莲雾开花习性及花粉萌发和授粉特性分析

龙 兴，张 继，周双云，安振宇，方 仁，邓 彪，尧金燕

(广西农业科学院园艺研究所，广西 南宁 530007)

【研究意义】莲雾(SyzygiumsamarangenseMerr. et Perry)原产于马来半岛[1]，于17世纪由荷兰引进我国台湾并逐渐发展成为当地的重要经济果树之一[2]。台湾莲雾种植的成功刺激带动了在海南、广西、广东和福建等省(区)的引进种植，因此莲雾已逐渐发展成为热区农民增收的特色经济果树[3-4]。目前我国大陆地区推广栽植面积较大的莲雾品种有黑金刚、大叶红和泰国红等，这些品种大部分从台湾地区引进，少数从东南亚国家或地区引进，但这些品种存在高温时果实着色不良、裂果，或不耐寒，或品质欠佳等缺点。我国引种的莲雾品种达30多个[1]，但不同品种间花粉量及其可育性存在差异，部分品种可作为杂交亲本用于培育新品种，如近年来台湾选育的台农二号莲雾即为采用泰国红和印尼大果为父母本杂交培育而成。而掌握莲雾开花习性和授粉特性是合理开展杂交育种的基础。因此，进行莲雾开花习性和授粉特性研究，对开展莲雾品种遗传改良和选育具有重要意义。【前人研究进展】国内对莲雾开花习性的研究主要集中在花朵营养成分含量和成花机理分析等方面。任红等[5-6]研究发现，莲雾花的营养成分种类齐全，含量丰富，营养价值较高，包含8种人体必需氨基酸，其中的挥发性成分以萜烯类为主，含有多种生物活性成分。林波等[7]研究表明，莲雾花具有较强的体外抗氧化性。莲雾自然条件下为春花夏果，但生产上多采用人工调节反季开花。章希娟等[8]研究莲雾反季节遮阳催花过程中叶片内源激素的动态变化和激素平衡变化动态，结果表明，在花芽分化期，莲雾叶片中高水平的脱落酸(ABA)和玉米素(ZT)、低水平的赤霉素(GA3)和生长素[IAA/ABA、GA/ABA、(IAA+GA3)/ABA]，以及高水平的ZT/GA3有利于莲雾成花。全振炫等[9]研究显示，莲雾顶芽成花需要一定的碳水化合物储备，在遮阳处理控制营养生长的同时，可促进顶芽淀粉粒积累，为成花打下必要的物质基础。杨光华等[1]研究表明，莲雾种质资源十分丰富，包括栽培品种、半栽培品种、野生种和变种等数十种，不同种质间的抗逆性、果色、品质和花粉特性具有明显差异。其中，花粉作为植物种质的一种形式[10]及植物发育进化和育种研究的关键性状，其活力是植物育种成败的关键[11]。【本研究切入点】目前，关于促进莲雾提早开花的研究较多[4，12-14]，但关于莲雾开花习性和花粉萌发特性的研究鲜见报道。【拟解决的关键问题】观测2个莲雾品种的开花习性、花粉活力和影响其授粉成功率的外在因素，分析人工杂交授粉对其果实品质的影响，为培育综合性状良好、适合南亚热带气候带发展的优良莲雾品种提供技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验材料为大叶红和泰国绿钻石莲雾品种7年生健壮无病虫害植株的花粉，该2个品种均种植于广西农业科学院园艺研究所莲雾资源圃。

1.2 试验方法

1.2.1 开花习性和花粉形态观测 在莲雾花被开始松散分离至谢花期间定期观察记录莲雾花被、花柱、花丝、花药、花粉、花蜜和花序等的动态变化规律。于每天的7：00-11：00采集莲雾盛花期花朵，置于带盖塑料杯中迅速带回实验室，用镊子将花药取下后，将其摊于放有硫酸纸的培养皿中，置于避风干燥处自然散粉0.5 h，待完全散粉后用授粉笔粘取花粉均匀撒在双凹载玻片上，置于OLYMPUS-BX53显微镜下观察，选取较典型的花粉粒，在200～400倍显微镜下拍照并观察花粉形状及萌发孔和外壁纹饰等特征。

