，即許多園藝作物果實(shí)的物理與化學(xué)特性包括果實(shí)大小、性狀、品質(zhì)、顏色、貯藏期限及成熟期早晚等會(huì)受到花粉刺激的影響。本研究供試品種過少，不同蓮霧花粉源對(duì)同一品種進(jìn)行人工授粉其果實(shí)性狀和品質(zhì)是否會(huì)存在差異，以及雜交后代植株性狀和更多的果實(shí)性狀變化情況有待在下一步工作中深入探究。

4 結(jié) 論

蓮霧雜交授粉成功率主要受花粉生活力、柱頭有效狀態(tài)和溫度3個(gè)因子影響，最適授粉溫度為25～30 ℃，花粉收集最佳時(shí)間為花朵開放當(dāng)天的7：00-11：00，授粉最適時(shí)間為開花當(dāng)天。