苦瓜花芽分化的形态学结构观察及花粉活力测定

王国莉 吴惠冰

摘要：【目的】观察苦瓜花芽分化的形态学结构，测定其花粉活力，为研究苦瓜生理和提高苦瓜果实产量提供参考依据。【方法】2015年2～5月，在苦瓜盛花期用体视显微镜观察苦瓜花芽分化的形态学结构，采用花粉离体萌发法测定苦瓜开花后的花粉活力。【结果】苦瓜的雄、雌花芽分化均分为 8 个時期：花芽原基期即无性期，花芽直径约0.37 mm；萼片分化期，花芽直径约 0.41 mm；花瓣分化期，花芽直径约0.44 mm；雄蕊原基分化期，花芽直径约0.54 mm；雌蕊原基分化期即两性期，花芽直径约0.57 mm；单性期初成期，花芽直径约0.64 mm；雄蕊原基膨大期，花芽直径约1.47 mm（雌花为子房膨大期，花芽直径约0.85 mm）；雄花成熟期，花芽直径约3.24 mm（雌花成熟期，花芽直径约1.67 mm）。花粉活力测定结果表明，上午9：00 采集的苦瓜花粉萌发率和花粉管长度均达最大值。【结论】苦瓜花芽分化是外始式分化，经历了从无性期到两性花再到单性花的分化过程，且雄花分化早于雌花；花粉活力最高的时间段在上午8：00～10：00，利用该时段进行苦瓜授粉，可提高花粉萌发率并促进花粉管伸长生长，有助于提高苦瓜育种效率和产量。

关键词： 苦瓜；花芽分化；形态学结构；花粉活力

中图分类号： S642.5 文献标志码：A 文章编号：2095-1191（2016）02-0241-05

0 引言

【研究意义】苦瓜（Momordica charantia L.）是葫芦科苦瓜属一年生蔬菜，营养和药用价值极高（Barua et al.，2014）。瓜类的性别表现与其经济价值有密切关系，而高产的先决条件是多开雌花少开雄花，在花芽分化期即开始鉴定其花芽雌雄性别并加以合理选择或人工诱导，可促使多开雌花，但苦瓜性别分化过程复杂，表现不稳定和易变，育种实践中难以对其性别的表型现象加以利用。因此，探讨苦瓜性别分化过程，了解其生长发育规律，对苦瓜生理研究及优质高产具有重要意义。【前人研究进展】花芽分化是植物生长发育过程中的重要环节（吴莉英等，2007），同时也是一个复杂的形态建成过程。汪俏梅和曾广文（1998）研究表明，苦瓜性别分化需经历两性期，两性花的发育方向与相应组织中RNA和蛋白质合成能力的强弱有关。彭书明等（2006）研究认为，BAG基因直接参与苦瓜花和果实发育。高等植物的花芽分化多为外始式，按分化顺序划分为花原基、萼片、花瓣、雌蕊及雄蕊原基5个时期（曲波等，2010）。目前，已有学者采用石蜡切片技术和超薄切片技术等方法，开展了西葫芦（戚艺军等，2004）、薄皮甜瓜（郝敬虹等，2007）和南瓜（秦俊芬等，2011）等花芽分化过程中的形态结构研究。袁高峰（2004）将黄瓜、张玲玲（2006）将苦瓜、秦俊芬等（2011）将南瓜性别分化过程按不同形态特征分为10个时期。田斐等（2007）开展低温对黄瓜花粉萌发影响研究，结果表明，开花温度和萌发温度对花粉萌发率均有显著影响，且开花温度的影响更明显。花粉活力代表花粉存活和发育能力，采用离体萌发法测定花粉活力是目前应用较多的一种方法（胡新军等，2009）。许利彩等（2009）研究发现，TTC染色法是一种快速准确测定西葫芦花粉活力的染色方法，西葫芦最佳授粉时间为上午6：00～8：00。【本研究切入点】目前，对苦瓜花芽分化和花粉活力的研究鲜见报道。【拟解决的关键问题】观察苦瓜花芽分化的形态学结构，测定其花粉活力，探讨苦瓜花芽分化规律，为有效揭示苦瓜花芽分化过程及提高苦瓜育种效率和果实产量提供参考依据。

1 材料与方法

1. 1 试验材料

试验于2015年2～5月在惠州学院教学实践基地进行。强雄性苦瓜品种中华由广州赛田农业科技有限公司提供，强雌性苦瓜品种为本研究课题组选育的新品种。选取籽粒饱满的苦瓜种子，55 ℃温水浸泡30 min后，再用清水继续浸泡24 h，洗净后于30 ℃恒温箱催芽，待种子露白后播种，二叶一心期定植，采用常规栽培方法管理。

