元寶楓花芽分化及花開放過程研究

李 超，劉曉玲，葉紅蓮，劉 陽，蘇淑釵*

(1 北京林業(yè)大學(xué) 林學(xué)院，省部共建森林培育與保護(hù)教育部重點(diǎn)實驗室，北京 100083；2 北京林業(yè)大學(xué)，國家能源非糧生物質(zhì)原料研發(fā)中心，北京 100083)

元寶楓是槭樹科槭屬植物[1]，且為中國鄉(xiāng)土樹種[2]。近年來，元寶楓的經(jīng)濟(jì)價值逐漸引起社會的關(guān)注。元寶楓種子中蛋白質(zhì)含量達(dá)27%，已超過大豆中蛋白質(zhì)的含量[3]。元寶楓種子中也含有可達(dá)47%的油脂含量[4-6]，因此，2011年元寶楓籽油被國家衛(wèi)生部批準(zhǔn)為新資源食品[7]。元寶楓籽油中含有豐富的神經(jīng)酸[4-6,8-9]。神經(jīng)酸C24H46O2是神經(jīng)細(xì)胞髓鞘中重要的脂肪酸，在維持大腦和神經(jīng)系統(tǒng)功能方面有重要作用[9-11]。部分脫髓鞘疾病與神經(jīng)酸的缺乏有關(guān)，如多發(fā)性硬化和腎上腺腦白質(zhì)退化癥等[12-13]，口服補(bǔ)充神經(jīng)酸有益于這些疾病治療和恢復(fù)[14-15]。神經(jīng)酸一度通過鯊魚油中提取或化學(xué)合成來獲取，但這兩種獲取神經(jīng)酸的方法有破壞海洋生態(tài)、步驟繁瑣、副產(chǎn)物多等缺點(diǎn)[16]。元寶楓是少數(shù)含有神經(jīng)酸的植物，且神經(jīng)酸含量占元寶楓籽油脂肪酸組成的4.6%以上，因此，元寶楓是很好的神經(jīng)酸資源植物[17]。

然而目前元寶楓主要作為造林和綠化樹種，其樹形、葉色及抗旱性能等是關(guān)注的重點(diǎn)，以元寶楓果實產(chǎn)量為目的、尤其針對元寶楓花器官的研究較少。槭屬植物又有著非常復(fù)雜的性別和交配系統(tǒng)。De Jong根據(jù)槭屬植物性別表達(dá)(sex expression)將槭屬植物分為5個分類單元[18]：雌雄異株類(dioecious taxa)，包括梣葉槭系(Ser.Negundo)等；假雌雄異株類(Pseudo-dioecious taxa)，包括青楷槭系(Ser.Tegmentosa)等；不完全雌雄同株類(incompletely monoecious taxa)，包括扁果槭組(Sect.Hytiocarpa)等；雌雄異型異熟類(heterodichogamous taxa)，包括雞爪槭組(Sect.Palmata)、桐狀槭組(Sect.Platanoidea)等；二重雌雄異型異熟類(duodichogamous taxa)，包括粗柄槭系(Ser. Tonkinensia)等。雌雄異型異熟是指雌雄同株異花植物群體中存在雄花先熟個體和雌花先熟個體，一種交配類型的花粉可為另一交配類型的柱頭授粉，然后交換角色[19-20]，是雌雄異熟的特例，在進(jìn)化上被認(rèn)為是雌雄同花向雌雄異株過渡的重要途徑[18，20-21]。雌雄異型異熟是植物中比較少見的類型，目前僅在包括胡桃科、無患子科、樟科等10余科、20余屬中有發(fā)現(xiàn)，而槭屬植物中存在雌雄異型異熟中更為少見的二重雌雄異型異熟類型，即花部功能表達(dá)存在雄→雌→雄和雌→雄→雄的順序性[22-24]。