1.2.2 花粉可育性测定 最适蔗糖质量浓度测试：通过前期预试验已确定蔗糖半固体培养基中琼脂质量浓度为5.0 g/L；在双孔凹型玻片孔内分别滴入5 %、10 %、15 %和20 %蔗糖溶液0.1 mL，等待5 min培养液冷却为半凝固态后，用授粉笔蘸取适量新鲜莲雾花粉均匀散布在培养基上，将载玻片水平置于铺有湿润脱脂棉的培养皿内，在温度28 ℃、光照2000 lx条件下保湿培养6 h，重复3次。用OLYMPUS-BX53显微镜观察检测花粉萌发情况，每个玻片随机选取3个不重复的视野，统计萌发率，筛选出最佳培养效果的蔗糖浓度为10 %。其中花粉管长度大于花粉直径视为花粉萌发。

最适花粉萌发温度测试：在双孔凹型玻片孔内滴入10 %蔗糖培养液0.1 mL，等待5 min培养液冷却成半凝固态后，用授粉笔将新鲜莲雾花粉均匀散布在培养基上，分别在20、25、30和35 ℃及2000 lx光照下培养6 h，重复3次。显微镜下检测花粉萌发情况，以花粉管长度大于花粉直径视为花粉萌发，统计花粉萌发率，筛选最适花粉萌发温度。

花粉萌发率(%)=萌发的花粉数/检测的花粉总数×100

1.2.3 授粉时间分析 分别在开花前2和1 d、开花当天及开花后1和2 d(分别以-2、-1、0、+1和+2表示)以大叶红为母本、泰国绿钻石为父本进行杂交授粉时间测试，每组授粉花朵数在10朵以上。授粉的花朵在开花前1 d于花被松散时用镊子对整穗花苞进行去雄处理，并用透明白色纸袋套住花穗防止授粉花粉以外的花粉落入柱头。最终确定最佳授粉时间。

1.2.4 人工杂交授粉对果实性状影响 随机取大叶红与泰国绿钻石互相授粉及2个品种自然授粉的各10个果实，分析其果长、果宽、果形指数、单果重和可溶性固形物含量。自然授粉的莲雾植株在花朵开放前采用白色网袋进行整株笼罩，以防昆虫等传媒带来其他莲雾品种的花粉授粉。

1.3 统计分析

采用SPSS 10.0对莲雾花粉萌发率和果实性状数据进行统计并进行t检验。

2 结果与分析

2.1 莲雾的开花习性和花粉形态观测

观察发现，莲雾品种泰国绿钻石和大叶红在广西南宁的花期均为3月下旬至5月上旬，开花期间有暂停间断期，但在两星期内又开放下一批花。从图1可看出，在开花前1 d的上午，莲雾紧闭的花被逐渐松散而分离，可见花柱显露(图1-A)，至下午(18：00左右)花蕾呈半开状态，花丝呈弹出状(图1-B)。花朵开放当天的7：00左右花被完全展开，花柱首先由弯曲状态逐渐伸直，并在花柱基部分泌蜜液，花丝开始伸直，花药逐渐由外而内开裂散出花粉，然后花柱完全伸直(图1-C)；至10：00左右外层花药的花粉已逐渐散尽，仅剩较内层花药有少量花粉，11：00-12：00花粉完全散尽。在花朵开放的第2天上午开始谢花，花丝逐渐耷拉变软脱落，但柱头仍然伸展有力(图1-D)。

观察发现，莲雾的花期和花药开裂时间受开花时温度影响，温度较高时开花过程和花粉散发时间较短。从图2可看出，莲雾花序由最外层开始向内开放，由最下层往上开放，多数情况下花序最顶端花朵最早开放。正常情况下，莲雾花朵从开始开放至完全开放用时不足30 h，花粉从花药散出至散尽约需4 h。

综上所述，莲雾授粉时花粉收集最佳时间为开放当天的7：00-11：00。

从图3可看出，莲雾花粉形态大部分为三角形，个别为四边形，但均有3个发芽孔；2个莲雾品种间的花粉大小存在差异，其中大叶红的花粉约0.51 μm，泰国绿钻石的花粉约0.42 μm。

