白蠟屬植物花的生長(zhǎng)發(fā)育生物學(xué)特性研究進(jìn)展

劉 蓉，吳德軍，王因花，任 飛，燕麗萍，周曉鋒

（1.中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué) 煙臺(tái)研究院，山東煙臺(tái) 264670；2.山東省林業(yè)科學(xué)研究院 山東省林木遺傳改良重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東濟(jì)南 250014）

白蠟屬（Fraxinus）又稱梣屬，屬木犀科（Oleace?ae）木犀亞科（Oleoideae），全世界約有70 種，我國(guó)現(xiàn)有29 種[1]。多為落葉喬木；葉為羽狀復(fù)葉，橢圓形，具短柄；圓錐花序頂生或側(cè)生，花較小，呈不規(guī)則萼鐘狀；多為先葉后花或花葉同放，雌雄異株[2]；花期主要在4— 5月，雌花通常會(huì)在雄花開(kāi)放一周后開(kāi)花。白蠟屬植物喜溫暖濕潤(rùn)氣候，對(duì)土壤條件要求不高，樹(shù)形優(yōu)美，長(zhǎng)勢(shì)快，樹(shù)齡長(zhǎng)且適應(yīng)性較強(qiáng)[3]，常用作行道樹(shù)和遮蔭樹(shù)；其根系發(fā)達(dá)，對(duì)水土保持有良好的效果，抗性強(qiáng)，耐旱、耐寒[4]、耐澇和耐鹽堿[5]，廣泛應(yīng)用于防護(hù)林和城市綠化中，是重要的園林綠化樹(shù)種。白蠟樹(shù)（F. chinensis）是白蠟蟲(chóng)（Ericerus pela）重要的宿主，白蠟蟲(chóng)分泌的“白蠟”在軍事工業(yè)、機(jī)械制造業(yè)、紡織加工業(yè)和醫(yī)學(xué)等行業(yè)均有重要的利用價(jià)值[6]；白蠟樹(shù)枝條可作為編織業(yè)的優(yōu)良材料；白蠟屬植物可提取染料且可做藥用[7]，具有抗菌、抗疲勞、抗氧化和調(diào)節(jié)免疫力等作用[8]。

白蠟屬植物為雌雄異株，通過(guò)風(fēng)媒傳粉，極易天然授粉雜交，在生產(chǎn)實(shí)踐中混雜嚴(yán)重，林木后代優(yōu)良性狀表現(xiàn)不明顯[9]，導(dǎo)致林相不佳，影響景觀效果和生態(tài)經(jīng)濟(jì)效益。因此，多采用選種進(jìn)行新品種選育。劉德璽等對(duì)白蠟屬植物進(jìn)行了11年的良種選育研究，選出了65株優(yōu)樹(shù)；在濟(jì)南園林苗圃，從收集的60 多個(gè)白蠟樹(shù)優(yōu)良單株中選出了4 個(gè)優(yōu)良無(wú)性系[10]。劉翠蘭[11]從絨毛白蠟（F.tomentosa）的種質(zhì)資源庫(kù)中選出了耐鹽堿的絨毛白蠟新品種‘華雄’。雜種優(yōu)勢(shì)是林木育種學(xué)研究的重要內(nèi)容，雖然白蠟屬植物的雜交育種較困難，但將傳統(tǒng)技術(shù)與新技術(shù)結(jié)合，可對(duì)白蠟屬植物的優(yōu)良性狀進(jìn)行有目的的雜交組合，更易獲得優(yōu)良的新品種。王磊[12]以水曲柳（F. mandshurica）為母本、絨毛白蠟為父本，進(jìn)行種間雜交，并在雜交種中選出了耐鹽性強(qiáng)的優(yōu)良個(gè)體。Zeng 等[13-14]以水曲柳為母本、美國(guó)白蠟（F.americana）和絨毛白蠟為父本，進(jìn)行雜交子代的適應(yīng)性評(píng)價(jià)，為白蠟種間雜交抗旱和耐鹽的表觀遺傳機(jī)制提供了理論依據(jù)。燕麗萍[15]進(jìn)行了絨毛白蠟和美國(guó)紅梣（F.pennsylvanica）種間及絨毛白蠟種內(nèi)的雜交育種研究，發(fā)現(xiàn)絨毛白蠟雜交子代的遺傳變異豐富且有顯著的雜種優(yōu)勢(shì)，豐富了白蠟屬植物樹(shù)種資源。王因花等[16]進(jìn)行了絨毛白蠟新品種雜交子代的耐鹽性評(píng)價(jià)，證實(shí)了絨毛白蠟雜種優(yōu)勢(shì)的可行性，為定向培育優(yōu)良新品種奠定了基礎(chǔ)?；ㄊ潜蛔又参锏姆敝称鞴伲蟹毖芎蟠淖饔?，其生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程是植物從營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)到生殖生長(zhǎng)轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵時(shí)期[17]。了解白蠟屬植物親本花的構(gòu)造、花粉特性及受精過(guò)程是進(jìn)行白蠟屬植物雜交育種的基礎(chǔ)，在栽培過(guò)程中的花期調(diào)控、選配授粉樹(shù)以及新品種選育和豐富種質(zhì)資源等方面有重要意義。

