番荔枝開(kāi)花進(jìn)程和雌雄異熟性研究進(jìn)展

孫漫瑩，孟富宣，段元杰，陽(yáng)世瑩，方海東，劉海剛

（云南省農(nóng)業(yè)科研學(xué)院熱區(qū)生態(tài)農(nóng)業(yè)研究所，元謀干熱河谷植物園，云南 元謀 651300）

番荔枝是世界五大熱帶名果之一，屬番荔枝科（Annonaceae）番荔枝屬（Annona），又被稱(chēng)為釋迦果、洋波羅、佛頭果[1]。番荔枝為落葉小喬木，果肉白嫩香甜、營(yíng)養(yǎng)豐富，其適應(yīng)性強(qiáng)，是我國(guó)熱帶地區(qū)重要的珍稀水果之一[2]。原來(lái)番荔枝主要種植在熱帶美洲和西印度群島，后來(lái)引種到世界各地[3]。番荔枝在我國(guó)栽種的歷史悠久，目前在廣東、廣西、海南、福建、云南和臺(tái)灣等地廣泛種植[4]，主要種類(lèi)有普通番荔枝（A. squamosaLinnaeus）、秘魯番荔枝（A. cherimolaMiller）、牛心番荔枝（A. reticulataLinnaeus）、圓滑番荔枝（A. glabraLinnaeus）等。近年引自澳大利亞的非洲驕傲（African Pride，即AP）是生產(chǎn)上最具商業(yè)價(jià)值的品種，也是改良和培育番荔枝的首選品種[5]。鳳梨釋迦（A. cherimolia×A. squamosa）不僅口感好，還富含維生素C 等多種營(yíng)養(yǎng)成分[6]，已在廣西、云南、海南等地大量種植。但由于番荔枝是雌雄異熟植物[7]，雌、雄花發(fā)育成熟時(shí)期不同，花期無(wú)法同步相遇，導(dǎo)致自然授粉率和坐果率低，使得番荔枝產(chǎn)量較低，品質(zhì)較差[8]。只有克服番荔枝雌雄異熟、花期不同步的障礙，才能夠從根本上提高番荔枝的產(chǎn)量和品質(zhì)。因此，研究番荔枝的雌雄異熟性、花芽分化進(jìn)程、物候期特點(diǎn)和授粉習(xí)性等具有重要意義。于是，筆者綜述了國(guó)內(nèi)外關(guān)于番荔枝雌雄異熟性的相關(guān)研究進(jìn)展。

1 番荔枝的開(kāi)花進(jìn)程與花期

番荔枝的花為典型的兩性花，子房上位，花萼分離，花冠鐘狀；為單體雄蕊，全著藥型花藥，縱裂散粉；離生單雌蕊，濕柱頭，短花柱?；ㄉ黄G麗，花冠在成熟前為綠色[9]，這不利于番荔枝通過(guò)自然媒介進(jìn)行傳粉與授粉。當(dāng)花冠顏色從綠轉(zhuǎn)黃時(shí)花瓣出現(xiàn)裂縫，雌蕊開(kāi)始成熟，柱頭開(kāi)始出現(xiàn)粘液，花柱具有容受性，但此時(shí)花藥尚未裂開(kāi)；待24～48 h 后，花藥才開(kāi)始出現(xiàn)裂縫，散出花粉，但此時(shí)柱頭已經(jīng)失去容受性，然后花瓣開(kāi)始萎蔫，開(kāi)花過(guò)程也隨之結(jié)束[10]。

番荔枝在修剪后10 d 葉芽開(kāi)始萌動(dòng)，剪后28 d左右開(kāi)始花芽分化，花期持續(xù)時(shí)間不同月份有差異，不同品種的花期也有一定差異，一般為30～40 d[11]。根據(jù)鄭穎穎[12]的研究結(jié)果，鳳梨釋迦和非洲驕傲在廣西種植時(shí)，一般在4—5 月開(kāi)始出現(xiàn)第一朵花，單朵花開(kāi)花時(shí)間大約7 d，初花期、盛花期和末花期間隔1～2 d，整個(gè)花期持續(xù)50 d 左右，非洲驕傲的花期較鳳梨釋迦早5 d 左右?？梢?jiàn)，不同品種番荔枝的花期有差異，且花期較長(zhǎng)，這為人工輔助授粉克服番荔枝開(kāi)花時(shí)同一株雌雄蕊花期無(wú)法相遇提供了便利。

2 番荔枝的雌雄異熟性特點(diǎn)