目前針對元寶楓花性別和交配系統(tǒng)的研究較少。張朋等[25]研究認(rèn)為元寶楓有單性花和兩性花兩種，兩種花開花時間不同，且元寶楓花性別在花期內(nèi)存在雌雄變化。胡青等[26]研究了元寶楓性別分化過程中雌蕊和雄蕊的選擇性敗育，發(fā)現(xiàn)可膨大結(jié)實的花中雄蕊花藥不開裂，僅表現(xiàn)出雌性功能，但仍稱僅具雌性功能的花為兩性花。李艷菊[2]對陜西楊陵的元寶楓花芽分化進(jìn)行了初步研究。這些研究并未完詳盡闡釋元寶楓的交配系統(tǒng)及花芽分化過程，因此我們對元寶楓花的開放過程和花芽分化過程與時期進(jìn)行了研究，為針對元寶楓生產(chǎn)實踐中花的調(diào)控提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

本試驗于2017年3月至2019年5月完成，用于觀測和調(diào)查元寶楓花開放過程的試驗樹為北京市海淀區(qū)柏儒苑小區(qū)(116°20′45.11″E，40°0′33.53″N)內(nèi)和北京市昌平區(qū)大東流苗圃(116°28′9.83″E，40°9′32.71″N)內(nèi)的元寶楓植株。用于元寶楓花芽和花解剖和拍照的試驗樹為柏儒苑小區(qū)內(nèi)10株約14年生的健壯無病蟲害元寶楓植株。

1.2 試驗方法

自2018年6月11日起，每月取元寶楓外圍固定方向枝條上的芽至2019年3月29日花序開放。取樣的花芽中選取10顆測量花芽的長度、直徑和重量，其余部分花芽置于含有FAA固定液的西林瓶中，抽氣后保存用于制作石蠟切片，其中FAA固定液為38%甲醛、冰醋酸、70%酒精配比為1∶1∶18的混合液。2019年3月下旬花序開放后連續(xù)觀察元寶楓開花過程，并于實驗室對花序和小花進(jìn)行解剖及拍照。

花芽分化過程觀察采用常規(guī)石蠟切片法制作切片[26]，番紅固綠染色，切片掃描后用Caseviewer軟件進(jìn)行觀察、測量和拍照。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Excel和SPSS 22.0軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 元寶楓花的性別

元寶楓花性別可分為雌能花和雄能花兩種。雌能花(圖1，a-c)雄蕊和雌蕊均具備，但雄蕊花絲較短，不足5 mm，花藥呈近圓柱形，體積大，長可達(dá)3 mm，直徑約1～1.5 mm，花藥可產(chǎn)生花粉但直至小花授粉，果實發(fā)育后也并不開裂，而是直接萎蔫凋落，因而不表現(xiàn)出雄花的性別特征。雌蕊發(fā)達(dá)，明顯高于雄蕊。子房體積大而飽滿，厚約2～3 mm，寬約4～5 mm，花柱長2～3 mm，二裂柱頭明顯，長2～3 mm。子房、花柱、柱頭在花發(fā)育過程中不斷生長、延長，受精后柱頭卷曲、子房膨脹明顯并迅速生長出果翅(圖1，c)。

雄能花(圖1，d-i)雄蕊結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)，花絲長，可超過10 mm，花藥近扁球形，橫縱徑約1.5和1 mm左右，花藥可產(chǎn)生成熟花粉并開裂散粉(圖1，f)，表現(xiàn)出雄花的性別功能。根據(jù)雌蕊的形態(tài)可將雄能花分為Ⅰ型和Ⅱ型。Ⅰ型雄能花花盤中間有非常小的子房和花柱結(jié)構(gòu)，不易觀察。子房小而癟，厚不足1 mm，長不足3 mm，開花后不再繼續(xù)生長，子房亦無法完成受精并發(fā)育成果實，花期結(jié)束后隨花一起脫落凋亡(圖1，e)。Ⅱ型雄能花在形態(tài)上與Ⅰ型雄能花有所不同，子房比Ⅰ型雄能花子房更飽滿，厚可達(dá)1 mm，花柱頂部出現(xiàn)二裂柱頭(圖1，h)，但同樣無法完成受精發(fā)育成果實。