1 白蠟屬植物花器官形態(tài)結(jié)構(gòu)和開(kāi)花特性

植物花器官各部分的演變過(guò)程的差異，使得不同種植物的花結(jié)構(gòu)存在多樣性[18]。植物的花部形態(tài)特征與花粉機(jī)制和授粉方式有緊密關(guān)系，進(jìn)行花器官形態(tài)結(jié)構(gòu)研究不僅有助于栽培者掌握花期，適時(shí)進(jìn)行花期管理，也有利于育種者選配雜交親本，對(duì)植物雜交育種和品種改良的開(kāi)展有積極作用，可為開(kāi)花生物學(xué)特性研究及雜交育種工作提供一定的參考。

目前，關(guān)于白蠟屬植物花器官形態(tài)結(jié)構(gòu)和開(kāi)花特性的研究較少。宛文鵬[19]利用高壓靜電場(chǎng)處理白蠟屬樹(shù)種的花粉，發(fā)現(xiàn)高壓靜電場(chǎng)能改變花粉表面的結(jié)構(gòu)，促進(jìn)與花粉萌發(fā)相關(guān)物質(zhì)的積累，提高花粉萌發(fā)率，促進(jìn)白蠟屬樹(shù)種種間雜交育種的效率，表明植物的花器官形態(tài)結(jié)構(gòu)與植物的授粉受精過(guò)程及自身表現(xiàn)出的抗性有一定的關(guān)系；Kremer 等[20]用掃描電鏡研究了美國(guó)白蠟和與歐洲白蠟（F.excel?sior）和狹葉白蠟（F. angustifolia）花粉的微形態(tài)差異，為白蠟屬植物開(kāi)花生物學(xué)特性提供了一定參考。

