芳樟物候期觀察與授粉方式研究

于蕙嘉，凡 輝，黃秋良，葉興狀，張國(guó)防

(福建農(nóng)林大學(xué)林學(xué)院，福建福州 350002)

芳樟(Cinnamomumcamphoravar.linaloolifera)種子中富含大量芳香物質(zhì)，具有很高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值[1-2]。目前對(duì)芳樟繁殖方式的研究主要集中于無性系繁殖[3-4]，但該方式培育的芳樟成活率低[5]，且不同種源和家系的芳樟生長(zhǎng)和性狀存在較大差異[6]，難以獲得優(yōu)質(zhì)的種質(zhì)資源。因此，開展芳樟有性繁殖研究極為重要。芳樟結(jié)實(shí)率低[7]，有關(guān)芳樟生殖生物學(xué)的研究薄弱，然而目前缺乏雜交育種的可行性和相關(guān)技術(shù)指標(biāo)。筆者對(duì)福建農(nóng)林大學(xué)南區(qū)后山植物園內(nèi)不同樹齡的芳樟物候期和花的形態(tài)進(jìn)行觀測(cè)，探究其繁育系統(tǒng)，并分析結(jié)實(shí)率低的原因，以期為芳樟的雜交育種及種質(zhì)資源保存奠定理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況和材料選擇試驗(yàn)材料選擇福建農(nóng)林大學(xué)南區(qū)后山植物園(119°14′18″E，26°5′15″N)的8年生和15年生芳樟，試驗(yàn)地屬于亞熱帶季風(fēng)氣候，年均氣溫20 ～ 25 ℃，年積溫4 478.0～5 859.2 ℃·d，年平均日照時(shí)數(shù)1 700～1 980 h，霜少無雪，年降雨量900～2 100 mm。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1芳樟物候期觀測(cè)。選擇正常生長(zhǎng)的8年生和15年生未花芽分化的芳樟樹作為試驗(yàn)材料，每種選3 ～ 5株，每2～3 d 觀測(cè)1次，直至果實(shí)成熟。記錄各時(shí)期始末和持續(xù)時(shí)間。

1.2.2花的種類及其特征。開花前，在芳樟樹四周隨機(jī)選擇5 ～ 6個(gè)花，做好標(biāo)記，以便連續(xù)觀察開花全過程花瓣及花內(nèi)變化情況。開花當(dāng)天，每2～3 h觀測(cè)1次。并隨機(jī)摘取10朵花序上的小花，記錄花的形狀、大小、顏色等和花內(nèi)雌雄蕊情況，特別要注意雌雄的空間位置。

1.2.3繁育系統(tǒng)的判斷。根據(jù)花粉-胚珠比(P/O)和繁育指數(shù)(OCI)判斷繁育系統(tǒng)類型。具體方法：08:00—10:00隨機(jī)摘取10朵即將開放的芳樟花，帶回實(shí)驗(yàn)室及時(shí)取出花藥，放于離心管中，于28 ℃干燥。等花粉完全散出后，用1 mL蒸餾水稀釋并振蕩，用微量移液器吸取5 μL滴于25×16血球計(jì)數(shù)板，用光學(xué)顯微鏡(Olympus CX31)觀察并計(jì)數(shù)花粉量。重復(fù)10次取平均值。然后用體視顯微鏡(Olympus SZ-51)觀察子房，解刨后觀察胚珠并記錄數(shù)目。然后計(jì)算P/O比。

開花后隨機(jī)選取10朵芳樟花做好標(biāo)記，每天觀察花藥開裂(即雄蕊成熟)時(shí)間并記錄，在開花的不同時(shí)期隨機(jī)選取10朵芳樟花用聯(lián)苯胺-過氧化氫法檢測(cè)柱頭可授性(即雌蕊成熟)情況，比較雌雄蕊成熟順序。判斷標(biāo)準(zhǔn)[8]：①花序直徑<1 mm記為0，1～<2 mm記為1，2～<6 mm記為2，≥6 mm記為3；②花藥開裂和柱頭可授期同期或雄蕊后熟記為0，雌蕊后熟記為1；③柱頭與花藥高度平行記為0，空間分離記為1。3項(xiàng)相加所得值為OCI。

2 結(jié)果與分析

2.1 芳樟的物候規(guī)律由表1可知，不同樹齡芳樟的物候期為3—12月。芳樟于3月中旬至4月中旬發(fā)芽，8年生芳樟花芽分化期遲于15年生的芳樟20 d，該時(shí)期均持續(xù)16～17 d。4月初到4月底開花，15年生芳樟比8年生早16 d左右開花。15年生和8年生芳樟的幼果均需要18～21 d成型，直至5月底才完全成型，于10月下旬至12月中旬成熟，果實(shí)成熟需要50 d左右。綜合來看，不同樹齡的芳樟各時(shí)期始末時(shí)間有較大差異，15年生芳樟相較于8年生芳樟各階段早15～20 d開始，早10 d左右結(jié)束，且15年生芳樟花期持續(xù)時(shí)間更長(zhǎng)。