2.2 元寶楓開花過程

3月下旬(約3月27日)，大多數(shù)芽的苞片不再嚴(yán)密閉合，從頂部可見黃綠色花序及小花的花苞(圖2，a)。此后花芽快速生長，花序沖破苞片，至3月末可見傘房花序形成5～7個分枝軸，花序軸頂部小花最先開放。4月2日，花序進(jìn)一步生長，花序長約40 mm，寬約30 mm，各分枝軸頂部小花開放，形成元寶楓花序中第一批開放的小花。各分枝軸頂部小花下有2～4多小花，此時均未開放，處于花苞狀態(tài)，且花苞體積根據(jù)在分枝軸上位置由頂部至底部依次減小，解剖可發(fā)現(xiàn)此時性別(雌能花、雄能花)已經(jīng)決定(圖2，h)?；ㄐ虻撞靠梢妰蓚€尚未展開的葉片。

a.正開放的雌能花俯視圖(左)；b.正開放的雌能花正視圖；c.受精后花瓣閉合的雌能花，柱頭和雄蕊均變黃萎蔫，花藥不開裂；d.Ⅰ型雄能花；e.Ⅰ型雄能花發(fā)育停滯的雌蕊；f.雄能花已經(jīng)開裂散粉的花藥；g.散粉后花瓣逐漸閉合的雄能花；h.分化出花柱結(jié)構(gòu)的Ⅱ型雄能花；i.Ⅱ型雄能花的花藥可開裂散粉圖1 元寶楓花的性別a. Top view of the functional female flower in full bloom (left); b. Front view of functional female flower in full bloom; c. After fertilization, the stigma and stamen of the functional female flower with closed petals turned yellow and wilted, and the anther did not crack; d. Type Ⅰ functional male flower; e. Pistil with stagnant development of type Ⅰ functional male flower; f. The anthers of functional male flower were already dehiscent; g. Functional male flower with gradually closed petals after pollination; h. Type Ⅱ functional male flower with stigma; i. The anthers of type Ⅱ functional male flower with stigma can crack and disperse pollenFig.1 Sex of Acer truncatum flower

a. 3月26日至4月3日，花芽萌發(fā)、花序生長、頂花開放至第一批小花開放過程；b. 4月8日至9日第一批小花集中脫落；c.第一批小花已脫落、第二批小花盛開，第二批小花為雌能花，4月10日；d.第二批小花(雌能花)閉合后不脫落，第三批小花盛開，第三批小花為雄能花，4月14日；e.第三批小花脫落后，已經(jīng)授粉的雌能花果翅快速生長，4月16日；f.第一批第二批小花均為雄能花、第三批小花為雌能花的特例，4月14日；g.3月27日，同花序上頂花與其下小花解剖圖，此時可見雄能花與雌能花子房和花絲長度均有明顯區(qū)別；h.3月30日，花序上某分枝軸上小花解剖圖，可見不同位置小花性別表現(xiàn)差異明顯；i.4月5日，同分枝軸不同位置小花發(fā)育進(jìn)程差異大，頂花已經(jīng)開放，其下小花尚未發(fā)育完成；j.4月7日，第一批小花開放后閉合尚未脫落，第二批小花尚未開放，解剖可發(fā)現(xiàn)子房飽滿，花絲短，為雌能花；k.第二批小花閉合、果翅快速生長后不脫落，第三批小花(雄能花)陸續(xù)開放，4月13日圖2 元寶楓雄先行花序開花過程a. From March 26 to April 3, flower bud germination, Inflorescence Growth, top flower opening to the first batch of florets opening process; b. The first batch of florets shed from April 8 to 9; c. The first batch of florets had fallen off, the second batch of florets are in full bloom, the second batch of florets are functional female flowers, on April 10; d. The second batch of florets (functional female flowers) did not fall off after closing, the third batch of florets were in full bloom, and the third batch of florets are functional male flowers, on April 14; e. After the third batch of florets fell off, the pollinated female flowers and fruit wings grew rapidly, on April 16; f. The first and second batch of florets are functional male flowers, and the third batch of florets are functional female flowers; g. On March 27, the anatomical map of the top flower and its lower floret in the same inflorescence showed that the ovary and filament length of functional male and female flowers were significantly different; h. On March 30, the anatomical map of the florets on the axis of a branch of the inflorescence showed that there were significant gender differences in florets at different positions; i. On April 5, the development process of florets in different positions of the same branch axis was different, the top flower had opened, and the lower floret had not yet developed; j. On April 7, the first batch of florets closed and did not fall off, while the second batch of florets did not open; k. The second batch of florets closed and the wings did not fall off after rapid growth. The third batch of florets (male flowers) opened one after another on April 13Fig.2 Flowering process of inflorescence of in A. truncatum of protandrous type