2 白蠟屬植物的花粉生活力和貯藏

花粉采集時(shí)間影響花粉生活力。采集過(guò)早，花還未完全成熟，采集的花粉生活力低；采集過(guò)晚，花已散粉，難以保障采集量，因此需明確植物花粉采集的最佳時(shí)間?；ǚ鄄杉绞揭驑?shù)種而異。白蠟屬植物樹(shù)形高大，單花花粉產(chǎn)量不高，適用于花枝采集法采集花粉，將花枝剪下后水培，待花朵自然散粉后進(jìn)行收集[21]。收集后的花粉需要進(jìn)行活力檢測(cè)，這是開(kāi)展人工授粉的重要環(huán)節(jié)之一。與常規(guī)染色法相比，花粉離體萌發(fā)測(cè)定法簡(jiǎn)單快速、應(yīng)用范圍廣且結(jié)果更可靠，只需將花粉撒在培養(yǎng)基上，在適宜的溫度下進(jìn)行萌發(fā)，其分為固體培養(yǎng)基法和液體培養(yǎng)基法兩種[22]。不同植物適用的方法不同，需通過(guò)對(duì)比試驗(yàn)確定合適的培養(yǎng)基類(lèi)型，使花粉活力測(cè)定更簡(jiǎn)便、高效。李淑娟[23]針對(duì)白蠟屬植物花粉的萌發(fā)特性，采用懸滴培養(yǎng)法測(cè)定其花粉活力?；ǚ垭x體測(cè)定法最重要的是培養(yǎng)基的成分及培養(yǎng)的適宜條件。宛文鵬[19]通過(guò)研究，得到了較適宜白蠟屬植物花粉萌發(fā)的培養(yǎng)基（10 g/L蔗糖+1 g/L瓊脂+0．1 g/L尿素+1 g/L 硼酸+0．1 g/L硝酸鉀+0．2 g/L硫酸鎂+0．1 g/L 硝酸鈣+ 0．1g/L 硫酸鋅+ 20 mg/L 鉬酸鈉+10 mg/L NAA+1 mg/L 6-BA），但該培養(yǎng)基成分過(guò)于復(fù)雜；李淑娟[23]開(kāi)展了白蠟屬植物種間雜交技術(shù)研究，在初步確定花粉離體萌發(fā)培養(yǎng)條件的基礎(chǔ)上，采用基于BBD的響應(yīng)面法優(yōu)化白蠟屬植物花粉離體萌發(fā)的培養(yǎng)基成分，其中絨毛白蠟優(yōu)化后的培養(yǎng)基成分為141．3 g/L 蔗糖+13．4 mg/L 氯化鈣+40 mg/L硼酸，比優(yōu)化前的萌發(fā)率提高了10．39%，加快了雜交親本的選擇，提高了雜交育種的效率。

花粉從花藥上脫離后，仍能維持一段時(shí)間的生活力，但時(shí)間長(zhǎng)短因植物種類(lèi)的不同而不同；不同種類(lèi)植物的花粉在不同貯藏條件下，其貯藏時(shí)長(zhǎng)和貯藏后的生活力狀況不同，通常低溫、干燥和黑暗的環(huán)境有利于延長(zhǎng)花粉壽命[24]。目前，花粉貯藏常用的方法為低溫儲(chǔ)藏法，不同植物有不同耐受低溫的能力，因此需通過(guò)測(cè)定植物花粉在不同貯藏溫度下的生活力狀況，來(lái)探究適宜的貯藏條件，讓不同花期和不同地域的植物能進(jìn)行雜交育種。白蠟屬植物花粉的活力對(duì)白蠟屬植物種間雜交育種尤為重要。在白蠟屬植物的雜交育種中，多以水曲柳為母本，其雌花開(kāi)花時(shí)間較晚，其他白蠟樹(shù)種則開(kāi)花較早，研究保存白蠟花粉的適宜條件能使不同花期、不同地域的白蠟屬植物進(jìn)行雜交育種，提高雜交的可能性。宛文鵬[19]研究表明，水曲柳的花粉適宜在4 ℃下密閉保存，-20 ℃下花粉的萌發(fā)率顯著降低；李淑娟[23]研究表明，絨毛白蠟的花粉活力在4 ℃下只能維持1 周左右，在-20 ℃下可保存1年以上。兩個(gè)研究結(jié)果不同，可能是由于花粉的干燥程度不同，花粉含水量有差異。