1. 2 试验方法

1. 2. 1 苦瓜花芽分化及花器官发育不同时期观察 于苦瓜盛花期，随机选取强雌性、强雄性植株各10株，切取花芽将在第2 d开放的最底部节位侧蔓，立即带回实验室进行清洗，将不同节位的雌、雄花芽和花蕾整体解剖后在体视显微镜下进行形态学观察，花芽分化各时期的大小和形态特征进行对应。参考袁高峰（2004）对黄瓜、秦俊芬等（2011）对南瓜两种葫芦科植物花芽分化形态分期方法对苦瓜花芽分化过程进行划分。

1. 2. 2 苦瓜成熟花粉活力测定 开花当天从6：00～12：00，每隔1 h挑选发育正常的雄花进行花粉活力测定。在添加9.5%蔗糖及100.0 mg/L硼酸的液体培养基中、27 ℃恒温培养苦瓜花粉1 h后在体视镜下观察花粉萌发情况，以有效视野内可观察到20个以上花粉粒、花粉管长度大于花粉粒直径为花粉萌发标准。

每处理观察5朵花，在每个玻片中随机统计10 个不重复的有效视野花粉的萌发率，取其平均值。每处理3次重复。每处理选20个萌发的花粉管测量其长度并取平均值。

花粉萌发率（%）=萌发花粉粒数/视野中花粉粒总数×100

1. 3 统计分析

试验数据采用Excel 2013进行统计，采用SPSS 16.0软件进行方差分析。

2 结果与分析

2. 1 苦瓜雌、雄花芽分化的形态学观察

通过对不同大小的苦瓜花芽进行解剖观察，综合花芽原基形态变化和花芽分化特点，可将苦瓜花芽分化过程分为8个时期。

2. 1. 1 花芽原基期 苦瓜花芽原基产生于叶腋处，长宽差异不明显，半球形（图1-a），直径约0.37 mm。花芽与叶芽的区别是叶芽顶端较尖。

2. 1. 2 萼片分化期 随着花芽原基的继续生长发育，花芽原基上端开始下凹，分化出萼片原基（图1-b），此时花芽直径约0.41 mm。萼片原基成月牙状，最终发育成萼片。

2. 1. 3 花瓣分化期 萼片原基延长并向内弯曲生长，在其内部产生花瓣原基（图1-c），此时花芽体积增大不明显，花芽直径约0.44 mm。花瓣原基最后可发育为花冠。

2. 1. 4 雄蕊原基分化期 萼片原基及花瓣原基继续延长，内侧突起形成雄蕊原基（图1-d），萼片原基繼续弯曲生长逐渐连接，此时花芽直径约0.54 mm。随着性器官基因的表达，若雄蕊停止生长，则花芽最终发育为雌花；若雄蕊原基继续伸长发育，则花芽最终发育为雄花。

2. 1. 5 雌蕊原基分化期 随着雄蕊原基继续发育，其内侧基部突起形成雌蕊原基（图1-e），此时花芽直径约0.57 mm，萼片原基已经紧密相连。雌蕊原基可能消失（花芽分化发育为雄花），或继续生长发育形成雌蕊（花芽分化发育为雌花）。

2. 1. 6 单性期初成期 从花瓣原基形成到雌蕊原基分化阶段，苦瓜雄花与雌花的形态基本一致。随着性别控制基因的进一步表达，花芽继续分化最终形成雌花或雄花。在雄花发育过程中，雄蕊进一步发育，雌蕊原基产生后，花芽中心不发生凹陷，雌蕊逐渐变小（图1-i），花芽直径约0.64 mm。

在雌花发育过程中，雌蕊原基继续生长，中心开始凹陷（图1-f），雄蕊停止生长，此时花芽直径约0.65 mm。

2. 1. 7 雄蕊原基膨大期和子房膨大期 雄花发育至此时，雌蕊原基变小、消失，而雄蕊原基继续发育（图1-j），花芽直径约1.47 mm。雌花发育至此时，雄蕊原基停止发育，雌蕊下陷，形成下位子房（图1-g），花芽直径约0.85 mm。

2. 1. 8 雄花成熟期和雌花成熟期 雄花的花芽直径迅速增大，雄蕊原基继续生长，最终形成成熟雄花（图1-k），此时期花芽直径约3.24 mm，雌蕊原基已退化消失。雌花的雌蕊不断发育形成柱头、子房和花柱，子房发育粗且长，最后发育为成熟雌花（图1-h），此时期花芽直径约1.67 mm，仍可观察到两性期后停止发育的雄蕊。

