麻竹开花不孕发育过程及育性调控研究

徐振国，梁晓静，梁梅华，黄大勇，罗圣杏

（1.广西壮族自治区林业科学研究院 广西优良用材林资源培育重点实验室，广西 南宁 530002；2.广西生态工程职业技术学院，广西 柳州 545004）

竹类植物属无性繁殖的多年生植物，开花结实较为罕见，自然状态下结实率较低[1]。竹类植物开花后多数死亡，给林业生产带来损失[2]，由于竹类植物开花具稀少性、随意性和不确定性等特点，使得有关竹子开花结实、花粉萌发及贮藏等方面的研究进展迟缓[3-4]。目前，有关竹子开花的现象及花粉形态的研究已有部分报道，且收获种子多数以自然开花下结实为主[5-11]，乔桂荣[12]采用石蜡切片的观察方法，从麻竹细胞的显微结构上，观察了花粉的发育过程；钟远标[13]以麻竹为材料开展繁育系统的系统研究，阐明了竹类植物的开花特性及结实规律。上世纪末，国内科学家开始利用竹子的开花进行育种，宁才强等[14]以开花的撑篙竹Bambusa pervariabilis和大绿竹Dendrocalamopsis daii Keng f.为材料，经过12 a杂交选育出了4个优良杂交新竹种；邢新婷等[8]开展了麻竹控制授粉时不同气候条件和花枝位置对结实率的研究，并获得了少量种子；袁金玲等[15]对麻竹等5个开花的丛生竹种进行人工授粉，分别获得麻竹种子388粒、麻竹种内和麻竹×绿竹种子1 495粒。2000年后，桂北部分竹农开始利用生长素对开花毛竹进行处理，获得大量种子；孙立方[11]据毛竹Phyllostachys edulis生殖发育阶段所需营养，设计配方，用来提高其种实产量，其结实率为 100%，其中成熟饱满种子比例平均为58%，得出了促进毛竹种实产量最优配方。虽然上述研究取得了部分成果，但与传统农作物相比还有很大差距，竹类植物在杂交育种和种质创新方面需进一步深入研究。

麻竹具有出笋早、产量高、经济效益显著等特点[16]。在高度集约经营过程中，麻竹经常出现零星开花，且在自然状态下开花的麻竹结实率很低，严重制约了该类植物的遗传改良进程。本研究立足于麻竹花分化形成到开花期这段决定麻竹开花发育和退化的关键时期，分析麻竹开花模式，掌握麻竹花期形态发生过程，并以此为依据进行花期调控，摸索麻竹开花结实新技术。

1 试验地概况与研究方法

1.1 试验地概况

麻竹开花生物学特性观察主要在广西贵港瓦塘乡、广西玉林博白县、广西来宾金秀县、广西桂林灌阳县，这4个地点共发现开花麻竹21丛、107株。激素调控试验设在广西桂林灌阳县洞井洞井瑶族乡麻竹示范基地，该地位于118°55′E，25°16′N，海拔337 m，属亚热带季风气候区，年均气温17.5 ℃，略低于全县平均气温，雨量充沛，年降雨量在1 530 mm以上，光照充足。

1.2 麻竹开花生物学特性调查

定点踏查：标记开花的麻竹，记录开花地点，开花时间，经纬度、栽培模式，开花类型（局部开花或全体开花）、死亡情况（开花致死、开花不死、或者两者并存）、结实状况（开花结实、开花不结实、处理后结实、处理后不结实）[2]。

定株观察：记录麻竹开花的起止日期，观察花穗出现和展放的时间、花药生长等生物特性；观察麻竹开花、授粉及到种子成熟的过程，记录麻竹花、种子和竹秆的变化特征[17]。

1.3 麻竹花粉形态观察

于9:00前，采集盛开的新鲜花药置于干燥的硫酸纸上，阴干30～60 min，抖出花粉，放入干燥的离心管，加入FAA固定液，固定24 h以上，放入有冰袋的冰盒，带回实验室。置于电镜前进行晾晒，直接涂散在导电双面胶带上，喷金镀膜，移入场发射环境扫描电子显微镜（VEGA3 TESCAN）下进行观察[11]。

1.4 麻竹开花激素调控

采用竹腔注入法研究外源生长调节剂对麻竹花发育和结实的调控效应。激素种类包括生长素（IAA）、赤霉素（GA）和脱落酸（ABA）3种激素，分别于开花前期、开花中期、开花后期等3个分化时期向竹腔内注入外源激素。注射选用5号针头和2 mL针筒，选择离地径10 cm左右的竹节注射，每丛注射5株。于11月底，记录每株穗粒数和产量。

