溫室栽培黃金梨種子敗育初探

李琛　王海靜　姜濤　邊衛(wèi)東

關(guān)鍵詞：黃金梨；溫室；種子敗育；胚囊；顯微觀察

中圖分類號：S661.2 文獻標志碼：A 文章編號：1009-9980（2023）01-0067-07

黃金梨早期豐產(chǎn)性強，品質(zhì)優(yōu)良，但耐貯藏性較差，冷藏條件下，一般只能貯藏3～4個月。溫室栽培技術(shù)可充分發(fā)揮該品種的兩大優(yōu)勢，延長果實供應(yīng)期，增加果農(nóng)的經(jīng)濟效益。但在生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，溫室栽培條件下黃金梨坐果率低，畸形果發(fā)生率高，在對溫室落果、畸形果進行剖切過程中發(fā)現(xiàn)，多數(shù)果核內(nèi)無種子。種子發(fā)育的任一方面，如胚珠、胚囊、花粉、授粉受精、胚、胚乳等發(fā)育過程受阻都可能引起種子敗育。而種子的前身是胚珠，胚珠是胚囊的攜帶者，胚珠發(fā)育過程中如出現(xiàn)形態(tài)結(jié)構(gòu)異常、大孢子母細胞發(fā)育不完全或退化，都易導致植物雌性器官育性降低或不育。邊衛(wèi)東等曾對黃金梨的胚珠及花粉發(fā)育過程進行了切片觀察，研究發(fā)現(xiàn)黃金梨從萌芽到花蕾期（開花前14 d），胚珠原基已分化出珠被和珠心，小孢子母細胞減數(shù)分裂后形成的四分體出現(xiàn)率達73.0%，并有早期花粉粒出現(xiàn)（27%）；到開花前7 d，大孢子母細胞形成，胚珠分化完全，但早期花粉粒液泡化；到開花期胚囊形成，花藥空囊。可見，黃金梨雖然無花粉或花粉極少，但雌蕊能正常發(fā)育，在栽培生產(chǎn)中如合理配置授粉樹，則能有效解決花粉敗育問題，提高坐果率。在授粉試驗中發(fā)現(xiàn)八月酥、綠寶石、早酥梨均可作為黃金梨的授粉品種。

此外，結(jié)合觀察黃金梨和甜櫻桃的胚珠及花粉發(fā)育過程發(fā)現(xiàn)，二者的胚珠、胚囊發(fā)育過程類似，其胚珠原基均在開花前14 d分化出珠心與珠被，且在開花期胚囊已經(jīng)形成。同時，在觀察甜櫻桃的胚珠與溫度變化相關(guān)性的過程中發(fā)現(xiàn)，甜櫻桃胚囊的發(fā)育是在較低溫度下完成，胚囊形成期平均最高溫度為20.6℃，最低溫度為7.9℃。在溫室促成栽培條件下，溫度的調(diào)控占主導地位，溫度調(diào)控失常容易造成胚珠、胚囊發(fā)育異常，引起種子敗育。為此，筆者從溫室栽培黃金梨胚珠發(fā)育與溫度變化的關(guān)系入手，對比調(diào)查了露地、溫室栽培條件下氣溫變化規(guī)律、黃金梨的坐果率、種子敗育率，以及同一物候期黃金梨的胚珠、胚囊發(fā)育過程，以求探明溫室黃金梨種子敗育率高、坐果率低的原因及其解決方法。

1材料和方法

1.1材料

試材取自河北科技師范學院園藝實驗站日光溫室梨及露地梨新品種栽培區(qū)。日光溫室跨度7.0m，脊高3.45 m，長62 m，溫室內(nèi)主栽品種為黃金梨，樹齡為8年生，授粉品種有八月酥、綠寶石、早酥梨、黃冠，授粉樹比例為30%。2020年1月1日溫室升溫，開花期為2月5—12日，6月下旬—7月上旬果實成熟。露地梨栽培區(qū)，黃金梨樹齡均為8年生，開花期為4月15—22日，9月上旬果實成熟。

1.2方法

1.2.1溫度觀察 在露地栽培區(qū)，距地面1.5 m高處隨機安裝3個百葉箱，在溫室栽培區(qū)的東、中、西部分別安裝1個百葉箱，箱內(nèi)均放置ZDR-20田間數(shù)據(jù)自動記錄儀，每15 min自動采集1次溫度數(shù)據(jù)，記錄萌芽期至開花期的溫度。

