4種丁香的開(kāi)花特性與繁育系統(tǒng)1)

紀(jì)文躍 何淼 尉文婕 葉王斌 宋振琪 佘新友 楊揚(yáng)

(東北林業(yè)大學(xué)，哈爾濱，150040) (華南理工大學(xué)) (東北林業(yè)大學(xué))

植物的開(kāi)花特性和繁育系統(tǒng)的研究不僅有助于了解植物生活史，也有助于理解植物應(yīng)對(duì)環(huán)境變化的對(duì)策，是植物育種研究的必要前提[1]，并有利于植物育種和種質(zhì)資源保護(hù)。關(guān)于利用丁香屬植物開(kāi)花特性，提高其在景觀園林中應(yīng)用的研究并不多見(jiàn)，對(duì)于其繁育系統(tǒng)的研究目前也局限在少數(shù)幾種丁香中。

丁香屬(Syringa)植物為木犀科(Oleaceae)喬灌木，主要分布于亞洲東部、中部以及歐洲東南部地區(qū)。中國(guó)是丁香屬植物的自然分布中心，擁有81%的野生種類(lèi)[2]，同時(shí)中國(guó)也是丁香屬植物的起源中心[3]。丁香樹(shù)形優(yōu)美，花色淡雅清香，可群植、叢植，多數(shù)丁香種類(lèi)還可布置成丁香專(zhuān)類(lèi)園，以創(chuàng)造良好的觀賞效果[4]。哈爾濱地區(qū)氣候寒冷，限制了可應(yīng)用植物的種類(lèi)。丁香作為哈爾濱的市花被廣泛種植，但丁香在多數(shù)景觀園林中應(yīng)用時(shí)仍具有局限性，如花期短、花色單一等[5]。本研究以哈爾濱地區(qū)洋丁香(Syringavulgaris)、小葉丁香(Syringamicrophylla)、紅丁香(Syringavillosa)、暴馬丁香(Syringareticulatavar.mandshurica)為對(duì)象，通過(guò)觀察統(tǒng)計(jì)以上4種丁香屬植物開(kāi)花特性，對(duì)其繁育系統(tǒng)進(jìn)行初步研究，有助于改善其品種退化、花色單調(diào)、花期短等問(wèn)題[6]。目前，洋丁香、紅丁香此類(lèi)觀賞價(jià)值較高的品種尚未在哈爾濱地區(qū)被推廣應(yīng)用。通過(guò)本次研究可加強(qiáng)以上4種丁香屬植物品種推廣，為丁香屬植物在城市景觀中的廣泛應(yīng)用提供參考。

1 材料與方法

試驗(yàn)于2017年4—10月份進(jìn)行，選取哈爾濱市哈平路和東北林業(yè)大學(xué)校園內(nèi)的洋丁香、小葉丁香、紅丁香、暴馬丁香為植物材料。

開(kāi)花物候觀察：選擇生長(zhǎng)狀況正常的以上4種品類(lèi)丁香植株，分別隨機(jī)選取10株掛牌標(biāo)記，每個(gè)品類(lèi)丁香每棵植株上共隨機(jī)標(biāo)記10個(gè)狀態(tài)良好的花序，并在每單個(gè)花序上隨機(jī)標(biāo)記10個(gè)狀態(tài)良好的花蕾，開(kāi)花前每隔2～3 d觀察植株、花序、單花的狀態(tài)，開(kāi)花后的第1～2天內(nèi)，每隔2 h觀察一次，并記錄花序的開(kāi)放順序，每次觀察統(tǒng)計(jì)開(kāi)花數(shù)量。

花器結(jié)構(gòu)觀察：在每種丁香隨機(jī)選取并掛牌標(biāo)記的10棵生長(zhǎng)狀況良好的植株上，分別隨機(jī)選取10朵盛開(kāi)的單花，用游標(biāo)卡尺測(cè)量其花冠、柱頭、花絲、花藥等器官的長(zhǎng)度、直徑。

花粉活力的測(cè)定：本次試驗(yàn)采用離體萌發(fā)的方法[7]對(duì)丁香的花粉活力進(jìn)行測(cè)定，將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5.00%、10.00%、15.00%的蔗糖與質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.01%、0.03%、0.05%硼酸組合，配置成9種培養(yǎng)基培養(yǎng)液(表1)，實(shí)驗(yàn)方法為懸滴法。

