开花期摘除雄蕊与花瓣对‘凤丹’牡丹结实性能和籽粒油脂成分的影响

刘春洋，王茜赟，孙　振，付　炜，王晓亚，史国安

(河南科技大学 牡丹学院，洛阳市牡丹生物学重点实验室，牡丹种质创新与精深加工河南省工程实验室，河南洛阳　471003)

‘凤丹’是由杨山牡丹(PeaoniaostiiT.Hong et J.X.Zhang)长期栽培演化形成的观赏兼药用牡丹品种，其植株高大、适应性强、结实率高，是中国中原、江南和西南地区油用牡丹主栽品种，在河南洛阳、山东菏泽、安徽铜陵和重庆垫江等地均有较大面积种植[1-2]。综合利用与精深加工是油用牡丹产业发展的趋势，除开发高档食用牡丹籽油之外，牡丹雄蕊和花瓣的营养价值亦逐渐为人们所重视[3-6]。牡丹籽油和花已经获得国家卫生计划委员会新食品资源认证，为牡丹相关产品市场准入奠定了法律基础。洛阳、菏泽等地生产企业在油用牡丹花期采收雄蕊和花瓣做为食品原料，开发的牡丹雄蕊茶和花茶等产品在市场上销售反响良好。

雄蕊和花瓣是牡丹的生殖器官，与受精过程密切相关。雄蕊可提供花粉粒，亦具有吸引传粉者访花的作用[7]；花瓣往往颜色艳丽且具有芳香，可以吸引昆虫，有助于植物授粉[8-9]。牡丹属于雌雄同花的异花授粉植物，自花或同株异花授粉结实率低下，主要依赖蜂类等昆虫活动传粉[10-12]。矮牡丹和四川牡丹花器官无蜜腺[10,13]，‘凤丹’牡丹花器官亦未观察到蜜液分泌，花粉是吸引昆虫访花的唯一报酬，对其实现异花授粉具有重要作用。植物完成受精后，花瓣开始衰老，其中的矿质元素和有机物再转移，运至生长组织重新利用[14-19]，可能为子房的发育提供营养[16]。笔者观察‘凤丹’牡丹花瓣2～3轮10～14片，雄蕊200～250枚，推测生产上采摘雄蕊和花瓣对牡丹雌蕊授粉及籽粒产量和品质可能造成不利影响。

因此，模拟油用牡丹生产实际情况，研究人工摘除雄蕊、花瓣、雄蕊+花瓣对‘凤丹’牡丹结实特性和籽粒油脂成分的影响，对指导油用牡丹籽粒生产以及雄蕊和花瓣等器官综合利用具有重要意义。

1　材料与方法

1.1　试验材料

试验于2014-2015年进行，所用‘凤丹’定植于河南科技大学周山校区牡丹园，株龄12 a。选择生长势强、结实性优、株型良好、花期整齐一致的植株作为试验材料。

1.2　试验方法

‘凤丹’花器官形态学观察、测定：选取牡丹5株，摘取大小一致的花朵10个，分离花瓣、雄蕊、雌蕊、花托和萼片等花器官，测定其鲜样、干样质量，统计各器官质量占花朵质量的比值。

‘凤丹’籽粒败育时期观察：选取牡丹5株对花朵进行挂牌标记，待花朵自然开放、脱落，在花后20～32 d籽粒形成期的关键时期，每3 d取样观察籽粒发育及败育情况。

雄蕊与花瓣去除试验：摘除植株上生长弱的花蕾，每株上选择长势、粗度一致的强势枝条，标记大小一致的花蕾8个。每个单株上2朵花为一组，分别于盛开前期花药散粉前人工施行去除雄蕊、花瓣、雄蕊+花瓣，以自然开放脱落的花朵为对照。单株重复，试验共设8株重复。去除雄蕊和花瓣时均模拟生产实际情形，徒手摘取，小心操作，以防损伤雌蕊。在8月初牡丹籽粒成熟后采收，分别统计各处理荚果的籽粒数量等指标。

