一品红雌花发育特性及柱头的可授性

苏家乐，李 畅，刘晓青，陈尚平，何丽斯

(江苏省农业科学院园艺研究所，江苏 南京 210014)

一品红(Euphorbia pulcherrima Willd.)为大戟科(Euphorbiaceae)大戟属(Euphorbia)多年生草本植物，品种数以百计。至今，市场上一品红品种均系国外进口，缺乏品种知识产权，而中国自主选育品种极少且未见大面积应用推广，这无疑成为制约中国一品红产业发展的瓶颈［1-4］。目前国内对一品红的研究多集中在栽培领域，有性繁殖研究很少［2-7］。杂交育种是一品红良种选育的有效途径，在适当的时机授粉是植物杂交育种成功的基础，故开展花发育、柱头可授性等的研究，可提高中国一品红杂交育种效率，对选育具有自主知识产权的一品红新品种具一定的指导意义。

柱头可授期是花朵成熟过程中一个重要时期，对其单花的开花动态的了解是进一步研究柱头可授性的基础［8］。诸多植物已证实柱头可授性与花发育及其形态变化具有密切联系:柱头不同形态时期的可授性存在差异，如与一品红一样具有2裂片柱头的百日草［9］、美洲狼尾草［10］、核桃［11］等，在花发育过程中柱头裂片开张扩展到达一定形状，如Y形、倒八形，可授性达到最佳;又如刺五加［12］、杨树［13］、大叶相思［14］等柱头在性成熟时会分泌黏液，百日草［9］、耧斗菜［15］、月季［16］等则出现大小均匀的乳突细胞。通过花朵开发度［14，17］、柱头颜色［18-19］、形态［9-11，16］以及柱头分泌物［12-14］等可确定最佳授粉时期，而在一品红上尚未见此方面报道。本研究以一品红市场主栽品种千禧为试验材料，对其雌花发育特性和不同发育形态柱头可授性进行研究，试图明确雌花柱头发育形态与可授性的关系，以期为一品红的杂交育种及生殖机理研究提供技术保障。

1 材料与方法

1.1 材料

供试材料为保存于江苏省农业科学院园艺研究所荷兰Venlo型现代化玻璃温室中一品红品种千禧1年生成龄植株。

1.2 方法

1.2.1 雌花、柱头发育特性观察 蕾期选取雌花发育基本一致的杯状花序30个，每天观察记录雌花开放形态及其变化情况。切取不同开放阶段的雌花柱头，2.5%戊二醛固定，经0.1 mol/L磷酸缓冲液(pH 7.8)冲洗、乙醇梯度脱水、醋酸异戊酯置换、临界点干燥、粘样和喷金后，置于Hitachi S-3000N电子扫描显微镜(Scanning electron microscopy，SEM)下观察柱头表面。

1.2.2 柱头可授性药剂检测 采用联苯胺-过氧化氢法［20］进行柱头可授性药剂检测:在方法1.2.1试验结果基础上，于11∶00选取一品红品种千禧不同柱头形态的雌花，将其柱头切下后迅速浸入含有联苯胺-过氧化氢反应液(1%联苯胺∶3%过氧化氢∶水=4∶11∶22，体积比)凹面载玻片的凹陷处，体式显微镜(Olympus SZX10)下观察柱头开始发生颜色变化和产生气泡的时间，观察5 min内柱头颜色变化和柱头表面产生气泡的数量，每时期30朵花，重复3次。

1.2.3 柱头可授性人工授粉检测 选取一品红品种千禧不同发育形态阶段的柱头(雌花)，于晴天11∶00采取新鲜花粉进行人工授粉，授粉6 h后取下雌花，FAA固定(70%酒精∶冰醋酸∶福尔马林=90∶5∶5)后置于4℃冰箱中保存备用。常温下，切取固定24 h以上的雌花柱头，1 mol/L NaOH软化脱色8 h后，蒸馏水清洗3次后将样品置于载玻片上，0.01%苯胺蓝溶液(0.1 mol/L K3PO4+18%甘油)压片，5 min后在荧光显微镜(Olympus BX51)下观察柱头上的花粉萌发情况并拍照。由于样品在荧光显微镜观察之前，经FAA固定、NaOH处理及蒸馏水清洗等过程，若花粉没有在柱头萌发，那么简单附着在柱头的花粉将会被洗掉，因此最终在柱头上观察的花粉可视为萌发，这部分花粉有的可以看到花粉管，有的看不到花粉管是因为试验技术本身所致［21］。每时期观察雌花30个，记录每个柱头上的花粉粒数。