1.2.2黃金梨坐果率及種子敗育率調(diào)查 在溫室、露地黃金梨萌芽期，分別掛牌選定50個短果枝，記錄每個短果枝上的花朵數(shù)，在開花期統(tǒng)一進行人工授粉，并于花后20 d調(diào)查每個短果枝上坐果數(shù)。7月下旬溫室黃金梨成熟后隨機抽取50個果實與露地果實同期觀察。橫切果實，調(diào)查果實中種子敗育情況。1.2.3黃金梨胚珠、胚囊解剖觀察方法分別于溫室、露地黃金梨萌芽期開始采樣，直至開花期，每次隨機選取20個頂花芽。溫室黃金梨采樣日期：1月14日、1月21日、1月28日、2月8日，露地黃金梨采樣日期：3月23日、3月30日、4月6日、4月20日。將花芽取下后在室內(nèi)剝?nèi)[片，用FAA固定液固定，乙醇系列脫水，做成石蠟切片，番紅、固綠對染，制成永久切片，在Olympus DP70顯微鏡下觀察胚珠、胚囊的發(fā)育情況及形態(tài)特征，并用測微尺測量開花期溫室及露地黃金梨的胚珠、胚囊大小。

2結(jié)果與分析

2.1溫室、露地氣溫比較

如圖1所示，溫室夜間平均最低溫度能保持在6.0℃，露地平均最低溫度為7.7℃。從萌芽期至開花期溫室白天平均最高溫度為21.2℃，露地為16.8℃。萌芽期、現(xiàn)蕾期溫室白天各階段平均最高溫度為19.6℃、22.9℃，露地為14.3℃、18.6℃，尤其是在開花前7d，溫室內(nèi)白天平均最高溫度高達26.0℃，露地僅為19.9℃。可見，溫室白天最高氣溫普遍高于露地，且在大孢子母細胞形成后（即開花前7d）平均白天最高氣溫超過了25℃。

2.2溫室、露地黃金梨種子發(fā)育及坐果情況

梨屬仁果類，正常情況下每個果實有5個心室，每個心室中有2個胚珠，可形成10粒種子。由表1、圖2可知，在露地栽培條件下，黃金梨種子敗育率僅有7%，每個果實中平均有9.3粒發(fā)育正常的種子且5個心室中均有正常種子；溫室栽培條件下黃金梨種子敗育率高達62%，每個果實平均僅有3.8粒發(fā)育正常的種子，5個心室平均僅有2.7個心室中有正常的種子，其中以3個心室和2個心室有正常種子的果實比例最高，分別為32%、30%。溫室栽培的黃金梨不僅種子敗育率極顯著高于露地栽培的黃金梨，而且其坐果率極顯著地低于露地栽培的黃金梨。

2.3溫室、露地黃金梨胚珠發(fā)育過程及形態(tài)觀察

由表2可知，露地栽培條件下，黃金梨從萌芽到開花需要經(jīng)歷28 d；由于栽培黃金梨的溫室白天溫度高，高溫加快了溫室黃金梨的開花速度，使得從現(xiàn)蕾到開花所需時間比露地縮短了3d。無論是露地還是溫室栽培的黃金梨，胚珠原基于萌芽期出現(xiàn)（圖3-A～B），到現(xiàn)蕾期（萌芽后14 d），胚珠均已分化出珠被與珠心（圖3-E～F）。到開花期，露地栽培黃金梨73.3%的胚囊完成分化（圖3-G），其余處于不同的多核階段（圖3-H），且未檢測出單核、二核及四核胚囊。而溫室栽培黃金梨胚囊還處于大孢子母細胞減數(shù)分裂中，其中單核胚囊（圖3-1）、二核胚囊（圖3一J）、四核胚囊（圖3-K）所占比例分別為27.8%、22.2%、11.1%。此外，在觀察開花期胚珠、胚囊切片中發(fā)現(xiàn)，溫室栽培黃金梨胚囊長度和寬度均小于露地黃金梨（表3），且變異系數(shù)大。