1.3　测定指标与方法

1.3.1结实特性相关指标测定牡丹籽粒成熟时及时采收，统计单果籽粒数目，并称量其鲜样质量，待籽粒自然风干后，称量单果籽粒干样质量及百粒质量。

1.3.2籽粒营养物质质量分数测定将自然晾干的牡丹籽粒剥壳、种仁粉碎后过60目筛，籽粉装入聚乙烯塑料袋，置于-4 ℃冰箱保存，备用。

可溶性糖和淀粉质量分数测定采用蒽酮比色法；蛋白质质量分数测定采用凯氏定氮法，换算系数为6.25；粗脂肪质量分数测定采用索氏抽提法，将提取后的油脂待溶剂挥发完全、无刺激气味后置于-4 ℃冰箱保存，备用。

1.3.3籽油脂肪酸组分的测定参照气相色谱法[20-21]制备牡丹籽油的脂肪酸甲酯：取2 mL牡丹籽油，加入0.5 mol/L氢氧化钾-甲醇溶液5 mL入圆底烧瓶，振荡后静置10 min，加过量无水硫酸钠除水，然后离心2 min，收集液按下述色谱条件进行GC-MS分析，进样1 μL。

气相色谱分析条件：色谱柱为HP-5MS (30 m×0.25 μm×0.25 μm)弹性石英毛细管柱；柱流量0.8 mL/min；柱温：初温80 ℃以8 ℃/min 速率升温到250 ℃；载气：高纯氦气；进样口温度：250 ℃；进样方式：体积比分流20∶1；GC/MS接口温度：250 ℃，EI源(70 eV)，离子源：230 ℃，四极杆温度：150 ℃，EM电压：1.294 V，扫描范围：27～460 amu。

1.4　数据分析

采用SPSS 19.0软件和Excel对试验数据进行分析及图表绘制。

2　结果与分析

2.1　牡丹花器官特征

‘凤丹’牡丹植株属于高大型，群体条件下10 a以上植株成花量通常能够达到20～50朵。花朵通常由花瓣、雄蕊、雌蕊、花托和萼片组成。花瓣一般为2～3轮10～14片，雌蕊(心皮)4～8枚，雄蕊200～250枚(图1)，心皮发育成果荚。表1显示，牡丹花朵各花器官中花瓣所占比重最大，鲜质量达到整朵花的47.77%，干质量则达到花朵的43.86%；其次为雌蕊和雄蕊，干质量分别为花朵的23.24%和13.31%；再次为花托和萼片，干质量分别为花朵的10.20%和9.40%。牡丹为异花授粉植物，自花授粉结实率低下。生产上通常认为‘凤丹’牡丹雄蕊和花瓣可能存在冗余现象，因此需要通过人工摘除牡丹雄蕊和花瓣的方法进行模拟试验，研究不同花器官与授粉后幼胚发育和籽粒形成之间是否存在依赖关系。

图1　‘凤丹’牡丹植株和花朵特征Fig.1　Characteristics of plant and flower of tree peony cv.‘Fengdan’

花器官Organ花朵Flower花瓣Petal雄蕊Stamen雌蕊Pistil花托Receptacle萼片Sepal鲜质量/g Freshmass18.78±1.788.97±0.862.11±0.393.57±0.252.33±0.241.80±0.15百分比/% Percentage100±9.4847.77±0.6111.19±1.3719.05±0.6612.41±0.119.58±0.27干质量/g Drymass3.94±0.411.73±0.160.53±0.100.91±0.090.40±0.050.37±0.04百分比/% Percentage100±10.4143.86±0.7013.31±1.3423.24±0.5710.20±0.329.40±0.12

注：数据为平均值±标准差。下同。

Note: Data in the table are the mean ±standard deviation.The same below.

