油棕的花序和花組織形態(tài)解剖結(jié)構(gòu)觀察

石 鵬 王 永 張大鵬 李東霞

（中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院椰子研究所/國家熱帶棕櫚種質(zhì)資源圃/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部熱帶油料科學(xué)觀測實(shí)驗(yàn)站/海南省熱帶油料作物生物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，海南 文昌 571339）

花是被子植物的生殖器官，被子植物的花一般含有花柄、花托、花萼、花瓣、雄蕊和雌蕊?；ǖ恼０l(fā)育對于植物繁殖后代至關(guān)重要，解剖結(jié)構(gòu)觀察可以看到植物器官微觀結(jié)構(gòu)，花解剖結(jié)構(gòu)觀察對于理解花發(fā)育和功能具有重要意義。國外對棕櫚科和油棕的花序和花起始過程研究得比較透徹。棕櫚科包含大約2 400個(gè)物種[1]，其花序大多從葉腋基部著生。油棕只有1個(gè)莖尖生長點(diǎn)，成熟油棕樹大約每2周產(chǎn)生1個(gè)新的葉原基，葉片從起始到脫落大約需要2～3年[2]，而花序則在葉腋中不斷形成。作為典型的單子葉植物，棕櫚科植物通常為三基花，萼片和花瓣分開[3]。油棕花發(fā)育過程復(fù)雜，其中雄花序發(fā)育過程中只具有單獨(dú)的雄花，而雌花序早期則產(chǎn)生有一朵雌花和兩朵雄花組成的兩性花，后期兩朵雄花敗育形成只有一朵雌花的單性花[4]。油棕（Elaeis guineensis）是棕櫚科油棕屬的多年生喬木，油棕的果實(shí)含油率可達(dá)50%，是世界上最重要的熱帶木本油料作物[5]。然而，成熟油棕花序和雌雄花的形態(tài)和解剖結(jié)構(gòu)還不清楚。因此，開展油棕雌雄花解剖結(jié)構(gòu)觀察有助于了解其生殖器官發(fā)育過程，對于授粉后果實(shí)和種子形成過程的認(rèn)識具有重要意義。近年來國內(nèi)對油棕花的研究主要集中在花序性別分化[6]、花粉活力和柱頭可授性的測定[7]、花粉形態(tài)觀察[8]等方面。針對油棕花器官的發(fā)育，楊靜等[6]對油棕花序性別分化過程進(jìn)行了較為細(xì)致的觀察，他們發(fā)現(xiàn)油棕雌、雄花序的發(fā)育過程有所不同：雌花存在1個(gè)兩性期階段，由1個(gè)有功能的雌花和兩側(cè)的伴隨雄花組合而成，伴隨雄花選擇性敗育后，雌花即成為單性花；而雄花不會(huì)經(jīng)歷兩性期階段。李元元等[7]發(fā)現(xiàn)不同果殼類型油棕花粉活力和柱頭可授性存在差異。李元元等[8]發(fā)現(xiàn)不同果殼類型油棕花粉顯微結(jié)構(gòu)均為近正三角形，都有3條萌發(fā)孔溝。張大鵬等[9]發(fā)現(xiàn)冷凍切片適用于油棕幼嫩葉片的快速顯微觀察。石蠟切片是組織學(xué)、發(fā)育生物學(xué)研究的主要實(shí)驗(yàn)方法，利用石蠟可與植物組織很好的結(jié)合的原理，制成石蠟切片，在顯微鏡下觀察，能清晰地反映機(jī)體的結(jié)構(gòu)和形態(tài)變化[10]。取油棕雌雄花序，對雌、雄花外部形態(tài)進(jìn)行觀測，結(jié)合冷凍和石蠟切片技術(shù)觀察雌、雄花的顯微結(jié)構(gòu)。通過觀察雌雄蕊在形態(tài)上與解剖結(jié)構(gòu)上的特征，了解生殖發(fā)育基礎(chǔ)，為進(jìn)一步研究油棕種子形成過程奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