试验采用L9(3)4进行正交试验，共9个样地，每个处理5株。为消除不同竹种间施肥所产生的差异性，采用各单株种子数量与胸径之比进行分析，数据采用SPSS 16.0软件进行处理。

2 结果与分析

2.1 麻竹开花的基本生物学观察

统计21丛开花麻竹，结果表明：15丛为整丛开花，6丛为部分单竹开花；麻竹开花不成片，零星分布；立地相同的麻竹林内，不同竹丛开花的最小距离为3～5 m（相邻），最大距离超过10 km（图1A）。麻竹开花前期，竹笋产量低或者停止生长，小枝生长变态叶直至几乎无叶，自然状态下开花的麻竹无种实（图1B）。麻竹开花后丛内竹株陆续干枯死亡，一方面由于麻竹开花结实要消耗掉大量的养分，而这些养分来自根、茎、叶，所以开花结实后，营养器官中贮存的营养大部分被消耗，更重要的是开花后竹叶全部脱落，光合作用减弱，竹株上部水分骤减，竹株生理脱水严重，最后导致干枯死亡[1]。

通过野外观察表明，麻竹花期持续时间较长，每年4—11月均能开花。麻竹属假花序，无叶，花枝穗状。花为颖花，性器官是花小穗和小花。花小穗的组成，平均由3～10朵小花组成，有的多达15朵。小穗棕紫色，长圆形，侧面较扁（图1C）。小穗轴节间极短缩，颖片通常2枚；小花在开放时颖片吸水膨胀，雌雄花期不同步，雌蕊花丝先成熟，其末端卷曲或微卷，呈淡紫红色，线形，易枯萎（图1E）；内外稃片微张开，花丝及花柱迅速伸长，柱头和花药露出花外，1枚3裂柱头伸出花外，花药呈黄色，顶端尖头（图1D）；竹花属于闭合型。

2.2 麻竹花粉的形态特征

通过电镜扫描观察，麻竹花粉形态在显微镜下观察为近球形，表面凹凸状，花粉平均直径为27.1 μm，外壁纹饰密布细小颗粒物，具单个萌发孔，在扫描电镜下观察为圆形或者近似圆形，孔周围具有明显的孔环，萌发孔外孔径平均3.83 μm，内孔径平均直径1.96 μm。见图2。

图1 麻竹开花的生物学特性Fig. 1 The floral biological characteristics of Dendrocalamus latiflorus

图2 麻竹的花粉形态及萌发Fig. 2 The pollen shape and genmination of Dendrocalamus latiflorus

2.3 麻竹开花不孕发育过程

选择开花竹株3主枝6分枝进行连续观测，每隔20 min观测开花状态。花芽分3种类型分布：少部分簇生，约有5～10个，大部分花芽2个为1簇，剩余部分基本干瘪退化。

从6:30开始，统计共有14个小枝，115个花芽，其中80%雌蕊全部开放，仅仅2个花芽出现雄蕊。每个花芽大约包含5～12雄蕊，2～5个雌蕊。雄蕊中，花药平均长度6.35 mm，花丝长度3.30 mm。

7:30，有2个花芽雌蕊退化，雄蕊开放外露，只见部分花药，未见花丝。7:50统计，共计13个花芽开放，此时花药已经全部外露，花芽湿润饱满，详细见图3，测量13个花药的长度取平均值，花药平均长度5.35 mm。8:40出现阳光，21个花芽开放，此时，花药与花丝逐渐失水，开始萎缩，到9:40共有60个花芽开放，这段时间内花芽开放比例最大。10:40统计共有64个开放花芽，大部分花芽及花丝开始出现失水萎缩。在花芽开放过程中，雌蕊出现干枯脱落，雄蕊逐渐萌动出稃，因此同一个花芽，雌蕊与雄蕊呈先后顺序开放，无法同时间内自花授粉。太阳出现后，花粉极容易失水，花粉未萌发或者萌发后瞬间干枯失去活力，从而导致异花授粉结实率极低，再加上麻竹开花后，营养元素的不规则转化，导致麻竹体内营养元素供应不足，此结果也导致麻竹开花不实。因此，如果选择人工授粉，应该在光照前进行花粉采集与授粉。