2.2　牡丹授粉后籽粒败育情况

‘凤丹’子房胚珠数目较多，自然条件下完成授粉后，仍有大部分籽粒在发育初期便发生败育退化。发生败育的籽粒首先表现出生长放缓或停滞，粒径明显小于饱满籽粒；败育籽粒内容物均被吸收，仅留一浅褐色空瘪种皮，至籽粒成熟时仍残存于果荚内壁(图2)。表2表明，试验所选取‘凤丹’植株每荚(心皮)内有胚珠21.4粒，开花后由于营养竞争等原因，大部分幼胚发生败育。花后20～32 d，每荚饱满籽粒数目基本保持在6.0～6.5粒；正败育籽粒则保持在约2.5粒，而已败育籽粒数量并未增加，稳定在11.8～13.0粒。表明大部分败育籽粒在花后20 d前已完成败育，少数籽粒败育过程持续至花后32 d之后。这与马雪情等[22]认为花后0～26 d为‘凤丹白’牡丹授粉与籽粒形成的关键时期(S1)的结论一致。

a.牡丹籽粒形成期(S1)败育情况Tree peony seeds abortion at grain formation stage(S1)；b.S1～S4为牡丹籽粒发育的4个阶段Seed developmental stages(S1-S4)

图2　 ‘凤丹白’牡丹籽粒败育情况及发育关键时期特征Fig.2　 Abortion and key development stages of tree peony seeds

注：统计花朵均选自同一植株，心皮5枚，每果5荚。表中数据表示每荚(心皮)籽粒数目。

Note: Flowers are selected from the same plant, carpels 5, pod 5 per fruit.The data in the table represent grain number per pod(carpel).

2.3　摘除雄蕊和花瓣对牡丹结实特性的影响

摘除雄蕊、花瓣、雄蕊+花瓣对‘凤丹’结实特性有显著影响。表3显示，摘除雄蕊、花瓣、雄蕊+花瓣3种处理均极显著地降低‘凤丹’的结实能力，3种处理单果籽粒数量分别比对照减少36.31%、34.72%和59.52%(P<0.01)。同时，3种处理也极显著地降低了‘凤丹’单果籽粒鲜质量和干质量，其中单果籽粒干质量分别比对照减小40.56%、42.90%和54.29%(P<0.01)。

籽粒百粒质量反映其库容大小和籽粒饱满程度，摘除雄蕊、花瓣器官后，‘凤丹’籽粒饱满程度亦受到一定影响。摘除雄蕊、花瓣处理使百粒质量略有减小，而摘除雄蕊+花瓣处理后籽粒更加饱满，百粒质量显著高于对照19.82 %(P<0.05)(表3)。这可能是由于摘除雄蕊+花瓣处理降低‘凤丹’结实能力，单果籽粒数仅为对照的40.48%，一定程度上缓解籽粒发育后期的营养竞争，从而使籽粒更加饱满。

表3　不同处理对‘凤丹’结实特性的影响Table 3　Effects of different treatments on fruiting characteristics of tree peony cv.‘Fengdan’

注：同一列不同小写和大写字母分别表示在0.05和0.01水平上差异显著。

Note：Different lowercase and capital letters in a column are significantly different at the levels ofP<0.05 orP<0.01.

2.4　摘除雄蕊和花瓣对牡丹籽粒种仁化学成分的影响

糖类、蛋白质和粗脂肪质量分数是衡量‘凤丹’牡丹籽粒种仁化学成分的重要指标。牡丹籽粒种仁中贮藏有较多的脂肪、蛋白质和碳水化合物，摘除雄蕊、花瓣、雄蕊+花瓣对牡丹籽粒三大营养贮藏物质质量分数的影响不同(图3)。油用牡丹生产的根本目的，是获得较高的籽粒产量、相对较高质量分数的脂肪及优良的油脂品质。牡丹籽粒种仁出油率是其重要的农艺性状，亦是油用牡丹丰产栽培与品质调控的重要指标。摘除雄蕊、花瓣、雄蕊+花瓣对‘凤丹’牡丹籽粒种仁粗脂肪质量分数影响较小，显著提高‘凤丹’牡丹籽粒蛋白质质量分数(P<0.05)。