第一批開放的小花有雄能花和雌能花兩種，每株元寶楓類型固定，即全部花為先開雄能花或先開雌能花。因此，根據(jù)第一批開放的小花的性別可將元寶楓植株分為兩種，即雄先型和雌先型。雄先型植株花開放順序為雄能花→雌能花→雄能花，雌先型植株花開放順序為雌能花→雄能花→雄能花，因此元寶楓具有二重雌雄異型異熟的特征。雌先型與雄先型的比例在研究中3個不同的地點(diǎn)為1∶1.6至1∶3.7(表1)，即雄先型的個體總是多余雌先型的個體。

2.2.1 雄先型花序開放過程圖2顯示，雄先型的第一批開放小花為雄能花。小花開放后花藥即開裂散粉，會在3～5 d后花瓣閉合，并在4月8、9日集中脫落，此時樹下可見大量的落花(圖2，b)。在第一批小花閉合至脫落時期，第二批次小花開始開放。第二批次開放的小花為雌能花，子房飽滿，柱頭高于花瓣(圖2，c)。雌能花花期約4～6 d，后期也會花瓣閉合，但小花并不脫落。第二批小花開放的同時，花序下的葉片也快速生長，葉柄伸長，葉片展開，葉片可寬至4 cm。

第二批小花閉合的同時，第三批小花開放(圖2，d)。第三批開放的小花與第一批開放的小花一致，均為雄能花，3～5 d后花瓣閉合，最后集中脫落。第三批小花開放的同時，第二批開放的小花(即雌能花)子房快速發(fā)育，果翅生長迅速，至第三批小花花瓣閉合時，第二批小花的花瓣也陸續(xù)凋落，花絲花藥和花柱枯萎，而果翅可長達(dá)3.5 mm(圖2，e)。至4月14-16日，隨著第三批小花逐步脫落和第二批小花的花器官凋落，元寶楓花期結(jié)束，進(jìn)入果實生長期，葉片也生長至正常大小，寬約8～11 cm。此外，本研究還發(fā)現(xiàn)雄先型中存在第一批次和第二批次開放的小花均為雄能花、第三批開放的小花才為雌能花的類型(圖2，f)，但僅發(fā)現(xiàn)一元寶楓株具此類型特征，且除不同性別小花開放順序外，其余特征與正常雄先型并無差異。

2.2.2 雌先型花序開放過程圖3顯示，雌先型元寶楓植株與雄先型在花芽分化、開花物候期、小花結(jié)構(gòu)與功能方面均無差別，主要差別為不同性別的小花開放順序。雌先型的元寶楓花序同樣各分枝軸的頂花第一批開放，第一批小花為雌能花(圖3)。4～6 d后花瓣閉合，但小花不脫落，同時第二批次小花開放(圖3，f、g)。第二批開放的小花為雄能花，開放后花藥開裂傳粉，之后花瓣閉合、小花脫落。第三批小花開放、傳粉、閉合和脫落的過程與第二批小花一致，僅時間更為靠后。與雄先型不完全相同的是，雌先型的元寶楓花序第二批小花與第三批小花界限不十分明確，第二批小花開放、脫落和第三批小花開放重疊時間較長，部分樹兩批小花的界限不十分分明。