表1 設(shè)定的花粉活力培養(yǎng)液

柱頭可授性的觀察：采用聯(lián)苯胺-過(guò)氧化氫法測(cè)定柱頭可授性[8]，聯(lián)苯胺-過(guò)氧化氫反應(yīng)液的體積比為：V(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的聯(lián)苯胺)∶V(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%的過(guò)氧化氫)∶V(水)=4∶11∶22。在顯微鏡下觀察柱頭在反應(yīng)液中情況，若出現(xiàn)大量藍(lán)色或紫黑色氣泡，則柱頭具有可授性；若未見(jiàn)氣泡或氣泡不明顯，則不具有可授性。

花粉/胚珠比(P/O)的估算：采用血球計(jì)數(shù)器法進(jìn)行花粉/胚珠比的估算。在4種品類(lèi)丁香植株上分別隨機(jī)選取15朵未散粉的單花(總計(jì)30枚/每類(lèi)丁香)，平均放入3個(gè)青霉素小瓶?jī)?nèi)。等待花藥充分干燥并開(kāi)始散粉時(shí)，每個(gè)瓶中分別滴入2 mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的六偏磷酸鈉溶液，加蓋充分震蕩至花粉懸浮。在每個(gè)青霉素小瓶中吸取1滴懸浮液滴于血球計(jì)數(shù)板，并將血球計(jì)數(shù)板置于光學(xué)顯微鏡下觀察統(tǒng)計(jì)花粉粒個(gè)數(shù)，重復(fù)3次，取平均值。同時(shí)將子房壁用解剖刀切開(kāi)，統(tǒng)計(jì)單花胚珠數(shù)值，計(jì)算P/O值。

單花花藥花粉量n=(400個(gè)小方格內(nèi)總花粉數(shù)×10 000×2)/10，單花花粉量N=n×2.5。

雜交指數(shù)(OCI)的估算：參照Cruden的標(biāo)準(zhǔn)[9]，觀察統(tǒng)計(jì)4種品類(lèi)丁香單花直徑、雌雄蕊成熟時(shí)間的先后、雌雄蕊(花藥和柱頭)的相對(duì)空間距離。判斷方法為：(1)單花直徑d>6 mm則觀測(cè)值為3；2 mm

套袋、去雄及人工授粉試驗(yàn)：根據(jù)Dafni所記錄的授粉試驗(yàn)方法，分別對(duì)4種丁香花進(jìn)行如下處理：(1)不去雄，不套袋，自然授粉。(2)不去雄，套袋，自花授粉。(3)去雄，不套袋，自然授粉。(4)去雄，套袋，人工同株異花授粉。(5)去雄，套袋，人工異株授粉。(6)去雄，套袋，不授粉。每組處理花朵數(shù)量為20朵，每組重復(fù)3次，統(tǒng)計(jì)坐果率。

2 結(jié)果與分析

2.1 4種丁香開(kāi)花物候差異

統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，4種丁香開(kāi)花日期均勻分布在4月末—6月中旬，按照洋丁香、小葉丁香、紅丁香、暴馬丁香的順序依次開(kāi)放。群體花期平均為15～18 d，單花花期平均為6 d?；ㄐ蛑ǘ鋽?shù)不等，紅丁香最盛，最多可達(dá)到500朵，其余丁香花朵數(shù)為100～300朵。

2.2 4種丁香花器結(jié)構(gòu)的差異

經(jīng)觀察發(fā)現(xiàn)，4種丁香均為圓錐花序，花序分支在9～15枝，個(gè)體之間存在較小差異，花序開(kāi)花順序相同，花序下部先開(kāi)花，之后按照中部至頂部的順序繼續(xù)開(kāi)花。單個(gè)花朵較小，花色不鮮艷，為兩性花。小葉丁香花序直徑為4 cm≤d≤7 cm，其余3種品類(lèi)丁香花序直徑(d)為6 cm≤d≤9 cm，。洋丁香和紅丁香花冠筒長(zhǎng)度接近，花冠直徑均大于6 mm。4種丁香的雌雄蕊均生于花萼之上，雄蕊長(zhǎng)度均高于雌蕊長(zhǎng)度，高度差為0.2～0.7 cm。