图3 麻竹开花不育的发育过程Fig. 3 Development process of Dendrocalamus latiflorus on flowering infertility

2.4 麻竹种实育性调控研究

药剂处理后40 d左右，观察麻竹花穗及采集到的麻竹种子，见图4。由图4可以看出，激素处理可不同程度地促进麻竹开花，增加麻竹雄花数量，同时激素处理提高了小穗开花比例。麻竹果实为坚果状颖果，卵球形，去稃后的种子表面光滑无毛，腹部微扁平，表面中部有一条明显的纵沟槽，种子先端呈灰黑色，具有由全部或部分花柱发育而成的喙。随机抽取40粒种子，分别测量其长度和直径，结果表明，激素处理后麻竹种子长度变化范围为0.55～0.86 mm，直径为2.22～3.35 mm。

图4 处理后收集的麻竹花穗及种子Fig. 4 The flowering and seeds of Dendrocalamus latiflorus

对不同激素处理进行方差分析，结果见表1。由表1可以看出，生长素的P＝0.047＜0.05，表明生长素营养处理水平差异显著，赤霉素与脱落酸处理差异均不显著。综上所述，可以得出生长素可以促进麻竹育性结实。

3 结论与讨论

麻竹属假花序，花期为每年的4—11月，无叶花枝穗状，开花前竹笋产量降低，小枝生长变态叶直至几乎无叶；花为颖花，由3～10朵小花组成，开放时雌蕊花丝较长且先成熟，属于闭合型。花粉粒平均直径为27.1 μm，具单个萌发孔，外孔径平均3.83 μm，内孔径平均直径1.96 μm。麻竹种子为坚果状颖果，卵球形，种子长度0.55～0.86 mm，直径2.22～3.35 mm。麻竹开花不孕主要有3个原因：①雌蕊与雄蕊呈先后顺序开放，无法同时间内自花授粉；②日照后，花粉及易容易失水，而导致异花授粉结实率极低；③麻竹开花后营养元素的不规则转化，导致麻竹体内营养元素供应不足。另外，钟远标等[13]研究发现，麻竹开花的小穗上只有上部3～4朵小花的柱头能正常伸出稃片外，中、下部小花和开花后期发育的小花生长不良或无法伸出稃片外，导致授粉率偏低，这是结实率偏低的另外一个重要原因。采用竹腔注入法，注射外源生长调节剂对麻竹花发育和结实进行调控，可以促进麻竹开花，增加麻竹雄花数量，提高麻竹育性结实率。

表1 麻竹种实调控方差分析†Table 1 Variance analysis of bamboo seed control

关于麻竹花期记录，部分文献已经有记载。戴启惠在《广西竹种及栽培》中记载，麻竹于每年3—5月开花，4—7月结实；周芳纯与邢欣婷等研究表明，麻竹盛花期常在3—5月，花期一直持续到10—11月。作者通过长年走访调查发现，每年4—11月都能发现开花麻竹，其结论与后两位研究结论相近。另外，在相关文献及教科书中均未发现于麻竹雄蕊描述，如《中国植物志.第九版》《广西竹类植物》仅详细描述的麻竹雄蕊的特征（花丝及花药），其原因可能是因为在麻竹开花过程中，雌蕊萌发较早，雄蕊露出后，雌蕊已经干枯，大多数研究人员忽视了雌蕊的存在。

大量研究表明，植物内源激素对植物开花有调控效应，在小麦Triticum aestivum L.小花两级分化中，激素之间比值稳定可促进可孕花的发育，生长素与其它激素比值的下降导致开花不孕[20]；库尔勒香梨花期各种内源激素之间就已开始相互调节，并且花期不同部位内源激素的分布对果萼的脱落能起关键作用[21]；开花雷竹IAA在竹叶和竹秆中明显地降低；毛竹花期（6月中旬）开花毛竹叶、枝和秆中的生长素含量显著降低[22]。

麻竹因其开花比较频繁，自然结实率较高，被作为竹类育种方法研究的材料。本研究仅仅在开花前期注射植物生长素诱导种子形成，由于麻竹开花受多种激素的调节，激素比值的高低调控不同部位的发育[4]，为更好地调控麻竹开花结实，下一步研究过程中，应了解不同激素在麻竹开花过程中的作用，应着重收集麻竹开花信息，利用其自然开花，开展杂交育种，尤其是种间杂交育种，筛选正反交均优的组合，加快麻竹遗传育种改良进程，促进产业化发展。