3 白蠟屬植物的柱頭可授性和受精過(guò)程

植物順利進(jìn)行受精過(guò)程的前提是在花粉具有活力時(shí)到達(dá)具有可授性的柱頭，可授期時(shí)間的長(zhǎng)短直接影響授粉結(jié)果。在最佳授粉期授粉不僅能節(jié)省父本花粉用量，而且能極大地提高雜交效率。受精是指由雄配子體形成的兩個(gè)精子分別與卵細(xì)胞和極核融合后形成合子和初生胚乳核的過(guò)程。植物開(kāi)花后，花粉會(huì)以風(fēng)力或昆蟲(chóng)為媒介落到柱頭上，在柱頭分泌物的刺激下，萌發(fā)出花粉管，通過(guò)花柱和胚珠，從珠孔進(jìn)入胚囊，釋放出2 個(gè)精子，分別與卵細(xì)胞和極核融合，完成雙受精[25]。花粉在柱頭上不能正常萌發(fā)、花粉管太短不能到達(dá)胚囊或從花粉管進(jìn)入胚囊但不能正常受精，均會(huì)導(dǎo)致受精失敗。通過(guò)研究花粉萌發(fā)、花粉管伸長(zhǎng)及花粉管進(jìn)入胚囊完成雙受精的全過(guò)程，能夠確定植物的最佳授粉期，為開(kāi)展雜交育種工作奠定基礎(chǔ)。

尹立輝[26]的研究中，水曲柳受精過(guò)程的石蠟切片顯示授粉后3天，花粉開(kāi)始萌發(fā)，花粉管沿著花柱中的引導(dǎo)組織生長(zhǎng)，穿過(guò)珠心組織進(jìn)入胚囊釋放內(nèi)容物，隨后1 個(gè)精細(xì)胞向卵細(xì)胞靠近融合成合子，1個(gè)精子與上極核結(jié)合受精后與下極核融合形成初生胚乳核，豐富了水曲柳生殖生物學(xué)方面的研究。王叢紅[27]的試驗(yàn)觀察發(fā)現(xiàn)，授粉4 天后，水曲柳的卵細(xì)胞還未受精，9 天后精卵融合，形成合子。兩個(gè)研究都揭示了水曲柳的受精過(guò)程，但均未詳細(xì)說(shuō)明受精過(guò)程經(jīng)歷的時(shí)間，目前對(duì)白蠟屬其他樹(shù)種受精過(guò)程的研究還未見(jiàn)報(bào)道。

4 展望

目前，關(guān)于白蠟屬植物的研究多集中在育種和繁殖[28-31]、病蟲(chóng)害防治[32-33]及開(kāi)發(fā)利用價(jià)值[34-35]等方面，對(duì)于開(kāi)花生物學(xué)特性和授粉受精過(guò)程的研究較少，沒(méi)有對(duì)白蠟屬植物的花器官形態(tài)結(jié)構(gòu)、開(kāi)花特性、花粉特性及授粉后柱頭內(nèi)外花粉粒的萌發(fā)生長(zhǎng)狀況、受精過(guò)程及完成時(shí)間等進(jìn)行系統(tǒng)研究，對(duì)于白蠟屬植物花粉的研究也多集中在花粉季節(jié)及應(yīng)對(duì)花粉過(guò)敏等方面。今后，應(yīng)加強(qiáng)以下方面的研究：進(jìn)一步研究白蠟屬植物花器官結(jié)構(gòu)與受精過(guò)程之間的關(guān)系；確定白蠟屬植物花粉最適宜的萌發(fā)條件；研究白蠟屬不同樹(shù)種間受精過(guò)程的區(qū)別及所需時(shí)間，將受精過(guò)程中的形態(tài)變化與時(shí)間結(jié)合，豐富白蠟屬植物的胚胎學(xué)資料。進(jìn)行白蠟屬植物花生長(zhǎng)發(fā)育特性的研究，可為雜交育種和新品種選育等提供理論基礎(chǔ)，對(duì)于白蠟屬植物的育種工作、生產(chǎn)實(shí)踐和種質(zhì)資源豐富意義重大。