图柱上大小写字母分别表示在0.01和0.05水平的差异显著性Uppercase and lowercase letters represent the significant difference at levels of 0.01 and 0.05, respectively

图3不同处理对牡丹籽粒营养物质质量分数的影响
Fig.3Effectsofdifferenttreatmentsonnutrientmassfractionoftreepeonyseeds

油酸、亚油酸和亚麻酸是牡丹籽油的主要功能组分，决定了牡丹籽油的营养和保健价值[2,23]。籽油中3种主要脂肪酸, 相对质量分数以亚麻酸(35.90%～38.40%)最多，亚油酸(29.00%～30.80%)次之，油酸(24.40%～26.40%)较少，与前人研究结果一致[20-21]。表4显示，摘除雄蕊、花瓣、雄蕊+花瓣处理对牡丹籽油中亚油酸和亚麻酸质量分数影响不同：亚油酸质量分数有减少趋势，亚麻酸质量分数则呈增加趋势，但对不饱和脂肪酸总量影响较小，均在92%以上。表明摘除雄蕊、花瓣、雄蕊+花瓣处理对‘凤丹’牡丹油脂品质有一定影响，其内在机理有待深入研究。

表4　不同处理对牡丹籽粒油脂的脂肪酸组分和相对质量分数的影响Table 4　Effects of fatty acid composition and relative mass fraction of tree peony seeds under different treatments

3　讨论与结论

牡丹属于常异交植物，自花或同株异花授粉结实率极低，授粉过程主要依赖蜂类等昆虫活动，风媒的作用相对较小[10-14]。牡丹开花前后叶片光合机能不完善，净光合速率较小，此阶段叶片和花器官正在快速发育，叶片的光合作用能力还无法满足植株自身的需求[24-25]，授粉后花朵自身花瓣等各器官贮存的有机和无机养分，再转运对幼胚早期发育有着重要的贡献。试验结果表明，实施摘除雄蕊、花瓣、雄蕊+花瓣3种处理，导致牡丹授粉后幼胚败育加剧，使牡丹籽粒的生产性能显著下降，其中以摘除雄蕊+花瓣处理表现最强烈。造成牡丹幼胚大量败育的原因，可能是多方面的。笔者推测有3种：首先，牡丹花朵大、花粉数量多，可以吸引蜂类多次访花，增加雌蕊授粉的概率，摘除雄蕊和花瓣对昆虫传粉有不利作用；其次，牡丹完成受精后，花瓣开始进入衰老过程，牡丹雄蕊、花丝和花瓣含有丰富的矿质、碳水化合物、蛋白质和维生素等营养成分，其营养物质的再分配与转移利用可能是籽粒初期发育的重要营养来源和信号源之一，摘除雄蕊和花瓣器官后加剧了幼胚间的营养竞争。授粉后幼胚作为代谢库，与衰老的雄蕊及花瓣之间建立起临时的源库关系，花器官养分回流可以缓解幼胚初期发育的养分供应不足，摘除雄蕊及花瓣打破了源库平衡，导致幼胚发育停止，使牡丹籽粒数量减少；再次，牡丹在中原地区的群体花期为4月上旬，此时气温较低，牡丹花朵一天中存在明显的闭合现象，由于牡丹雌蕊与雄蕊异熟，摘除雄蕊和花瓣后花朵雌蕊的天然保护屏障受到人为破坏，雌蕊柱头的活力与维持时间受到不利影响。因此，在充分研究油用牡丹授粉生物学的基础上[11,26]，深入研究去除雄蕊、花瓣、雄蕊+花瓣导致牡丹籽粒幼胚败育加剧的生理生化机理是亟待开展的重要课题。