综上所述，苦瓜花芽分化过程与葫芦科植物南瓜、黄瓜相似，经历了从无性期到双性期再到单性期的分化过程。

2. 2 苦瓜开花后花粉活力的变化

2. 2. 1 花粉萌发率测定结果 由表1可知，苦瓜开花后随着时间推移，花粉活力呈先升高后降低的变化趋势，其中上午6：00～9：00花粉萌发率呈升高趋势，以6：00测定的萌发率最低，仅51.90%，显著低于其他各时间点测定的花粉萌发率（P<0.05，下同），上午9：00测定的花粉萌发率最高，为83.05%，显著高于其他各时间点测定的花粉萌发率；10：00～12：00花粉萌发率呈下降趋势，11：00和12：00分别降至72.78%和67.11%。

2. 2. 2 花粉管萌发情况 由表2可知，上午6：00采集花粉所测得的花粉管长度最短，平均为279.33 μm，之后显著增加，至上午9：00采集花粉测得的花粉管平均生长长度最长，平均为415.00 μm。9：00～12：00采集的花粉其花粉管生长逐渐变慢，12：00采集花粉的花粉管长度降至354.00 μm。

综上所述，上午9：00采集的苦瓜花粉其萌发率最高、花粉管长度最长，说明此时是苦瓜授粉的最佳时期；8：00和10：00苦瓜花粉萌发率和花粉管的长度值接近9：00，因而苦瓜育种及生产上在8：00～10：00进行授粉，可提高育种效率和产量。

3 讨论

苦瓜花芽分化与大多数瓜类植物相似，均是外始式分化（汪俏梅和曾广文，1997；李兴国等，2001；Kater et al.，2001），从外到内依次生长分化萼片、花瓣和雄蕊（雌蕊），雄蕊分化早于雌蕊。苦瓜的性别分化实质上是从两性花向单性花转化的过程，雌雄花的性别决定也是由性器官原基的选择性诱导或败育引起。本研究中苦瓜的雌、雄花两性期之前没有明显的形态学差异，随着性别表达程序的开启，雄花的雄蕊体积快速增大，雌花花芽开始凹陷形成下位子房，雌、雄花出现形态差异，可鉴定雌、雄花的性别，雌、雄花发育进程存在差异，且雄花发育略快于雌花，与袁高峰（2004）对黄瓜花芽分化及张玲玲（2006）对苦瓜花芽分化形态学过程的描述基本一致。汪俏梅和曾广文（1997）进行苦瓜性别分化过程的形态学研究发现，现蕾7 d的苦瓜花芽雄、雌开始明显分化，而本研究仅采用苦瓜盛花期不同大小的花芽进行研究，今后可结合石蜡切片和扫描电镜对苦瓜花芽分化和性别表达过程进行详细探讨。

本研究对比了苦瓜与黄瓜、南瓜花芽分化及性别表达的差异，将苦瓜花芽分化过程细分为3个阶段8个时期，前5个时期为无性期和单性期，雄花和雌花的发育阶段相同，从第6个时期开始苦瓜进入单性分化期。每个时期花芽直径与葫芦科其他植物的花芽直径大小接近（杨兴华，1978）。8个时期中花芽直径逐渐增大，性别分化中雌花花芽直径增大速度较雄花慢。本研究对苦瓜单性花发育时期的精细划分及对各发育时期特征的描述，既可为揭示苦瓜性器官发生原理提供理论依据，也可为完善不同性别花芽取样技术打下基础，有助于推动苦瓜性别分化的分子机理研究。

苦瓜花粉萌发率和花粉管长度可作为评价苦瓜花粉活力高低的标准。常胜合等（2009）研究认为，花粉离体萌发法的检测结果与花粉实际活力接近。本研究发现，上午9：00苦瓜花粉萌发率及花粉管生长速度均达顶峰，因而认为9：00是苦瓜授粉最佳时期，生产上可选择上午8：00～10：00进行人工授粉，最好在11：00前结束。这一研究结果为提高苦瓜育种成功率和增加产量提供了直接证据。

4 结论

本研究结果表明，苦瓜花芽分化过程分为8个时期，经历了从无性期到两性花再向单性花转化的过程，从外到内依次分化萼片、花瓣、雄蕊（雌蕊），雄蕊分化早于雌蕊，雌雄花分化是由性器官原基的选择性诱导或败育引起，可作为揭示苦瓜性器官发生原理的参考依据；上午9：00是苦瓜授粉最佳时期，选择上午8：00～10：00进行人工授粉，有助于提高苦瓜育种效率和产量。

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（责任编辑 思利华）