2.3 元寶楓花芽分化過程

元寶楓新梢和果臺副梢在4月末至5月上旬開始出現(xiàn)花芽原基。芽原基在5月上旬體積較小，長約2.10 mm，直徑約1.45 mm，且被兩側(cè)葉柄包裹(圖4，a)。芽原基通體綠色，芽鱗片尚未分化完成。至6月中旬，芽體積膨大，不再被葉柄完全包裹，可從側(cè)面看清芽體。多層芽鱗片已分化，且外層鱗片由頂部至基部逐步呈褐色，各層鱗片可分離(圖4，b)。芽內(nèi)部可見橢球型生長錐。生長錐隨著芽外部尺寸生長而伸長和直徑增加，頂部逐漸變平(圖4，d)。7月中旬芽開始進(jìn)入生理分化期(圖4，e)，外觀整體變褐色(圖4，c)。7月下旬，混合芽的葉片和花序軸原基可見(圖4，f)，小花原基分化劇烈，至8月中旬，可見花序軸頂花和其下部分小花(圖4，g、h)，花序軸頂花已分化出花瓣原基、雄蕊原基和雌蕊原基，而花序軸最下小花僅分化出花瓣原基。至9月中旬，雄蕊原基花絲和花藥已各自分化(圖4，i)，花藥的四個角隅處細(xì)胞分裂較快，并分出成體積較大的孢原細(xì)胞。孢原細(xì)胞通過有絲分裂產(chǎn)生造孢細(xì)胞和周緣細(xì)胞。至10月下旬，造孢細(xì)胞已分化為次生造孢細(xì)胞，藥室內(nèi)壁、中層和絨氈層也形成(圖4，j-l)。雌蕊原基逐漸分化出胚珠(圖4，k)。

表1 不同試驗地元寶楓雌先型與雄先型植株比例

a. 雌能花先開放，4月4日；b.即將開放的雌能花，4月1日；c.分枝軸頂部的雌能花盛開時，其下小花尚未開放，解剖后可根據(jù)雄蕊雌蕊相對形態(tài)判斷小花性別；d. 受精后的雌能花柱頭卷曲，花柱變黃，果翅果翅伸長，花藥不開裂，花絲花藥逐漸萎蔫；e.即將開放的雄能花，可見花藥黃色，花絲長，雌蕊小，子房癟；f. 第一批小花與第二批小花開放之間狀態(tài)，即分枝軸頂部的雌能花盛開后閉合后、其下小花尚未開放前，4月8日；g.雌能花授粉后果翅快速伸長至花瓣外，4月11日；h.雌能花授粉后果翅快速伸長至花瓣，4月12日；i.花期完全結(jié)束，進(jìn)入果實生長期，4月20日圖3 元寶楓雌先行花序開花過程a. The functional female flowers opened first on April 4; b. The functional female flowers opened, on April 1; c. When the functional female flower at the top of the branch axis was in full bloom, the lower floret was not yet open. After dissection, the sex of floret can be determined according to the relative morphology of stamen and pistil; d. After fertilization, the stigma of the functional female flower curled, the stigma turned yellow, the wing of the fruit wing elongated, the anther did not crack, and the filament anther gradually wilted; e. The anthers were yellow, the filaments were long, the pistils were small, and the ovaries were shriveled; f. Between the first and the second batches of florets, that is, after the functional female flower at the top of the branching axis was in full bloom and closed, before the lower florets opened, on April 8; g. After pollination, the wings of the functional female flowers elongated rapidly to the outside of the petals; h. After pollination, the wings of functional female flowers elongated rapidly to petals, on April 12; i. The flowering period completely ended and the fruit growth period began on April 20Fig.3 Flowering process of inflorescence of in A. truncatum of protogynous type

