慈姑的传粉生物学与人工杂交研究

钟兰，柯卫东，刘玉平，黄来春，李峰

（武汉市蔬菜科学研究所，湖北武汉，430065）

慈姑的传粉生物学与人工杂交研究

钟兰，柯卫东，刘玉平，黄来春，李峰

（武汉市蔬菜科学研究所，湖北武汉，430065）

对慈姑（Sagittaria trifo1iaLinn.var.sinensis）及其野生近缘种野慈姑（Sagittaria trifo1iaLinn.）的花朵的形态特征、开花、传粉动态进行观测，用杂交指数，去雄、套袋、人工授粉等方法测定其传粉方式。结果显示，野慈姑和慈姑群体的花期从6月持续到10月，雌花的数目比雄花少，但开放速率比雄花快，为典型的异交传粉作物，需要传粉者活动才能完成授粉过程。和野慈姑相比，慈姑植株高大，花序较大，其雌花数，雄花数都较多。对慈姑进行人工杂交可在开花后的6 h之内进行。

慈姑；传粉生物学；人工授粉

慈姑（Sagittaria trifo1iaLinn.var.sinensis）是泽泻科慈姑属多年生宿根浅水草本植物，是我国重要的水生蔬菜，在我国各地均有种植，主要分布在长江流域及其以南各省，栽培面积每年在2万hm2左右[1]。在园艺学分类上，慈姑分为栽培慈姑和野生慈姑，野生慈姑主要包括植物学分类上的野慈姑（Sagittaria trifo1iaLinn.），为栽培慈姑的野生近缘种。

目前，黄双全等[2]对野慈姑居群的性表达状态及其花粉流散布规律进行了观测研究，汪小凡等[3～4]对野慈姑雌花在自然居群中的授粉过程进行了研究并对自然群体异交率进行了定量估测。本研究以栽培慈姑（Sagittaria trifo1iaLinn.var.sinensis）为材料，通过观测花器官结构、开花式样及传粉方式，提出慈姑的人工杂交方法，为慈姑的新品种选育和种质创新提供新的途径。

1 材料与方法

1.1 试验材料

2009年6～10月，对国家种质武汉水生蔬菜资源圃的部分慈姑资源，进行传粉生物学研究和杂交试验。供试慈姑品种有梧州乌慈、贵港汕塘、堂梨店慈、白洋淀慈和吉林长白山慈。

1.2 试验方法

①开花动态的观察 从每份材料中选择3株，每株连续观察3个花序，每天观察并记录，直至果实成熟。观察时记录花序抽生的第一朵花开放的时间、开放花朵的数量、花粉散出及花萎蔫时间、花序中小花开放的顺序、整个花序开放的时间、果实从授粉到成熟的时间、单株抽生的花序数、群体开花时间等，并于花朵开放后测定花瓣长度、花药长度等花部主要形态指标。

②杂交指数（Outcrossing index，OCI）的估算按照Dafni的标准进行花序直径、花朵大小及开花行为的测量及繁育系统的评判。具体方法是：a.花朵或花序直径＜1 mm 记为 0；1～2 mm 记为 1；2～6 mm记为2；＞6 mm记为3。b.花药开裂时间与柱头可授期之间的时间间隔，同时或雌蕊先熟记为0；雄蕊先熟记为1。c.柱头与花药的空间位置，同一高度记为0；空间分离记为1。三者之和为OCI值。评判标准为，OCI=0时，繁育系统为闭花受精；OCI=1时，繁育系统为专性自交；OCI=2时，繁育系统为兼性自交；OCI=3时，繁育系统为自交亲和，有时需要传粉者；OCI=4时，繁育系统为部分自交亲和，异交，需要传粉者。

③传粉媒介 为了解慈姑的昆虫访花情况，采取连续观察和随机观察2种方式对昆虫访花行为进行观察、记录。

④套袋、去雄及人工授粉试验 进行下述处理：a.自然传粉。不套袋、不去雄、自由传粉，用于检测自然条件下的传粉情况。b.花序套袋不去雄。开花前用细眼纱网套袋、不去雄，检测是否需要传粉者。c.花序套袋去雄。用细眼纱网套袋、去雄、不授粉，检测花的无融合生殖率。d.不同时间段自然传粉：去雄、套袋、在开花后 0～2 h，2～4 h，4～6 h，6～8 h，8～10 h，10～12 h，24～48 h 共 7 个时间段自然授粉。e.不同时间点人工授粉：去雄、套袋、在开花后0，2，4，6，8，10，12，24 h 共 8 个时间点人工授粉。每个处理15朵花。