2.3 4種丁香花粉活力差異

在離體萌發(fā)試驗(yàn)中，根據(jù)花粉活力設(shè)定培養(yǎng)液(表1)，4種丁香花粉的最高萌發(fā)率對(duì)應(yīng)的培養(yǎng)液質(zhì)量分?jǐn)?shù)各不相同，在最適培養(yǎng)液質(zhì)量分?jǐn)?shù)時(shí)，4種丁香的萌發(fā)率相近。洋丁香的花粉萌發(fā)率最高為31.70%，此時(shí)蔗糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15.00%、硼酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.01%；小葉丁香花粉萌發(fā)率最高為30.10%，此時(shí)蔗糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10.00%、硼酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.03%；紅丁香花粉萌發(fā)率最高達(dá)到24.50%，對(duì)應(yīng)的蔗糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10.00%、硼酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.03%；暴馬丁香的最高花粉萌發(fā)率為28.70%，最適培養(yǎng)基的蔗糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15.00%、硼酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.03%。

表2 4種丁香的開(kāi)花物候

表3 4種丁香的花部綜合特征

2.4 4種丁香柱頭可授性的變化

4種丁香柱頭在開(kāi)花之前和開(kāi)花當(dāng)天都不具備可授性，開(kāi)花1～3 d開(kāi)始具有可授性，并逐漸增強(qiáng)，在第3天開(kāi)始，可授性強(qiáng)度開(kāi)始下降，之后失去可授性。根據(jù)4種丁香單花花期和柱頭可授性的變化，柱頭在盛花期的時(shí)候可授性最強(qiáng)，花粉完全散粉，并且伴有傳粉昆蟲(chóng)，為丁香品種的繁育提供了良好的途徑。

表4 4種丁香柱頭可授性

2.5 4種丁香花粉/胚珠比的差異

4種丁香的單花花粉數(shù)量，洋丁香13 750粒、紅丁香22 500粒、小葉丁香8 750粒、暴馬丁香16 250粒。經(jīng)過(guò)光學(xué)顯微鏡下解剖得到，它們的胚珠數(shù)均為4，花粉/胚珠比(P/O)分別為3 437.5(洋丁香)、2 187.5(小葉丁香)、5 625(紅丁香)、4 062.5(暴馬丁香)，根據(jù)Cruden(1977)關(guān)于繁育系統(tǒng)的判斷標(biāo)準(zhǔn)，4種丁香的繁育系統(tǒng)均為專(zhuān)性異交型。

2.6 4種丁香雜交指數(shù)(OCI)差異

根據(jù)Dafni的方法對(duì)4種丁香的雜交指數(shù)進(jìn)行測(cè)量。4種丁香花朵直徑(洋丁香約為1.4 cm、小葉丁香約為0.7 cm、紅丁香約為1.1 cm、暴馬丁香約為0.7 cm)均大于6 mm，記為3。雌蕊在花藥散粉初期已具有可授性，雌雄蕊在成熟時(shí)間上一致，記為0；雌蕊(花柱)與雄蕊(花藥)在開(kāi)花后有一定距離，屬于空間分離，記為1。綜合以上結(jié)果，4種丁香的OCI統(tǒng)計(jì)結(jié)果均為4，屬于部分自交親和，異交，則需要傳粉昆蟲(chóng)。

2.7 4種丁香套袋、去雄人工授粉試驗(yàn)結(jié)果

套袋處理試驗(yàn)坐果率(表5)表明：洋丁香、紅丁香、暴馬丁香在自然傳粉條件下坐果率較低，分別為16.7%、18.4%和16.7%；小葉丁香較高，達(dá)到31.7%，經(jīng)過(guò)去雄、套袋處理之后沒(méi)有坐果，說(shuō)明不存在無(wú)融合生殖現(xiàn)象；不去雄、套袋自花授粉和去雄、不套袋、同株異花授粉結(jié)實(shí)率較低，說(shuō)明有一定的自交現(xiàn)象；去雄、套袋之后，人工異株授粉坐果率較高，洋丁香61.70%、小葉丁香66.70%、紅丁香68.40%和暴馬丁香48.40%。由此判斷4種丁香的繁育系統(tǒng)為異交型，需要傳粉媒介。