休眠期結(jié)束后，隨著樹液流動(3月3日)，芽開始萌動，花藥中次生造孢細(xì)胞開始進(jìn)行有絲分裂，在3月中旬時花藥內(nèi)形成大量的小孢子母細(xì)胞(圖5，a-f)。小孢子母細(xì)胞開始進(jìn)行減數(shù)分裂，經(jīng)過二分體等時期，至3月21日，多數(shù)花藥內(nèi)處于被胼胝質(zhì)分隔和包圍的四分體小孢子狀態(tài)，四分體的四個子細(xì)胞呈四面體排列(圖5，g-i)。此時尚看不到雌能花與雄能花的差異，小花雌蕊尚未進(jìn)行胚囊的發(fā)育。隨后小花花藥的絨氈層開始分泌胼胝酶，小孢子間的胼胝質(zhì)開始溶解，至3月26日，胼胝質(zhì)完全溶解，細(xì)胞質(zhì)濃厚、核位于中央的單核花粉從四分體中獨(dú)立出來(圖5，j、k)。此時已臨近花期，花藥變得更為狹長，胚珠中可見大孢子母細(xì)胞，雌配子體開始發(fā)育(圖5，l)。

2.4 花芽分化過程內(nèi)外部尺寸變化

圖6顯示，花芽長度和直徑在6月上旬至7月下旬快速增長，分別從3.13 mm、2.06 mm增長至4.74 mm和2.91 mm，之后繼續(xù)增長，但在第二年花芽膨大前增幅較小?；ㄑ块L度和直徑的增長并不完全同步，6月下旬至7月初花芽以伸長生長為主，直徑增幅較小，而7月初至7月中旬，花芽以增粗生長為主，長度增幅較小。花芽重量表現(xiàn)出了與體積不同的增長規(guī)律，休眠期前的增加呈階梯型，8月上旬和9月下旬是兩個增重明顯的時期，分別對應(yīng)花芽內(nèi)部的花序原基分化和雄蕊雌蕊的分化。小花原基8月中旬出現(xiàn)后，花芽內(nèi)花序軸長度和頂花直徑呈現(xiàn)平緩但較為穩(wěn)定的增長。

a. 5月初花芽原基，無鱗片；b.6月中旬花芽，開始出現(xiàn)鱗片；c.10月中旬，花芽被多層鱗片覆蓋；d.尚處于生理分化期的花芽，6月14日；e-f.進(jìn)入形態(tài)分化的花芽，7月14日-7月27日；g-h.花序和小花原基分化期，8月15日-8月29日；i.雄蕊和雌蕊分化期，9月18日；j-l.胚珠分化期，孢原細(xì)胞出現(xiàn)，10月22日A．花藥；Gc. 生長錐; Ip. 花序原基；Br. 苞片；Pe. 花瓣原基；Sp. 雄蕊原基；Ova. 子房；Ovu. 胚珠；Ac. 孢原細(xì)胞圖4 元寶楓花芽芽內(nèi)分化過程a. At the beginning of May, the primordium of flower bud had no scales; b. In the middle of June, flower bud began to appear scales; c. In the middle of October, the flower buds were covered by multi-layer scales; d. Flower bud in physiological differentiation stage, on 14 June; e-f. Flower bud into morphological differentiation, from 14 July to 27 July; g-h. Primordium differentiation of inflorescence and floret, from 15 August to 29 August; i. Differentiation stage of stamen and pistil, on 18 September; j-l. Ovule differentiation stage and archesporial cell appeared, on 22 October; A. Anther; Gc. Growth cone; Ip. Inflorescence primordium; Br. Bracts; Pe. Petal primordium; Sp. Stamen primordium; Ova. Ovary; Ovu. Ovules; Ac. Archesporial cell.Fig.4 Flower bud differentiation of Acer truncatum