在植物的進(jìn)化過(guò)程中，常進(jìn)行非選型交配，雌雄異熟植物是非選型交配中的重要類(lèi)型[13]。雌雄異熟（Dichogamy）是雌雄同株同花或異花植物中雌雄蕊不同時(shí)期成熟的現(xiàn)象[14]，包含雌花先熟個(gè)體（雌先型：在花粉散落前柱頭已成熟處于可授期）和雄花先熟個(gè)體（雄先型：花粉在柱頭成熟前已散落）2 種類(lèi)型。雌雄異熟植物在有花植物中并不多見(jiàn)，僅在少量科屬中發(fā)現(xiàn)，其中胡桃科具有很高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，相關(guān)研究也相對(duì)較多[15]。槭樹(shù)科、樟科由于其生態(tài)價(jià)值的重要性，也被研究者視為極具研究?jī)r(jià)值的雌雄異熟類(lèi)植物代表[16]。在雌雄異熟植物中，有的植物同一株植株的雌雄花開(kāi)放時(shí)間完全錯(cuò)開(kāi)，可有效避免自交，例如青錢(qián)柳[17]等；也有的植物雌雄花開(kāi)放時(shí)間存在一定時(shí)間的重疊，如粗皮山核桃和氈毛山核桃的雌雄花期重疊達(dá)50%，槭樹(shù)屬中同一株雌雄花花期重疊能有效提高自交率[18]。番荔枝表現(xiàn)為雌雄異熟且為雌先型，當(dāng)花準(zhǔn)備開(kāi)放時(shí)花瓣出現(xiàn)裂縫，當(dāng)花瓣呈半開(kāi)狀態(tài)時(shí)雌蕊已成熟，柱頭具有容受性；當(dāng)花瓣完全張開(kāi)時(shí)雄蕊成熟，但此時(shí)柱頭已經(jīng)失去容受性，然后花瓣逐漸萎蔫進(jìn)入末花期[10]?；诜笾Φ倪@一雌雄異熟性特點(diǎn)，同株番荔枝的花柱無(wú)法獲得自身的花粉授粉；同時(shí)，在柱頭具有容受性時(shí)花瓣并未完全張開(kāi)，不具有濃烈花香，無(wú)法吸引昆蟲(chóng)進(jìn)行授粉。因此，番荔枝既不能自花授粉，又不能依靠自然媒介進(jìn)行傳粉，從而導(dǎo)致其授粉率低，坐果較少。

3 番荔枝雌雄配子發(fā)育與授粉特性

3.1 雌配子發(fā)育特點(diǎn)

番荔枝的花為離生單雌蕊，單室子房，邊緣胎座，雙珠被，厚珠心。在花蕾發(fā)育初期，雌蕊元基細(xì)胞逐漸分化形成柱頭和子房，子房繼續(xù)分化形成孢原細(xì)胞，之后分裂形成大孢子母細(xì)胞，經(jīng)減數(shù)分裂形成二分體、四分體，四分體中經(jīng)過(guò)消亡最終剩下一個(gè)分化成功能大孢子。功能大孢子形成后，細(xì)胞體積增大逐漸形成胚囊。胚囊逐漸發(fā)育成熟，具有反足細(xì)胞等功能細(xì)胞，后期逐漸退化[19]。甘陽(yáng)英等[20]觀察統(tǒng)計(jì)了番荔枝科12 屬15 個(gè)種雌配子的發(fā)育特點(diǎn)，認(rèn)為番荔枝科雌配子體發(fā)育類(lèi)型為典型的蓼型，這與Matsuda 等[21]的研究結(jié)果一致。在被子植物生殖生物學(xué)中，雙珠被、厚珠心、倒生胚珠及蓼型發(fā)育方式等雌配子體發(fā)育特點(diǎn)被認(rèn)為是較古老的性狀[22]。

3.2 雄配子發(fā)育特點(diǎn)

依照植物生理學(xué)中對(duì)被子植物的特征概述，番荔枝有小孢子囊4 個(gè)，具有多層細(xì)胞的完整花藥壁，花藥發(fā)育方式為基本型，符合被子植物的一般特征[23]。鄭穎穎等[24]的研究認(rèn)為，番荔枝的雄蕊為離生類(lèi)型、全著藥方式，具有雄蕊數(shù)多而花粉花藥量少的遺傳特性。番荔枝在花藥發(fā)育初期，孢原細(xì)胞形成小孢子母細(xì)胞后，進(jìn)行不完全同步的減數(shù)分裂，造成在不同的藥室內(nèi)形成二分體和四分體，導(dǎo)致花粉粒成熟時(shí)仍然存在著多種類(lèi)型，大部分為以四分體形式聚在一起形成的四合花粉，少部分為以二分體形式聚在一起形成的二合花粉，同時(shí)還存在著三合體和單個(gè)花粉粒的形式[25]。另外，番荔枝的傳粉室以及花部結(jié)構(gòu)也與其他科植物不同。傳粉室是開(kāi)花階段花瓣向花中心收縮形成的一個(gè)單獨(dú)空間結(jié)構(gòu)，番荔枝的傳粉室形態(tài)多樣。成梅等[26]將番荔枝科花粉室分為3 類(lèi)：開(kāi)放型、半閉合型和閉合型。不同的傳粉室類(lèi)型與其所處地理區(qū)域關(guān)系密切，同時(shí)也影響著不同傳粉者的選擇。