图2 莲雾花序开放情况Fig.2 Inflorescence of wax apple

A：10×目镜和20×物镜下大叶红的花粉显微状；B：10×目镜和40×物镜下泰国绿钻石的花粉显微状A：Pollen micrograph of Dayehong wax apple under 10× eyepiece and 20× objective：B：Pollen micrograph of Thailand green diamond wax apple under 10× eyepiece and 40× objective图3 莲雾花粉显微图Fig.3 Micrograph of the pollen of wax apple

2.2 花粉的可育性测定

由表1可知，在含10 %蔗糖的培养基中，莲雾花粉的发芽率最高，为26.58 %，显著高于蔗糖浓度为15 %和20 %的培养基(P<0.05，下同)，但与蔗糖浓度为5 %的培养基发芽率24.55 %无显著差异(P>0.05，下同)；在含20 %蔗糖的培养基中，莲雾花粉的发芽率最低，为2.13 %，显著低于其他3个蔗糖浓度的培养基。进一步测试20、25、30和35 ℃对莲雾花粉萌芽的影响，结果(表2)表明，以10 %蔗糖溶液为培养基，在25 ℃下其发芽率为8.73 %，在30 ℃下发芽率最高，为29.35 %(萌芽情况见图4-A)，在20 ℃下发芽率较低，为4.72 %(萌芽情况见图4-B)，在35 ℃下发芽率最低，为0.71 %。说明培养基中含10 %蔗糖、温度为30 ℃是莲雾花粉萌发的最佳条件。从图4可看出，莲雾的花粉管较长，呈弯曲状，且生长较整齐，说明供试2个莲雾品种的花粉活力较强，可育性较高。

表1 不同蔗糖浓度对莲雾花粉发芽的影响Table 1 Effect of sugar concentration on pollen germination in wax apple

注：同列数据后不同小写字母表示差异显著(P<0.05)，下同。

Note:Different lowercase letters in the same column represented significant difference(P<0.05)，the same as below.

2.3 莲雾授粉时间的分析结果

在花朵开放前1 d、开放当天和开放后1 d授粉的莲雾其果实均产生了种子，其中以花朵开放当天授粉的结籽率最高，为100.0 %，开放前1 d和后1 d授粉的结籽率较低，均为30.0 %，而开放前2 d及开放后2 d授粉的花朵其果实均无种子(表3)。由表3可知，以花朵开放当天授粉的平均结籽数最多，为3.2粒/果，显著高于其他授粉时间的平均结籽数，但花朵开放前1 d和后1 d授粉的平均结籽数无显著差异。说明以花朵开放当天为最佳授粉时间。

表2 不同温度对莲雾花粉发芽的影响Table 2 Effect of temperature on pollen germination in wax apple

A：莲雾花粉在30 ℃下的萌芽情况；B：莲雾花粉在20 ℃下的萌芽情况A：Germination of the pollen of the wax apple at 30 ℃；B：Germination of the pollen of the wax apple at 20 ℃图4 莲雾花粉在10 %蔗糖浓度下的萌芽情形Fig.4 Germination of the pollen of the wax apple at the concentration of 10 % sucrose

2.4 人工授粉对莲雾果实性状的影响

将人工杂交授粉和自然自交授粉收获的果实进行品质分析。由表4可知，泰国绿钻石人工杂交授粉的果实果长为72.81 mm，果宽为50.91 mm，单果重为75.25 g，果形指数为1.43，可溶性固形物含量为9.47 %，分别显著高于自然授粉果实的59.92 mm、46.78 mm、48.23 g、1.27和8.74 %。大叶红人工杂交授粉果实的果长、果宽、单果重和可溶性固形物含量均显著大于自然自交授粉果实，但果型指数无显著差异。说明通过人工杂交授粉能显著提高莲雾果实大小、单果重和可溶性固形物含量。

3 讨 论

正常情况下，莲雾花蕾在开放前1 d的上午其花被会有明显的松散分离现象，到约18：00花被分离程度扩大，接近半开放状态，此时柱头和花丝仍呈弯曲状，到第2天的6：00-8：00已完全开放。而本研究发现少部分莲雾花朵在下午开花，推测是莲雾开花行为受气温影响，如气温升高会提早开花或温度降低使开花延后，因此造成部分花朵在下午开放。

表3 莲雾柱头不同时间接受花粉后的结籽情况*Table 3 Stigma receptiblity of wax apple pollinateed at different times

注：*每组授粉10朵花。

Note:*means average of 10 flowers.