2 结果与分析

2.1 慈姑的开花动态

慈姑（Sagittaria trifo1iaLinn.var.sinensis）群体花果期为5～10月。单株通常有1～3个花序同时开花，单株可陆续抽生圆锥花序18～23个。

慈姑花葶从叶腋间抽出到第一朵花开放需5～7 d，从第一朵花开放到最后一朵花凋谢需要10～13 d。 花葶直立，高 110～130 cm，花序轴长 60～67 cm。花序基部有1～2轮侧生花序，花序基部为雌花3～4轮，上部为雄花7～9轮，侧生花序基部具1～3轮雌花，上端具8～9轮雄花。与主轴共同组成大型圆锥花序。单个花序上的花由下至上依次开放，雌花先开，在单个花序上雌雄花邻近处可见到2种性别的花同时开放，或雌雄花出现在同一轮的3朵花中。

每轮花3朵，小花苞片3枚。花单性，外轮花被长 2～3 mm， 宽 2～2.5 mm； 内轮花被白色， 长 5～6 mm，宽 4～5 mm。每花序雌花数 30～58枚，每雌花心皮数450～490个；每花序雄花数110～244枚，花梗长 0.4～0.5 mm，每雄花雄蕊数 19～27 个，螺旋排列，花药黄色，长 1～2 mm，花丝长 0.5～3 mm，通常外轮短，向里渐长。 雌雄花数比为 1∶3.7。

雌、雄花的单花期均为1 d，清晨4：00左右，雌花和雄花的3枚白色的花瓣开始展开。通常花序第1天开放时，主轴有4～5轮开放，侧枝有2～3轮开放，第2天以后主轴和侧枝各有1～2轮开放。一般雌花1～2 d开完，雄花10～13 d开完。在观察的18株慈姑中，有15株的花序，可在雌雄花邻近处见到2种性别的花同时开放。从授粉到种子成熟需要20 d。

野慈姑（Sagittaria trifo1iaLinn.）花葶高 60～70 cm，单株可抽生总状花序或圆锥花序36～48个，长40～45 cm。具分枝 1～2 个，雌花通常 3～9轮，着生于基部，每花序雌花数10～26枚，每雌花心皮数190～220个；雄花多轮，每花序雄花数39～70枚，每雄花雄蕊数14～18个。单个花序上的花需要7～8 d开完。一般雌花1～2 d开完，雄花6～7 d开完，并且雌花的开放速率比雄花快。通常花序第1天开放时，主轴有1～3轮开放，侧枝有0～1轮开放，第2天以后主轴和侧枝各有1～2轮开放。

2.2 慈姑的杂交指数（OCI）

按照Dafni[5]的方法进行野慈姑、慈姑的杂交指数的测量，结果如下：慈姑、野慈姑花朵直径﹥6 mm，记为3；花药开裂散粉和柱头可授期几乎同时，记为0；柱头挺立，花药外展，柱头与花药之间空间间隔明显，记为1。因此，野慈姑、慈姑的杂交指数都为4，根据Dafni的标准，野慈姑、慈姑的繁育系统为异交，自交亲和，需要传粉者。

2.3 传粉媒介

通过对慈姑一天的连续观察和数天的随机观察，发现共有近10种昆虫相继访花，其中蝇类7种，蜂类2种，蝶类1种。并认为其中蝇类为主要传粉者。这些昆虫皆同时在雌花和雄花上逗留。在晴天，从早晨4：30开始有昆虫出现，这样集中的高频率访花活动一直持续到10：00左右，12：00以后就难以见到昆虫活动。主要传粉昆虫开始出现的时间与慈姑花药开裂时间完全一致。如遇阴雨天气，则较少观察到昆虫的出没。

表1 慈姑去雄、套袋及人工授粉试验的结果

2.4 套袋、去雄及人工授粉的试验结果

从表1中可以看出，野慈姑和慈姑都需要靠媒介传播花粉，不存在孤雌生殖。从凌晨4：00慈姑开花到下午4：00，以2 h为一个时间段，共6个时间段，让慈姑自然授粉，结果显示中午12：00以后没有种子形成。从凌晨4：00慈姑开花到下午4：00，每隔2 h，对慈姑进行人工授粉，结果显示在开花后8 h以内授粉才能形成种子。开花24 h以后，无论是自然授粉，还是人工授粉，都没有种子形成。