3.3 授粉特性

由于雌雄異熟性，番荔枝自然授粉的坐果率低，需進(jìn)行人工輔助授粉，以提高坐果率，提高產(chǎn)量和品質(zhì)。彭松興等[27]的研究認(rèn)為，人工授粉能提高坐果率，最簡(jiǎn)單有效的方法是用毛筆直接從花藥裂開(kāi)的花上取花粉并立即授到花藥并未裂開(kāi)的花上，其研究結(jié)果還證實(shí)了花藥裂開(kāi)后柱頭完全失去容受性，此時(shí)授粉對(duì)提高坐果率的作用不大。鄧穗生等[28]以雜交番荔枝為親本，分別與普通番荔枝、秘魯番荔枝、牛心番荔枝、圓滑番荔枝、山刺番荔枝進(jìn)行雜交試驗(yàn)，結(jié)果表明，形態(tài)特征差異小的4 種番荔枝（即普通番荔枝、雜交番荔枝、秘魯番荔枝和牛心番荔枝）之間親和性較高，而與雜交番荔枝差異較大的圓滑番荔枝和山刺番荔枝表現(xiàn)出異花雜交不親和，這與張蕾等[29]的研究結(jié)果相似，認(rèn)為非洲驕傲與鳳梨釋迦的相似性較高，親緣關(guān)系較近。由此可見(jiàn)，授粉品種間的花粉形態(tài)特征與授粉親和性密切相關(guān)，形態(tài)相似性高其授粉親和性通常也較高。另外，彭松興等[30-31]的研究認(rèn)為，授粉方法、被授粉花花瓣開(kāi)張程度和被授粉花花藥裂開(kāi)時(shí)間均會(huì)影響坐果率。花藥在傍晚自然裂開(kāi)的花，其花粉在當(dāng)天上午花瓣表現(xiàn)為超過(guò)半張開(kāi)狀態(tài)時(shí)就已經(jīng)發(fā)育成熟，須在上午或下午進(jìn)行人工授粉。以花藥自然裂開(kāi)前1 d（相當(dāng)于花瓣呈半張開(kāi)狀態(tài)時(shí)）雌蕊容受性最強(qiáng)，人工授粉坐果率最高。

4 番荔枝雌雄異熟性的激素調(diào)控

激素在植物生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中起重要作用，能影響植物的花芽分化進(jìn)程。大量研究表明，植物的花芽分化是在遺傳信息的控制下，由植物營(yíng)養(yǎng)和植物激素共同作用完成。植物激素不僅參與花芽分化進(jìn)程，而且在植物的雌雄異熟性上也有一定影響。細(xì)胞分裂素（CTK）對(duì)花芽分化有促進(jìn)作用，蘋(píng)果、柑橘等果樹(shù)在花芽分化期體內(nèi)細(xì)胞分裂素的含量逐漸升高，并在分化開(kāi)始時(shí)達(dá)到最高[32-33]。李學(xué)柱等[34]研究發(fā)現(xiàn)，柑橘噴施BA 能促進(jìn)花器官的發(fā)育及成花數(shù)量。赤霉素（GA）對(duì)果樹(shù)的花芽分化存在抑制作用。曹尚銀等[35]的研究表明，蘋(píng)果噴施GA3可延遲花芽形態(tài)分化進(jìn)程，但噴施PP333可加速花芽形態(tài)分化進(jìn)程。郭成圓[36]認(rèn)為，在板栗芽萌動(dòng)之前噴施GA3能夠促進(jìn)雌花分化，減弱GA3對(duì)枝條伸長(zhǎng)生長(zhǎng)的影響，達(dá)到人為控制雌雄花比例、提高產(chǎn)量的目的。生長(zhǎng)素（IAA）對(duì)果樹(shù)花芽分化進(jìn)程、雌雄發(fā)育的影響與果樹(shù)的品種相關(guān)。一般認(rèn)為IAA 與花芽孕育有關(guān)，可抑制花芽分化，但也有研究認(rèn)為一定含量的IAA 能夠促進(jìn)花芽分化。王玉華等[37]對(duì)大櫻桃花芽分化的研究表明，IAA在花芽分化進(jìn)程中含量低且變化不大，花芽中的含量低于葉芽的含量。脫落酸（ABA）對(duì)花芽分化有促進(jìn)作用，羅羽洧等[38]對(duì)無(wú)花果花芽分化的研究表明，ABA 是4 種激素中含量最少的，但在花芽分化時(shí)其含量逐漸上升；但黃羌維[39]對(duì)龍眼的研究結(jié)果卻相反，認(rèn)為ABA 不利于花芽分化。王企等[40]對(duì)核桃雌雄異熟性的研究結(jié)果表明，噴施乙烯利可以抑制萌芽和開(kāi)花期，萌芽期可推遲3～4 d，花期可推遲2～3 d；用CTK 和萘乙酸（NAA）處理時(shí)萌芽期變化不明顯，但花期提前2～3 d，但都不能使雌雄異熟性的花期相遇，雌雄異熟次序未發(fā)生改變。目前，對(duì)于植物激素調(diào)控番荔枝雌雄異熟性的研究較少，但根據(jù)上述研究結(jié)果，推測(cè)植物激素對(duì)于番荔枝的開(kāi)花物候期和花芽分化進(jìn)程都會(huì)有一定的影響，但是否能夠改變雌雄異熟進(jìn)程，使雌雄花期相遇還有待進(jìn)一步研究。