結(jié)合溫室黃金梨胚珠、胚囊發(fā)育情況及室內(nèi)氣溫發(fā)現(xiàn)，正常情況下，在開花前7d大孢子母細胞開始減數(shù)分裂，至開花期胚囊形成。而此時溫室內(nèi)白天平均最高溫度高達26.0℃，再加上室內(nèi)高溫縮短了現(xiàn)蕾期到開花期的時間，因此，使得溫室栽培黃金梨胚囊存在明顯的發(fā)育滯后現(xiàn)象，到開花期胚囊未發(fā)育完全。

3討論

胚囊是雌性器官的主要組成部分，胚囊發(fā)育不完全或退化容易造成雌性器官不孕。蔡雪等發(fā)現(xiàn)花椒胚囊從大孢子母細胞發(fā)生到胚囊形成的各個階段均可發(fā)生退化解體，且主要集中在大孢子母細胞減數(shù)分裂中期。姚家琳等在研究李胚胎發(fā)育過程中發(fā)現(xiàn)，在胚囊發(fā)育過程中存在著明顯的發(fā)育滯后現(xiàn)象，導致胚囊形成期結(jié)構(gòu)異常（異性胚囊占比高達67%），珠心珠被提早解體退化，影響授粉受精，從而使得胚胎發(fā)育受阻；董軍等在杧果胚敗育研究中發(fā)現(xiàn)，杧果幼胚敗育是胚囊在七細胞八核時期助細胞與反足細胞等營養(yǎng)細胞退化，導致授粉受精不良；王近衛(wèi)等發(fā)現(xiàn)珠被、珠孔和胚囊組織形態(tài)上的異常是無核白葡萄種子敗育的主要原因。筆者通過解剖觀察發(fā)現(xiàn)，溫室栽培黃金梨的胚囊開花期仍有50%處于單核或二核胚囊階段，11.1%處于四核胚囊階段，且胚囊的長度和寬度均小于露地。胚囊的發(fā)育進度及大小表明，溫室栽培黃金梨的胚囊存在明顯的發(fā)育滯后現(xiàn)象，且滯后比例高達61.1%。擁有發(fā)育完全的胚囊是授粉的第一步，溫室栽培黃金梨雌性器官不孕是開花期胚囊發(fā)育不完全所造成的。

邊衛(wèi)東等和李琛等在對溫室甜櫻桃坐果率極低的研究中發(fā)現(xiàn)，開花前不適宜的高溫處理會導致甜櫻桃胚珠發(fā)育畸形，胚囊敗育，這與本試驗結(jié)果略有不同。由于黃金梨的胚囊發(fā)育主要集中在開花前7d，在結(jié)合黃金梨的胚珠發(fā)育與溫度相關(guān)性中發(fā)現(xiàn)，開花前的高溫處理并不會導致黃金梨胚珠畸形、胚囊敗育，而是胚珠正常發(fā)育，胚囊發(fā)育滯后。關(guān)于高溫對果樹性器官發(fā)育不利的影響前人已有多次報道。職倩倩等㈣發(fā)現(xiàn)高溫會抑制胚珠多糖水解，在加快花芽發(fā)育過程中，糖類物質(zhì)不能滿足胚珠、胚囊的快速發(fā)育，從而導致胚囊敗育。Beppu等研究發(fā)現(xiàn)25℃以上高溫會妨礙白鳳桃生殖器官的發(fā)育，尤其是胚囊的發(fā)育，表現(xiàn)為胚囊發(fā)育滯后，坐果率低。在甜櫻桃引種試栽及保護地栽培中發(fā)現(xiàn)，花前25℃以上的高溫條件會加速胚珠衰老，抑制胚囊發(fā)育，表現(xiàn)為甜櫻桃的胚囊停留在未發(fā)育階段，并且花后2d很快退化；姜建福在研究溫度對甜櫻桃花芽分化的影響過程中，也進一步證實了花期高溫會導致甜櫻桃胚珠、胚囊敗育，從而降低坐果率。

4結(jié)論

綜上所述，溫室黃金梨坐果率低、畸形果發(fā)生率高的原因應(yīng)該是開花前不適宜的高溫處理縮短了萌芽期到開花期的時間，使得胚囊發(fā)育滯后，雌性器官不孕，從而引起種子敗育。因此在梨樹保護地生產(chǎn)中，為了保證胚囊正常發(fā)育，防止種子敗育及過多地落果，應(yīng)適當控制開花前及開花期的溫度，盡量使室內(nèi)溫度變化規(guī)律接近自然條件下的溫度變化規(guī)律。