2 结果

2.1 雌花发育特性

一品红雌花无花被，花柱3、基部合生，柱头2裂，子房柄明显伸出杯状花序总苞外。因雌花无花被，其雌花发育特性皆以花柱柱头的发育进程界定，根据外部形态变化，一品红雌花发育进程可分为显花期、初开期、Y字期、八字期和翻卷期5个时期(图1)。以其中1个花柱柱头进行描述，显花期柱头柱状，2裂片未分开，该时期持续3～4 d，柱状花柱由杯状花序总苞伸出逐渐伸长至最长(图1A1、图1A2);初开期，柱头略开展，2裂片微张，夹角≤15°，持续1～2 d(图1B1、图1B2);Y字期，柱头前端裂片张开呈Y字型，柱头2裂片夹角15°至45°持续1～2 d，SEM下柱头表面未见乳突，开始出现少量渗出物(图1C1、图1C2和图2A);八字期2裂片呈倒八字型，始于2裂片尖端向下弯曲，卷曲度不超过半圈，即柱头2裂片夹角45°至120°之间，可持续3～5 d，SEM下柱头表面细胞平展，湿型渗出物大量可见(图1D1、图1D2、图2B和图2C);翻卷期，柱头2裂片向外、向下翻卷，柱头逐渐萎蔫干枯(图1E1和图1E2)。子房无论授粉与否均在八字期开始膨大并逐渐伸出总苞，翻卷期后子房未继续膨大的雌花逐渐干枯，与子房柄一同脱落。

图1 一品红雌花发育进程Fig.1 Pistillate flower development process of Euphorbia pulcherrima

图2 一品红柱头扫描电镜观察Fig.2 The stigma of Euphorbia pulcherrima viewed with a scanning electronic microscope

2.2 柱头可授性药剂检测情况

若雌花柱头具有可授性，经联苯胺-过氧化氢染色的柱头组织会呈现蓝色并伴有大量气泡产生，根据柱头染色的面积、深浅和气泡数量可确定其柱头可授性的强弱［11］。如表1所示，一品红柱头可授性与雌花、柱头发育密切相关:雌花显花期柱头柱状、裂片未开张，不具有可授性;初开期到八字期，随着柱头裂片开张角度逐渐增大，柱头可授性逐渐增加;雌花八字期可授性最强，其柱头表面触突细胞伸展、光亮，有渗出物产生，药检表现为柱头变色快、蓝色着色深，柱头周围气泡多且产生最为迅速，着色部位主要集中在柱头裂片中下部和花柱底部切口处;翻卷期染色不明显，可授性在该时期前期(1～3 d)极弱，后期柱头干枯不具可授性。

2.3 花粉在不同发育时期柱头上萌发情况

对一品红雌花柱头不同发育阶段进行授粉试验，结果表明柱头粘附花粉的数量存在差异(表1、图3)。显花期柱头裂片未开张，无花粉粘附萌发。进入初开期，柱头上开始有个别花粉粘附，且随着柱头裂片开张度的逐渐加大，在柱头上粘附萌发的花粉数量逐渐增加(图3A)，至八字期(图3B和图3C)，粘附的花粉数量达到最多，翻卷期柱头进入衰老时期，显见花粉粘附。说明柱头从初开期便具有可授性，随后柱头可授性逐渐增加，到达八字期时可授性最强。

表1 一品红品种千禧雌花不同发育时期柱头可授性药剂检测Table 1 Detection for stigma receptivity at different development periods of pistillate flower of E.pulcherrim cultivar Millenium

图3 一品红柱头可授性Fig.3 Stigma receptivity of Euphorbia pulcherrima

3 讨论

花部特征及其发育特性对植物的成功繁殖具有重要影响［22］。一品红雌花无花被，雌花开放动态亦可视为柱头发育，与核桃［11］、百日草［9］、狼尾草［10］、膏桐［23］等柱头形态发育相似，一品红在成熟衰老过程中表现出典型的形态特征:杯状花序中居中着生的雌花，经历显花期、初开期、Y字期、八字期和翻卷期，其对应的柱头外部形态发育表现为逐渐伸长柱状—小V状—Y状—八状—羊角状干枯，柱头可授性也从无到柱头裂片初开张的雌花初开期较弱、逐渐增强至雌花八字期达到最强，最后丧失。一品红柱头电镜扫描显示，与核桃［11］、杨树［13］等一样，一品红为湿柱头，柱头表面渗出物亦随柱头的发育由无到出现，至八字期达到最多，而此时柱头可授性亦最强。说明一品红同诸多植物［9-19］一样，雌花、柱头形态发育特征与柱头可授性具有较强的相关性，可通过雌花、柱头形态发育特征来确认柱头授粉时期。此外，在观察中还发现无论受精成功与否，一品红子房均从八字期始出现膨大现象，因此子房膨大不能作为受精成功的判断，这与核桃［11］的报道一致。

柱头可授性是有性生殖的最主要环节之一，掌握一品红的柱头可授期及不同发育时期的可授性强弱，可有效提高一品红杂交育种的成功率。研究结果表明柱头2裂片从开始开张到八字期均具有可授性，一般持续6～8 d，持续晴朗高温天气可加速花发育使可授期缩短;雌花八字期为最佳授粉时期，这可能与柱头表面渗出物多、表面积大有关［16］，该时期始于柱头2裂片开张的第3～4 d、可持续3～5 d，肉眼可通过柱头倒八字状(柱头2裂片向外弯曲，开张角度为45°至120°)、柱头表面光亮(图1D1和图1D2)来判断。杂交育种中，建议在八字期重复授粉以提高授粉成功率。联苯胺-过氧化氢染色法检测一品红柱头可授性的结果与人工授粉显微观察基本吻合，可作为一品红柱头可授性以及最佳授粉时期判别的快速检测方法。此外，在柱头可授性检测过程中，发现柱头裂片表面不同部位染色及花粉粘着情况存在差异，具体原因尚需进一步细化研究。

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