5 番荔枝雌雄異熟性的遺傳分析

番荔枝由于花的雌雄異熟性導(dǎo)致其坐果率低，從而制約了番荔枝產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。番荔枝的花器結(jié)構(gòu)和傳粉室都與其他果樹(shù)存在明顯差異，其雄蕊頂端花絲粗且有凸起物[27]、傳粉室結(jié)構(gòu)獨(dú)特且類(lèi)型多樣[26]。在番荔枝的花器官發(fā)育過(guò)程中，涉及到大量的基因調(diào)控與表達(dá)。田云芳等[41]把控制花器官發(fā)育的大部分基因分為A、B、C、D、E 五類(lèi)，其中控制雄蕊發(fā)育的主要是B、C、E 三類(lèi)基因，雌蕊發(fā)育主要依靠C、D、E 三類(lèi)基因共同調(diào)控，A、B、C、D、E 這五類(lèi)基因大多數(shù)屬于MADS-box基因。MADS-box基因是一種重要的調(diào)控基因，在植物的生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中起著重要的調(diào)節(jié)作用[42]。MADS-box 蛋白作為重要的轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子，在植物花器官發(fā)育、開(kāi)花時(shí)期等都發(fā)揮著重要作用[43]，其中AGAMOUS（簡(jiǎn)稱(chēng)AG）作為C 類(lèi)MADS-box基因家族中重要的轉(zhuǎn)錄因子，對(duì)于調(diào)控雌雄蕊的發(fā)育起著關(guān)鍵性作用。劉鍇棟等[44]成功克隆了1 個(gè)番荔枝花器官發(fā)育相關(guān)基因AsAG，并通過(guò)檢測(cè)該基因的特異性表達(dá)譜，發(fā)現(xiàn)其在開(kāi)花階段的各個(gè)時(shí)期均有表達(dá)，其中在花器官發(fā)育的關(guān)鍵時(shí)期中表達(dá)最為強(qiáng)烈，且在雌雄蕊中表達(dá)量最多，在萼片和花瓣中表達(dá)量較低。番荔枝AsAG基因的這一表達(dá)模式與相應(yīng)的AG同源基因在擬南芥[45]、黃金樹(shù)[46]、蕙蘭[47]、紅花玉蘭[48]中的表達(dá)模式相同。這說(shuō)明番荔枝AsAG對(duì)于雌蕊和雄蕊的正常發(fā)育形成作用明顯。劉鍇棟等[49]的研究還顯示，AsAG基因的表達(dá)受外源激素信號(hào)分子的影響，GA 抑制該基因的表達(dá)，ABA 卻能夠促進(jìn)該基因的表達(dá)。這說(shuō)明番荔枝AsAG可能參與雌蕊和雄蕊的發(fā)育及激素信號(hào)的響應(yīng)。但目前對(duì)于番荔枝雌雄異熟性的遺傳機(jī)理研究較少，還有待進(jìn)一步研究。

6 展 望

近年來(lái)，番荔枝的推廣面積不斷增大，但番荔枝的坐果率低是制約番荔枝產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要因素。深入研究番荔枝的開(kāi)花進(jìn)程和雌雄異熟性機(jī)理具有重要意義。例如通過(guò)對(duì)番荔枝開(kāi)花進(jìn)程的研究可以預(yù)測(cè)花期，為授粉樹(shù)的合理配置提供依據(jù)；對(duì)雌雄異熟性機(jī)理的研究有助于合理控制雌雄花開(kāi)花時(shí)間和比例，從而制定有效的授粉措施以提高授粉效率和坐果率。另外，有關(guān)番荔枝成花基因的調(diào)控機(jī)理以及受內(nèi)、外源因子的影響等尚不明確，還有待進(jìn)一步研究，以闡明番荔枝花器官發(fā)育和雌雄異熟性的調(diào)控機(jī)理，為解決番荔枝生產(chǎn)上的實(shí)際問(wèn)題奠定基礎(chǔ)。