休眠期結(jié)束、芽開始萌動時，花芽長度、直徑、重量和小花直徑在3月中旬前增長緩慢，在3月17日后增長迅速。花序軸長度的生長比花芽外部形態(tài)和頂花直徑的增長更早，在3月6日即開始迅速生長。至3月29日，花芽的長度、直徑和重量分別為10.53mm、6.11 mm和57.2 mg，花序軸長度和頂花直徑分別為7.21 mm和2.29 mm。

a. 花芽即將萌動，內(nèi)部結(jié)構(gòu)與休眠期前相同，3月3日；b-d.花藥中次級造孢細(xì)胞出現(xiàn)，3月6日；e-f.小孢子母細(xì)胞二分體時期，3月15日；g-h.小孢子母細(xì)胞四分體時期，3月18日；i.花藥中胼胝質(zhì)逐步溶解；j-k.單核花粉形成，3月21日；l.大孢子母細(xì)胞出現(xiàn)，3月26日.A．花藥；Ssc. 次生造孢細(xì)胞；Ta. 絨氈層；Ova. 子房；Ovu. 胚珠；Pr Ⅱ. 二分體時期；T. 四分體；P. 花粉；Msp. 大孢子母細(xì)胞圖5 元寶楓花芽芽外分化過程a. The internal structure of flower bud was the same as that before dormancy on March 3; b-d. Secondary sporogenous cells appeared in anthers, on March 6; e-f. Prophase Ⅱ stage, on 15 March; g-h. tetrahedral stage, on March 18; i. Callose dissolved gradually in anthers; j-k. Mononuclear pollen formation, on 21 March; l. Megasporocyte appeared, on March 26.A. Anther; Ssc. Secondary sporogenous cell; Ta. Tapetum; Ova. Ovary; Ovu. Ovules; Pr Ⅱ. Prophase phase Ⅱ; T. Tetrahedral; P. Pollen; Msp. MegasporocyteFig.5 Flower bud differentiation of A. truncatum before dormancy stage

3 討 論

花性別、花開放過程和花芽分化時期是經(jīng)濟(jì)林生產(chǎn)和栽培、調(diào)控措施的重要依據(jù)[25-28]。以往有研究認(rèn)為元寶楓分雄花和兩性花[25-26]。本研究認(rèn)為以往研究中根據(jù)形態(tài)將元寶楓分為雄花和兩性花的方法存在局限性，連續(xù)觀察和解剖結(jié)果表明元寶楓每朵小花僅表現(xiàn)出單一的性別功能，故應(yīng)以小花的具體性別功能為依據(jù)，將元寶楓花劃分為雄能花和雌能花。元寶楓具有雄→雌→雄和雌→雄→雄兩種類型的植株，是典型的雙重雌雄異型異熟現(xiàn)象，與同屬槭屬的色木槭相同[24]。

圖6 元寶楓花芽分化及生長過程中尺寸及重量變化Fig.6 Changes of size and weight during flower bud differentiation and growth of Acer truncatum

本研究表明，元寶楓的花芽分化屬于夏秋分化間斷建成型，雌雄配子體分化完成發(fā)生于第二年春季開花前，與無患子科的文冠果[29]及同屬槭樹科槭屬的紅翅槭[30]等相似。李艷菊針對陜西楊陵地區(qū)元寶楓花芽分化過程的研究認(rèn)為元寶楓花序原基形成于6月下旬，花萼原基形成期為7月上旬[2]，本研究結(jié)果表明元寶楓的花序原基分化晚于7月下旬，小花原基的分化在8月之后。這種差異可能為不同地區(qū)環(huán)境條件及不同年份差異導(dǎo)致[31]。此外，李艷菊的研究中并未提供各分化時期圖片，因此可能與本研究中分化時期分化進(jìn)程的征存在差異。