本試驗(yàn)于2015年11月取7年樹齡油棕樹的雌雄花，油棕樹位于中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院椰子研究所的國家熱帶棕櫚作物種質(zhì)圃（油棕分區(qū)）（北緯19°31′40″～19°31′58″，東經(jīng)110°45′54″～110°46′4″），地塊位于海南省文昌市，土壤為濱海沙地（表土pH值4.4～4.8，有機(jī)質(zhì)含量約1.5%，全氮含量約0.3 g/kg，有效磷含量約0.05 g/kg，速效鉀含量約0.04 g/kg），氣候?yàn)闊釒Ъ撅L(fēng)島嶼型氣候（月平均氣溫15.6～32.8 ℃，月平均降水量33.6～352.1 mm）。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1樹和花序觀察

選取有雌雄花開放的油棕樹和雌雄花序，利用Nikon D7100照相機(jī)拍照。擇取處于開花狀態(tài)中的雌雄花，分別放在Leica M50體視顯微鏡下，適當(dāng)調(diào)節(jié)焦距觀察雌雄花外部形態(tài)，拍下清晰的圖片。

1.2.2冷凍切片觀察

將新鮮取回的雌雄花用于冷凍切片，在樣品托上倒少量的冰凍包埋劑OCT，放在提前預(yù)冷冷凍切片機(jī)凝固后形成一個(gè)襯墊，把需要觀察的樣品放在襯墊上，繼續(xù)用包埋劑澆注樣品，直到樣品被完全包裹住，迅速放入Leica CM1900冷凍切片機(jī)后固化。固化后，用預(yù)冷的刀片修塊，再切片，厚度為10～16 μm，取片后觀察或染色后在Leica DM 2500倒置生物顯微鏡下觀察并拍照，具體方法參考文獻(xiàn)[9, 11]。

1.2.3石蠟切片觀察

首先選取還未完全開放的雌花，將萼片剝掉，之后將雌蕊全部剝出，隨后馬上用解剖刀把柱頭和子房分開，立刻放入裝有卡諾固定液（V(無水乙醇)∶V(乙酸)=3∶1）的高型稱量瓶，真空抽氣固定后，經(jīng)95%乙醇、85%乙醇，每級20～25 min，之后轉(zhuǎn)入70%乙醇中備用。歷經(jīng)整染、水洗與返藍(lán)、脫水、透明、加碎蠟、透蠟、包埋、修蠟塊與切片、展片、粘片及烘干、脫蠟與透明、封片、烘片、觀片等環(huán)節(jié)。切片厚度為14～16 μm，在Leica DM 2500倒置生物顯微鏡下觀察并拍照，具體方法參考文獻(xiàn)[11-12]。

2 結(jié)果及分析

2.1 花序和花的器官形態(tài)結(jié)構(gòu)

油棕花雌雄異序同株，每個(gè)葉腋內(nèi)可著生花序，即花序腋生。雌雄花序均為肉穗花序，花苞未開裂時(shí)，雌雄花序形態(tài)相似，稱為佛焰苞。近頭狀的為雌花序（圖1a，1b），而多個(gè)指狀的小穗則構(gòu)成了雄花序（圖1a，1g）。

圖 1 油棕花序與花形態(tài)結(jié)構(gòu)Fig. 1 Inflorescence and flower structure of E. guineensis

雌花序長度30 cm左右，上可著生近1 000朵雌花，每個(gè)小穗上能著生5～40朵雌花，許多小花在小穗軸上螺旋排列（圖1b，1c）。成熟雌花序的花序柄長20～30 cm。雌花由2個(gè)苞片包裹，雌花長約2～3 cm。苞片內(nèi)含6片卵形或卵狀長圓形花瓣和1枚雌蕊，花瓣長約2 cm，寬約1 cm。苞片和花瓣均呈淡黃色，花瓣呈覆瓦狀排列（圖1d，1f）。油棕雌蕊由3個(gè)心皮組成（圖1d，1e），花柱較短，雌蕊的基部膨大部位是子房。

雄花序的每一個(gè)指狀花穗長為10～20 cm，其直徑為0.8～1.5 cm，雄花著生于小穗上，每個(gè)小穗有近1 000個(gè)雄花。穗軸頂端呈突出的尖頭狀，成熟雄花序軸下的花序柄長為30～40 cm（圖1h）。雄花由3片苞片包裹，內(nèi)含6枚雄蕊，雄花長約3～4 mm，寬1.5～2.0 mm。成熟的雄花有3片花萼3片花瓣，覆瓦狀排列。萼片革質(zhì)，呈船狀，雄花的萼片長約4 mm、寬約1 mm，苞片的頂端稍尖，有棱（圖1j，1k，1l）；雄花的形態(tài)結(jié)構(gòu)與雌花相仿，每個(gè)雄花有管狀雄蕊6枚，雄蕊由花藥和花絲組成（圖1l）。