表4 人工授粉对莲雾果实性状的影响Table 4 Effect of controlled pollination on fruit characters of wax apple

注：*果型指数=果长/果宽。

Note:* indicates the index of fruit shape is Length/Diameter.

在本研究中，莲雾花序一般情况下由最外层开始向内开放，由最下层往上开放，多数情况下花序最顶端的花朵最早开放，个别花序最顶端的花朵最晚开放。

本研究结果表明，莲雾开花当天授粉其结籽率达100.0 %，可能与供试莲雾品种花粉量均十分丰富和花粉可育性强有关；在开花当天进行2个品种互交，表现出高结籽率，而大叶红莲雾具有耐寒性高、果实色泽艳红等优点[15]，因此大叶红可作为莲雾杂交育种的理想亲本利用；在开花前2 d去雄授粉的莲雾结籽率为0，原因可能是莲雾柱头尚处于无活力状态；在花朵开放前1 d授粉的结籽率达30.0 %，说明莲雾柱头从花被松散分离时即开始逐渐进入有效状态，并持续至开放第2天花丝开始脱落，可见莲雾花朵柱头的生活力远强于花粉，其授粉期限主要受限于花粉活力和花粉管生长的影响，因此在进行莲雾杂交授粉时需注意根据花粉活力旺盛的时间来选择授粉时机。

在花粉离体培养发芽试验中，蔗糖浓度和温度对莲雾花粉发芽的影响十分明显。不同植物花粉萌发和花粉管生长的最适温度存在差异，一般来说耐寒植物花粉萌发的适温较低，而喜温植物花粉萌发的适温较高[16]。本研究中，在20 ℃时莲雾花粉的发芽率仅4.72 %，随着温度升高花粉萌芽率提高，在30 ℃花粉萌发率达最高，为29.35 %，与莲雾是典型的热带果树、其开花需要相对高的温度的生长习性相符[17-18]。但在35 ℃时花粉的发芽率迅速降至0.71 %，推测是温度过高致使花粉活力快速降低所致。本研究中，在含10 %蔗糖的培养基中，莲雾花粉的萌发率高于其他蔗糖浓度培养基；在含5 %和10 %蔗糖的培养基中，花粉的发芽率无显著差异，当蔗糖浓度提高到15 %及以上时花粉的发芽率显著降低，说明适宜蔗糖浓度的培养基对莲雾花粉离体萌发具有一定的促进作用，而蔗糖浓度过高时培养基中渗透压增大，会导致花粉失水，产生质壁分离和花粉管破裂等现象，从而抑制花粉离体萌发，与初庆刚等[19]研究认为蔗糖对植物花粉离体萌发具有积极效应的观点一致。

本研究供试2个莲雾品种互相杂交授粉收获的果实与自然自花授粉收获的果实在果形、单果重和可溶性固形物含量等方面存在显著差异，可能是存在花粉果实直感效应[20]的缘故，即许多园艺作物果实的物理与化学特性包括果实大小、性状、品质、颜色、贮藏期限及成熟期早晚等会受到花粉刺激的影响。本研究供试品种过少，不同莲雾花粉源对同一品种进行人工授粉其果实性状和品质是否会存在差异，以及杂交后代植株性状和更多的果实性状变化情况有待在下一步工作中深入探究。

4 结 论

莲雾杂交授粉成功率主要受花粉生活力、柱头有效状态和温度3个因子影响，最适授粉温度为25～30 ℃，花粉收集最佳时间为花朵开放当天的7：00-11：00，授粉最适时间为开花当天。