張靈芝等[24]對色木槭的研究表明，色木槭大孢子母細(xì)胞在形成大孢子四分體前雌花與雄花結(jié)構(gòu)并無差異，這與本研究中大孢子母細(xì)胞時尚無法分清雌能花與雄能花的結(jié)果一致，也與胡青等研究中發(fā)現(xiàn)元寶楓雄花雌蕊敗育發(fā)生在大孢子母細(xì)胞減數(shù)分裂形成4個大孢子后的結(jié)論一致[26]。鈍葉柃、桂花等植物上的雄花、雌花、兩性花也是在雌雄蕊分化期至雌雄蕊成熟期間才產(chǎn)生差異，性別產(chǎn)生差異的方式也是雄花芽中雌蕊原基發(fā)育過程中停滯[32-33]。這表明元寶楓的性別決定與其他植物存在一定共性，而元寶楓花序中的小花開放順序、位置與性別有關(guān)的特點(diǎn)，使得元寶楓成為較為理想的研究花器官發(fā)育和性別決定機(jī)制的材料[34-35]。本研究中元寶楓在3月中旬雄能花與雌能花尚不可區(qū)分，均有雌蕊和雄蕊結(jié)構(gòu)，處于兩性期，而在3月末對小花進(jìn)行解剖時可見雄能花與雌能花出現(xiàn)了分化和發(fā)育方向的分歧，據(jù)此可判斷雄能花雌蕊發(fā)育停滯的時間在3月下旬，而該時間早于胡青等研究中雄花雌蕊敗育發(fā)生的4月中旬[26]，可能原因為不同年份物候期存在差異。

元寶楓不同交配類型比例的研究較少，本研究中不同地點(diǎn)的雌先型/雄先型植株比例在1∶1.6至1∶3.7之間，但由于可能受人工干擾較多，可能偏離了自然狀態(tài)下的分布。張朋等通過4年連續(xù)觀測發(fā)現(xiàn)到同一批元寶楓植株花期先兩性花與先開雄花的比例在1∶1.8至1∶3.3之間波動[25]，比例上與本研究相近，但由于該研究中觀察到元寶楓年際間花性的變化，且其研究中的兩性花與本研究中的雌能花定義有出入，所以尚不能認(rèn)為研究結(jié)論一致。Renner等研究中也觀察到元寶楓存在花性可變的現(xiàn)象[36]，de Jong的研究中也發(fā)現(xiàn)，部分槭屬樹種的雄先型植株不出現(xiàn)雌花，且部分植株雄花花期持續(xù)時間變異大，這導(dǎo)致了不同的雄先型植株之間也存在互相授粉的可能性，進(jìn)而影響了群體的性別比[18]。其他樹種方面，有日本核桃林中發(fā)現(xiàn)雌先型植株數(shù)量多余雄先型，二者比例約2.56∶1[37]，而在美國山核桃、糖槭等樹種上兩種交配類型的比例接近1∶1[38-39]。因此，不同交配類型(雌先型/雄先型)在不同物種中的比例在各研究中各有不同，尚無明確結(jié)論。但失衡的不同交配類型植株比例會導(dǎo)致此類樹種規(guī)模繁殖效率低下。Gleeson[40]認(rèn)為單獨(dú)的無性系造林會因為單一的交配類型影響樹木的種子果實產(chǎn)量過低甚至為0。姚小華等[41]研究認(rèn)為影響薄殼山核桃產(chǎn)量的原因之一為雌先型的薄殼山核桃植株數(shù)量少和雌雄花期不相遇，洑香香等研究認(rèn)為雌雄異熟現(xiàn)象導(dǎo)致了青錢柳零星分布的青錢柳林分中的青錢柳種子飽滿度較低[42]，張朋等[25]研究認(rèn)為年際間的性別動態(tài)變化導(dǎo)致了元寶楓種子產(chǎn)量的波動。因此，元寶楓栽植和利用時應(yīng)考慮不同類型的植株配置和互相授粉的可能性，新品種選育中應(yīng)考慮雌先型和雄先型的特性，元寶楓自然狀態(tài)下兩種類型性別比例及其機(jī)制也需進(jìn)一步研究。