表1 芳樟的物候期

2.2 花的類型及特征芳樟為圓錐花序，直徑3.5～4.5 mm，花蕾期花苞呈白綠或淡黃色，外無毛或被微毛，由1～2 mm花梗連接于葉腋，花萼呈橢圓形。芳樟花蕾中包含9個(gè)雄蕊和1個(gè)雌蕊(圖1a)。雄蕊以圓環(huán)狀對(duì)生排列在雌蕊外(圖1a、c)，雄蕊3長(zhǎng)6短，較長(zhǎng)的處于內(nèi)側(cè)，較短的處于外側(cè)(圖1a)。單個(gè)花藥內(nèi)共4個(gè)花粉囊(圖1d)。雌雄蕊未成熟時(shí)，二者高度相同。隨著雌蕊先成熟并迅速伸出(圖1k、l)，芳樟大部分花的雌蕊長(zhǎng)于雄蕊，小部分雌蕊與雄蕊相平，即雌雄蕊異位。最后雄蕊成熟，柱頭已授粉完成變?yōu)楹谏€(gè)別花內(nèi)雌或雄蕊有異變現(xiàn)象，與正常雌雄蕊不同(圖1a、g)，圖1 h所示的雄蕊數(shù)超過9，圖i、j所示花內(nèi)有2個(gè)雌蕊。

注：a.花內(nèi)結(jié)構(gòu) 100×；b.花藥 400×；c.雄蕊 400×；d.花粉囊 400×；e.擠壓花粉囊 400×；f.擠壓花粉囊 400×；g.雌蕊 400×；h.異常雄蕊40×；i.異常雌蕊 400×；j.異常雌蕊 400×；k.柱頭 100×；l.柱頭 100×

2.3 繁育系統(tǒng)的判斷該研究發(fā)現(xiàn)，1朵芳樟的花中平均含有1 800個(gè)花粉。經(jīng)解刨發(fā)現(xiàn)，花期芳樟花內(nèi)均只有1個(gè)胚珠。P/O為平均單花花粉數(shù)/平均單花胚珠數(shù)=1 800。根據(jù)文獻(xiàn)[9]可知，芳樟屬于兼性異交。

標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定[8]，OCI = 0為閉花受精；OCI = 1為專性自交；OCI = 2為兼性自交；OCI = 3為自交親和，有時(shí)需要傳粉者；OCI ≥ 4為部分自交親和，異交，需傳粉者。芳樟花直徑3.5 ～ 4.5 mm，屬2～<6 mm，記2；觀察發(fā)現(xiàn)，雌蕊先于雄蕊成熟，記0；觀察發(fā)現(xiàn)，柱頭和花藥空間分離，記1。因此，芳樟OCI值為2+0+1=3，繁殖系統(tǒng)屬于自交親和，有時(shí)需傳粉者。

3 討論與結(jié)論

該研究中，15年生芳樟的各物候期均早于8年生芳樟，開花期約24 d，15年生芳樟比8年生長(zhǎng)9 d。這一結(jié)果與香果樹類似，隨著樹齡的增加，單花花期增大，且始花期前移[10]。這可能是由于15年生芳樟各生理代謝趨于成熟且發(fā)達(dá)，而8年生芳樟體內(nèi)用于轉(zhuǎn)化的物質(zhì)不足，需要更長(zhǎng)的時(shí)間產(chǎn)生積累。因此，8年生芳樟樹的各物候期均比15年生延遲。

芳樟屬于同型柱頭探出式異位，柱頭具有可授性時(shí)花藥尚未成熟，待花藥成熟時(shí)柱頭可授性已經(jīng)減弱，可有效避免自身的花粉過多落于柱頭而大量自交授粉[11-12]。雖然會(huì)導(dǎo)致芳樟自然結(jié)實(shí)率低，但可減少芳樟因自交而產(chǎn)生近交衰退現(xiàn)象；且傳粉者接觸花時(shí)會(huì)先碰到柱頭，柱頭伸出可更多地接觸風(fēng)中花粉，這些都有利于異交。因此，芳樟的繁殖器官特征適于雜交試驗(yàn)。同時(shí)，受這種繁育系統(tǒng)的影響，芳樟種子園的選址應(yīng)該盡量選擇郊區(qū)，以減少人為因素對(duì)其周邊蟲媒種類和數(shù)量的影響，提高傳粉率，從而提高結(jié)實(shí)率。

植物的結(jié)實(shí)率低與生殖器官發(fā)育異常有關(guān)。因雌雄配子體發(fā)育異常導(dǎo)致花藥和卵細(xì)胞敗育，寶華玉蘭(Yulaniazenii)的結(jié)實(shí)率低[13]。北蒼術(shù)(Atractylodeschinesis)柱頭萎縮，使得70%的種子沒有胚，導(dǎo)致結(jié)實(shí)率極低[14]。該研究中，大量芳樟花中的雌蕊彎曲，可能是由于異常氣候?qū)е禄ǖ男云鞴傩纬僧惓15-16]，使得種子發(fā)育不良，結(jié)實(shí)率低。而芳樟花的少量單花內(nèi)雌雄蕊數(shù)量異常，且雌雄配子體本身就發(fā)育不同步，可能會(huì)使得在傳粉者數(shù)量不足時(shí)自然小種群芳樟因傳粉受阻而受精困難、結(jié)實(shí)率低。因此，如何避免或減少外部不適環(huán)境和內(nèi)部生殖器官異常所帶來的不良影響，提高芳樟結(jié)實(shí)率，仍有待進(jìn)一步研究。

芳樟樹開花、結(jié)實(shí)等各物候期時(shí)間分明且規(guī)律，雌雄蕊異位，適合雜交育種。但異常環(huán)境會(huì)導(dǎo)致芳樟花的性器官發(fā)育異常，影響芳樟的結(jié)實(shí)率。因此，關(guān)于芳樟生殖生理學(xué)的研究，有待結(jié)合氣象因子，從分子、生理和發(fā)育等層面進(jìn)行研究，以期為未來芳樟育種提供理論依據(jù)，為優(yōu)良芳樟品種選育打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。