2.5 慈姑的杂交

①选择适宜的慈姑品种。②选择雌花雄花。开花前，将母本花序的主轴从下往上第4轮以上的部分掐掉，套上 10 cm×20 cm 的硫酸纸袋（0.1 mm），下端用回形针别住；将父本的雌花掐掉，套上10 cm×20 cm 的硫酸纸袋（0.1 mm），下端用回形针别住。③确定授粉时间。上午5：00～10：00。④人工授粉。将开放的雄花采下，用镊子去掉花瓣，使雄蕊露出，然后轻轻托起雌花，露出柱头，将雄蕊在雌花柱头上轻轻摩擦，使柱头上沾满花粉。一般一朵雄花可对2～3朵雌花授粉。重新套袋后挂牌写明授粉日期。⑤检查授粉效果，将硫酸纸袋去掉。授粉后第2天下午，若雌花子房明显膨大，表明授粉成功；若子房没有膨大，且开始变黑，表明没有成功。

2.6 慈姑种子形态及成熟标志

慈姑从授粉到种子成熟大概需要15～20 d，种子表皮颜色从绿色变成深浅不一的褐色，种子成熟后会自行从柱头上脱落，长 3～5 mm，宽 2～4.5 mm，千粒质量 0.7～1.1 g。

3 小结与讨论

慈姑和野慈姑在花的结构上基本相似，也有不同之处。据我们观察，无论是慈姑，还是野慈姑，在雌雄花邻近处两种性别的花同时开放的现象是很常见的，这和黄双全等[2]观察到的绝大多数（98.1%）的植株在雌花开完后才开雄花不一样。所以我们认为慈姑中同一花序的花存在通过昆虫传粉杂交的可能。人工进行单花序套袋之所以不能结实，可能是由于没有传粉者。

我们这里观察到的昆虫种类有待鉴定。黄双全等[2]观察到有5种昆虫对慈姑的花进行访问，分别是尖肩淡脉隧蜂[Lasiog1ossum subopacus（Sm.）]，宽带粉颜蚜蝇 （Mesembrius f1avicepsMatsumura），大头金蝇（Chrysomya megacepha1aFabricius），亮黑斑眼蚜蝇 （Erista1inus tarsa1isMacquart）和甜菜白带野螟（Hymenia recurva1isFabricius）。

目前，对慈姑的育种工作开展较少，慈姑主要进行无性繁殖，只能通过芽变选择单株。通过慈姑传粉生物学的研究，可以使慈姑采用人工杂交后收获种子，这样通过实生苗选择，用无性繁殖即可固定。所以说对慈姑传粉生物学的研究是为慈姑育种开辟了一个新的途径。

[1]陈家宽.中国慈姑属的系统与进化植物学研究[M].武汉：武汉大学出版社，1989.

[2]黄双全，靳宝锋，王青锋，等.慈姑花的开放式样及其花粉流[J].植物学报，1999，41（7）：726-730.

[3]汪小凡，王金平.慈姑雌花在自然居群中的受粉过程[J].信阳师范学院学报：自然科学版，1999，12（3）：306-309.

[4]汪小凡，陈家宽.野慈姑自然群体异交率的定量估测[J].遗传，2000，22（5）：316-318.

[5]Dafni A.Po11ination eco1ogy[M].New York:Oxford Univ Press,1992:1-57.

Study on Pollination Biology and Artificial Pollination of Arrowhead

ZHONG Lan,KE Weidong,LIU Yuping,HUANG Laichun,LI Feng
(Wuhan vegetab1e research institute,430065)

The morpho1ogica1 specificity of f1owers,f1orescence and po11ination dynamics of arrowhead (Sagittaria trifo1iaLinn.Var.sinensis)and wi1d arrowhead(Sagittaria trifo1iaLinn.)were observed.The po11ination of them by outcrossing index,emascu1ation,bagging and artificia1 po11ination were a1so studied.The resu1ts showed that the f1orescence of co1ony of arrowhead and wi1d arrowhead 1asted from June to October.Ma1e f1owers were more than fema1e f1owers,but the speed of f1orescence of the 1atter were faster than the former.The breeding system was outcrossing.Compared with wi1d arrowhead,the p1ant and inf1orescence of arrowhead were bigger,the ma1e f1owers and fema1e f1owers of which were more.Artifica1 po11ination can be carried out in 6 h after b1ossoming.

Arrowhead;Po11ination bio1ogy;Artificia1 po11ination

10.3865/j.issn.1001-3547.2010.14.021

国家公益性行业（农业）科研专项经费项目“水生蔬菜产业技术体系研究与示范”（200903017）

钟兰，女，博士，主要从事水生蔬菜、花卉研究与推广

2010-07-05