雄蕊和花瓣对‘凤丹’牡丹受精、籽粒初期发育和化学成分形成具有重要的调控作用。人工摘除雄蕊和花瓣极显著地降低了牡丹的结实能力与生产性能，亦改变了成熟期籽粒中淀粉和蛋白质质量分数，并在一定程度上影响了油脂脂肪酸组分，但对籽粒粗脂肪质量分数影响有限。显然，生产实践中采摘雄蕊和花瓣用于牡丹食品开发的措施有较大的风险，可能不利于牡丹籽粒的初期发育及产量的形成，建议油用牡丹生产上不要直接采摘花期的雄蕊和花瓣，以免导致牡丹籽粒生产性能和油脂品质的下降。生产上可以采取疏花措施，摘除部分生长势相对较弱的花朵用于牡丹食品加工利用，保障保留的牡丹果荚得到充分的养分供应，为油用牡丹的高产优质奠定基础。

参考文献Reference：

[1]李嘉钰,张西方,赵孝庆.中国牡丹[M].北京：中国大百科全书出版社,2011.

LI J Y,ZHANG X F,ZHAO X Q.Chinese Tree Peony[M].Beijing:Encyclopedia of China Publishing Press,2011.

[2]史国安,焦封喜,焦元鹏,等.中国油用牡丹的发展前景及对策[J].中国粮油学报,2014,29(9)：124-128.

SHI G A,JIAO F X,JIAO Y P,etal.Development prospects and strategies of oil tree peony industry in China[J].JournaloftheChineseCerealsandOilsAssociation,2014,29(9):124-128.

[3]史国安,郭香凤,包满珠.不同类型牡丹花的营养成分及体外抗氧化活性分析[J].农业机械学报,2006,37(8)：111-114.

SHI G A,GUO X F,BAO M ZH.Analysis of nutritional components and antioxidant capacities in flowers of peony[J].TransactionsoftheChineseSocietyforAgriculturalMachinery,2006,37(8)：111-114.

[4]赵海军,傅茂润.牡丹雄蕊的营养成分研究[J].山东林业科技,2010(5)：24-27.

ZHAO H J,FU M R.Study on the nutritional components of tree peony stamen[J].JournalofShandongForestryScienceandTechnology,2010(5)：24-27.

[5]傅茂润,刘峰,赵海军,等.牡丹雄蕊的营养成分和抗氧化能力研究[J].中国食物与营养,2011,17(5)：71-74.

FU M R,LIU F,ZHAO H J,etal.Analysis of nutritional components and antioxidant activity of peony stamen[J].FoodandNutritioninChina,2011,17(5)：71-74.

[6]刘萍,张少帅,丁义峰,等.牡丹常见品种花瓣中主要营养成分与食用安全性分析[J].北方园艺,2012(1)：86-88.

LIU P,ZHANG SH SH,DING Y F,etal.Analysis of nutritional components and safety for eaten in common flowers of peony [J].NorthernHorticulture,2012(1)：86-88.

[7]ASHMAN T L,SCHOEN D J.How long should flowers live? [J].Nature,1994,371：788-791.

[8]ASHMAN T L.Pollinator selectivity and its implication for the evolution of dioecy and sexual dimorphism[J].Ecology,2000,81:2577-2591.

[9]杨勇,骆劲涛,张必芳,等.四川牡丹的花部特征和繁育系统研究[J].植物资源与环境学报, 2015, 26(4):97-104.

YANG Y,LUO J T,ZHANG B F,etal.Studies on floral characteristics and breeding system ofPaeoniadecomposita[J].JournalofPlantResourcesandEnvironment,2015,26(4):97-104.

[10]罗毅波,裴颜龙,潘开玉,等.矮牡丹传粉生物学的初步研究[J].植物分类学报,1998,36(2)：134-144.

LUO Y B,PEI Y L,PAN K Y,etal.A Study on pollination biology ofPaeoniasuffruticossubsp.spontaea[J].ActaPhytotaxonomicaSinica,1998,36(2)：134-144.

[11]董兆磊.‘凤丹’(Paeoniaostii‘Fengdan’)生殖生物学的初步研究[D].北京：北京林业大学,2010.

DONG ZH L.A preliminary study on reproductive biology ofPaeoniaostii‘Fengdan’ [D].Beijing:Beijing Forestry University,2010.

[12]李奎,郑宝强,王雁,等.滇牡丹的开花特征及繁育系统[J].东北林业大学学报,2013,41(1)：63-67.