2.2 油棕雌蕊的形態(tài)及內(nèi)部結(jié)構(gòu)

油棕雌蕊的柱頭表面3裂（圖2a，2b），每個(gè)柱頭裂片的中央皆有一個(gè)由乳突細(xì)胞組成的帶狀柱頭溝，授粉前裂痕會(huì)逐步增大，授粉后又會(huì)逐步合攏（圖2b，2c）。這一生理特性大大增加了授粉的成功率。柱頭表面會(huì)形成不同大小的乳突，其分泌的物質(zhì)有利于粘落在柱頭表面的花粉萌發(fā)，由此推斷柱頭類型為濕型柱頭（圖2c）?；ㄖ恐虚g空腔周圍有染色較深的圓點(diǎn)為花柱道，是花粉萌發(fā)后進(jìn)入胚珠的通道，屬于開放型花柱（圖2d）?；ㄖB通柱頭和子房，在花柱底部稍微膨大的部分為子房（圖2c，2d）。子房中3心皮3室，每個(gè)子房室中只有1個(gè)胚珠，胚珠長約200 μm，寬約100 μm（圖2d，2e）。一般只有1個(gè)胚珠能發(fā)育成種子，其他2個(gè)敗育。

圖 2 油棕雌蕊形態(tài)結(jié)構(gòu)Fig. 2 Pistil structure of E. guineensis

花柄是植株養(yǎng)分進(jìn)入花蕊的唯一通道，在觀察花柄橫切片中，發(fā)現(xiàn)油棕雌花的花柄主要由表皮和維管束組成（圖2f），與植物莖的組成結(jié)構(gòu)相似。維管束遍布花柄，相間排列，各維管束之間相隔3～4層薄壁細(xì)胞（圖2g），與雄花花柄維管束結(jié)構(gòu)相似。

2.3 油棕雄蕊的形態(tài)及內(nèi)部結(jié)構(gòu)

花藥和花絲是油棕雄蕊的組成部分，花絲頂端呈長囊狀的結(jié)構(gòu)為花藥，花藥長約3 mm，寬約0.5 mm（圖3a，3b），花藥內(nèi)含大量花粉粒。在顯微鏡下觀察發(fā)現(xiàn)，每個(gè)成熟花藥有4個(gè)橢圓形的花粉囊，淡黃色，左右對稱分開，花粉囊之間以藥隔相連，花藥橫切面近似蝶形（圖3c）?；ǚ勰抑睆郊s100 μm，花粉粒直徑約15 μm?；ㄋ幍谋谥饕杀砥?、纖維層和絨氈層等細(xì)胞組成，表皮偏?。s5 μm），纖維層偏厚（約10 μm），絨氈層細(xì)胞致密且顏色較深（圖3c，3d）。藥室內(nèi)有大量花粉，都以單粒的形式存在，其形狀近似三角形或橢圓形（圖3c，3d）。在花粉中可觀察到極少量形態(tài)較小或其他形狀的花粉，可能是發(fā)育不良的花粉。

圖 3 油棕雄蕊形態(tài)結(jié)構(gòu)Fig. 3 Stamen structure of E. guineensis

雄花指狀小穗中間為小穗軸（直徑約2 mm），周邊著生雄花（圖3e）?；ū鈧?cè)呈橢圓形的細(xì)胞排列緊密，為韌皮部，中間細(xì)胞排列疏松，為木質(zhì)部，另外還散布大量圓形氣腔（圖3f）。維管束（直徑約100 μm）呈橢圓形，較大的空腔為導(dǎo)管，較小的空腔為篩管，導(dǎo)管將水分和無機(jī)鹽運(yùn)輸?shù)交ㄖ?，使其得到充足的水分和養(yǎng)料（圖3g）?；ūS管束中的纖維增加了細(xì)胞群和組織之間的支撐力，發(fā)達(dá)的木纖維增強(qiáng)了花柄的強(qiáng)度，使花朵得到充分的支撐，不易脫落（圖3g，3h）。