表5 4種丁香不同授粉方式的坐果率

3 結(jié)論與討論

植物的開(kāi)花物候主要由開(kāi)花起始日期、開(kāi)花持續(xù)期和花期同步性三個(gè)部分共同組成，對(duì)植物的生殖具有重要的影響[10]。始花期、開(kāi)花高峰期和開(kāi)花數(shù)等個(gè)體物候的總和，構(gòu)成了該種群的開(kāi)花物候[11]。本研究中的4種品類(lèi)丁香開(kāi)花物候期各不一致，觀賞性最佳的盛花期交替相續(xù)，互不重疊，均勻分布在5月上旬、中旬、下旬以及6月上旬。利用這一特點(diǎn)，可根據(jù)自然環(huán)境和四周喬木、草本的種植特色，將4種品類(lèi)丁香與不同種類(lèi)的喬木、灌木等搭配，以規(guī)則式或自然式進(jìn)行點(diǎn)植、叢植和群植，增長(zhǎng)4種品類(lèi)丁香在園林中的觀賞期。除遺傳因子外，環(huán)境因子也是影響丁香開(kāi)花物候的重要因素。小葉丁香、紅丁香和暴馬丁香在包頭地區(qū)的開(kāi)花物候期，比哈爾濱地區(qū)的開(kāi)花物候期各晚5～7 d[12]，2個(gè)地區(qū)的地理位置、環(huán)境等條件都會(huì)造成這種差異。

種子植物受精的必經(jīng)階段是傳粉，植物花冠大小、雌雄蕊長(zhǎng)度以及花藥大小等特征，影響著植物的生殖成功[13]。經(jīng)測(cè)量，本次試驗(yàn)的4種丁香雄蕊雌蕊的長(zhǎng)度差距均小于1 cm，而在空間結(jié)構(gòu)上，雌蕊位于雄蕊下方，有一定的隔離，這種結(jié)構(gòu)會(huì)降低自花授粉的可能性[14]，這與紫丁香、什錦丁香的授粉研究得到的結(jié)果一致[15]。離體萌發(fā)試驗(yàn)中使用的蔗糖和硼酸對(duì)植物花粉生命力產(chǎn)生顯著影響：蔗糖同時(shí)為花粉萌發(fā)和花粉管的生長(zhǎng)提供營(yíng)養(yǎng)，也可以平衡花粉與培養(yǎng)液的滲透作用[16]；硼酸會(huì)促進(jìn)糖的吸收和代謝，并參與果膠物質(zhì)的合成和花粉管的構(gòu)建[17]。在有限范圍內(nèi)，洋丁香、小葉丁香、紅丁香的花粉萌發(fā)率，會(huì)分別隨蔗糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)、硼酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而增加，當(dāng)兩種物質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)均超過(guò)最適質(zhì)量分?jǐn)?shù)后，會(huì)抑制花粉的萌發(fā)。柱頭可授性是柱頭吸附花粉并幫助花粉萌發(fā)的能力[18]，是植物花朵成熟的顯著標(biāo)志，同時(shí)也會(huì)影響花朵的自花傳粉率以及花朵開(kāi)放后不同階段的傳粉率[19]。4種丁香的花粉與柱頭有1～2 d的有效相遇期，初步判斷其具有自花授粉的可能性。結(jié)合花粉/胚珠比、雜交指數(shù)(OCI)的估算以及人工套袋授粉試驗(yàn)的結(jié)果，初步判斷4種丁香繁育系統(tǒng)以異交為主，部分自交親和，需要傳粉昆蟲(chóng)。在開(kāi)花動(dòng)態(tài)觀測(cè)中，觀測(cè)到傳粉昆蟲(chóng)的訪花活動(dòng)，昆蟲(chóng)種類(lèi)雖尚有待確定，但也進(jìn)一步驗(yàn)證了這一結(jié)論。

丁香屬植物品種較多，且花色、花形、花期等不盡相同，但是可應(yīng)用于園林景觀中的丁香種類(lèi)依然比較單調(diào)。通過(guò)觀察發(fā)現(xiàn)，目前哈爾濱地區(qū)應(yīng)用最廣泛的丁香種類(lèi)為紫丁香，其他種類(lèi)丁香仍具有廣闊的開(kāi)發(fā)前景。通過(guò)培育新品種和擴(kuò)繁可降低其他種類(lèi)丁香應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)成本，提高觀賞價(jià)值和生態(tài)效益。本研究結(jié)果可為丁香屬其他種類(lèi)開(kāi)花特性和繁育系統(tǒng)的研究提供佐證、為其雜交育種和新品種的研發(fā)提供參考。