LI K,ZHENG B Q,WANG Y,etal.Flowering characteristics and breeding system ofPaeoniadelavayi[J].JournalofNortheastForestryUniversity,2013,41(1)：63-67.

[13]骆劲涛.四川牡丹的传粉生物学研究[D].成都：四川农业大学,2013.

LUO J T.Study on pollination biology ofPaeoniadecomposita[D].Chengdu:Sichuan Agriculture University,2013.

[14]李奎.滇牡丹保护生物学与遗传多样性研究[D].北京：中国林业科学院,2013.

LI K.Studies of conservation biology and genetic diversity ofPaeoniadelavayi[D].Beijing:China Academy of Forestry Science,2013.

[15]BIELESKI R L.Onset of phloem export from senescent petals of daylily[J].PlantPhysiology,1995,109：557-565.

[16]JONES M L.Mineral nutrient remobilization during corolla senescence in ethylene-sensitive and insensitive flowers[J].AoBPlants,2013,5:1-11.

[17]CHAPIN L,JONES M.Nutrient remobilization during pollination-induced corolla senescence inPetunia[J].ActaHorticulturae,2007, 755:181-190.

[18]VERLINDEN S.Changes in the mineral nutrient concentrations in petunia corollas during development and senescence[J].HortScience,2003,38:71-74.

[19]TRIVELLINI A,FERRANTE A,VERNIERI P,etal.Spatial and temporal distribution of mineral nutrients and sugars throughout the lifespan ofHibiscusrosa-sinensisL.flower[J].CentralEuropeanJournalofBiology,2011,6(3):365-375.

[20]戚军超,周海梅,马锦琦,等.牡丹籽油化学成分GC-MS分析[J].粮食与油脂,2005,19(11)：22-23.

QI J CH,ZHOU H M,MA J Q,etal.GC-MS analysis of chemical constituents of tree peony seed oil [J].Cereals&Oils,2005,19(11)：22-23.

[21]史国安,郭香凤,金宝磊,等.牡丹籽油超临界CO2萃取工艺优化及抗氧化活性的研究[J].中国粮油学报,2013,28(4):47-50.

SHI G A,GUO X F,JIN B L,etal.Optimization of supercritical CO2extraction and analysis of antioxidation activity of peony seed oil [J].JournaloftheChineseCerealsandOilsAssociation,2013,28(4):47-50.

[22]马雪情,刘春洋,黄少峻,等.牡丹籽粒发育特性与营养成分动态变化研究[J].中国粮油学报,2016,31(5):71-76.

MA X Q,LIU CH Y,HUANG SH J,etal.Studies of seeds developmental characteristics and nutritional components of oil tree peony[J].JournaloftheChineseCerealsandOilsAssociation,2016,31(5):71-76.

[23]LI S S,YUAN R Y,CHEN L G,etal.Systematic qualitative and quantitative assessment of fatty acids in the seeds of 60 tree peony(PaeoniasectionMoutan DC.) cultivars by GC-MS[J].FoodChemistry,2015,173:133-140.

[24]何秀丽.大田牡丹光合特性的研究[D].山东泰安：山东农业大学,2005.

HE X L.Studies photosynthetic characteristics of field tree peony [D].Tai’an Shandong:Shandong Agriculture University,2005.

[25]丰亚南,郑国生,王宗正,等.牡丹开花前后碳水化合物的分配与光合速率的关系[J].园艺学报,2007,34(1)：153-156.

FENG Y N,ZHENG G SH,WANG Z ZH,etal.Relationship between carbohydrate allocation and photosynthesis during florescence and flower senescence period in tree peony[J].ActaHorticulturae,2007,34(1)：153-156.

[26]司冰.油用牡丹‘凤丹’的授粉特性研究[D].陕西杨凌：西北农林科技大学,2016.

SI B.Studies on the pollination characteristics of oil tree peony ‘Fengdan’ [D].Yangling Shaanxi:Northwest A&F University,2016.