3 結(jié)論與討論

油棕雌雄同株異序，花序腋生，肉穗花序（佛焰花序），雌雄花序均由2層苞片包裹，花序由眾多小穗組成。雌花有6片花瓣，內(nèi)含1枚雌蕊，濕型柱頭，開放型花柱，三心皮三室，每個(gè)子房室中有1枚胚珠，花柄中散布大量維管束。雄花有3片萼片3片花瓣，內(nèi)含6枚雄蕊，每個(gè)花藥含4個(gè)花粉囊，中間被藥隔相分，花粉形態(tài)近似三角形或橢圓形，花柄主要包含表皮、基本組織和維管束，其中遍布大量維管束和纖維。油棕在雌雄花序性別上與椰子、檳榔和椰棗等棕櫚科植物存在差異，油棕雌雄同株異序，而椰子和檳榔雌雄同株同序，花序上部為雄花，下部為雌花[13-14]，椰棗則為雌雄異株。這些差異是物種長期進(jìn)化的結(jié)果，也是初步判斷物種類別的表型證據(jù)[15]。

在李元元等的報(bào)道中，油棕花粉外形呈近正三角形[8]，本研究觀察到的花粉形態(tài)有近三角形、橢圓形的正常花粉，也有因發(fā)育不良的個(gè)體較小花粉，發(fā)育不良的花粉可能會(huì)引起花粉敗育。花粉粒由外壁、內(nèi)壁、營養(yǎng)細(xì)胞和生殖細(xì)胞構(gòu)成，淀粉粒、線粒體在花粉發(fā)育的過程中，提供了營養(yǎng)和能量，如果這些細(xì)胞器和結(jié)構(gòu)發(fā)育不全，可能造成花粉不能正常萌發(fā)。徐麗萍等[16]和陸彥等[17]都在花粉中觀察到了這些細(xì)胞器和結(jié)構(gòu)。李東霄等[18]發(fā)現(xiàn)小麥中淀粉粒的積累與花粉育性相關(guān)。上述相關(guān)的研究結(jié)果印證了植物界中存在的共性，可以推斷，油棕花粉?？赡芤泊嬖谏鲜鱿嚓P(guān)特征。以后可進(jìn)一步觀察發(fā)育不良的花粉粒內(nèi)部結(jié)構(gòu)，找到導(dǎo)致油棕花粉敗育的原因。

油棕花柄中發(fā)達(dá)的維管組織，構(gòu)成了發(fā)達(dá)的縱向養(yǎng)分運(yùn)輸系統(tǒng)，保證了植株的水分和營養(yǎng)能及時(shí)向花部供應(yīng)。胡露潔等[19]發(fā)現(xiàn)瀕危水生植物莼菜的花柄維管組織結(jié)構(gòu)與根莖類似，油棕可能也類似。張穎等[20]在觀察錦繡杜鵑花柄時(shí)指出，花柄在開花期會(huì)積累大量的淀粉粒，以滿足子房發(fā)育膨大的需要，隨著子房逐漸膨大，花柄中的淀粉粒也會(huì)逐漸向子房轉(zhuǎn)移。因此，可以根據(jù)淀粉粒的在花柄中的量初步推斷子房的發(fā)育狀況，但在油棕的花柄中是否也有類似特征，需要進(jìn)一步研究。另外，趙慶芳等[21]發(fā)現(xiàn)5種棕櫚科植物花序軸解剖結(jié)構(gòu)存在種間差異，可以作為棕櫚科植物分類的輔助證據(jù)。油棕雌雄花柄解剖結(jié)構(gòu)是否可以作為區(qū)分椰子、檳榔和椰棗等其他棕櫚科植物的證據(jù)，還需要進(jìn)一步研究。

綜上所述，油棕花序和花的形態(tài)特征符合棕櫚科植物的基本特征，為肉穗花序，花單性，三基花，每個(gè)子房1個(gè)胚珠，但在花序性別和花解剖結(jié)構(gòu)上與椰子、檳榔和椰棗等棕櫚科植物存在差異，可以作為區(qū)分其他棕櫚科植物的特征。雌雄花柄主要包含表皮、基本組織和維管束，大量維管束為花的正常發(fā)育提供充足養(yǎng)分。本研究還不能解釋花粉敗育、無籽果實(shí)等油棕生殖器官異?，F(xiàn)象的生物學(xué)機(jī)制，宜采用亞顯微技術(shù)和高通量多組學(xué)技術(shù)作進(jìn)一步的深入研究。