白蜡属植物花的生长发育生物学特性研究进展

刘 蓉，吴德军，王因花，任 飞，燕丽萍，周晓锋

（1.中国农业大学 烟台研究院，山东烟台 264670；2.山东省林业科学研究院 山东省林木遗传改良重点实验室，山东济南 250014）

白蜡属（Fraxinus）又称梣属，属木犀科（Oleace⁃ae）木犀亚科（Oleoideae），全世界约有70 种，我国现有29 种[1]。多为落叶乔木；叶为羽状复叶，椭圆形，具短柄；圆锥花序顶生或侧生，花较小，呈不规则萼钟状；多为先叶后花或花叶同放，雌雄异株[2]；花期主要在4— 5月，雌花通常会在雄花开放一周后开花。白蜡属植物喜温暖湿润气候，对土壤条件要求不高，树形优美，长势快，树龄长且适应性较强[3]，常用作行道树和遮荫树；其根系发达，对水土保持有良好的效果，抗性强，耐旱、耐寒[4]、耐涝和耐盐碱[5]，广泛应用于防护林和城市绿化中，是重要的园林绿化树种。白蜡树（F. chinensis）是白蜡虫（Ericerus pela）重要的宿主，白蜡虫分泌的“白蜡”在军事工业、机械制造业、纺织加工业和医学等行业均有重要的利用价值[6]；白蜡树枝条可作为编织业的优良材料；白蜡属植物可提取染料且可做药用[7]，具有抗菌、抗疲劳、抗氧化和调节免疫力等作用[8]。

白蜡属植物为雌雄异株，通过风媒传粉，极易天然授粉杂交，在生产实践中混杂严重，林木后代优良性状表现不明显[9]，导致林相不佳，影响景观效果和生态经济效益。因此，多采用选种进行新品种选育。刘德玺等对白蜡属植物进行了11年的良种选育研究，选出了65株优树；在济南园林苗圃，从收集的60 多个白蜡树优良单株中选出了4 个优良无性系[10]。刘翠兰[11]从绒毛白蜡（F.tomentosa）的种质资源库中选出了耐盐碱的绒毛白蜡新品种‘华雄’。杂种优势是林木育种学研究的重要内容，虽然白蜡属植物的杂交育种较困难，但将传统技术与新技术结合，可对白蜡属植物的优良性状进行有目的的杂交组合，更易获得优良的新品种。王磊[12]以水曲柳（F. mandshurica）为母本、绒毛白蜡为父本，进行种间杂交，并在杂交种中选出了耐盐性强的优良个体。Zeng 等[13-14]以水曲柳为母本、美国白蜡（F.americana）和绒毛白蜡为父本，进行杂交子代的适应性评价，为白蜡种间杂交抗旱和耐盐的表观遗传机制提供了理论依据。燕丽萍[15]进行了绒毛白蜡和美国红梣（F.pennsylvanica）种间及绒毛白蜡种内的杂交育种研究，发现绒毛白蜡杂交子代的遗传变异丰富且有显著的杂种优势，丰富了白蜡属植物树种资源。王因花等[16]进行了绒毛白蜡新品种杂交子代的耐盐性评价，证实了绒毛白蜡杂种优势的可行性，为定向培育优良新品种奠定了基础。花是被子植物的繁殖器官，有繁衍后代的作用，其生长发育过程是植物从营养生长到生殖生长转化的关键时期[17]。了解白蜡属植物亲本花的构造、花粉特性及受精过程是进行白蜡属植物杂交育种的基础，在栽培过程中的花期调控、选配授粉树以及新品种选育和丰富种质资源等方面有重要意义。

1 白蜡属植物花器官形态结构和开花特性

植物花器官各部分的演变过程的差异，使得不同种植物的花结构存在多样性[18]。植物的花部形态特征与花粉机制和授粉方式有紧密关系，进行花器官形态结构研究不仅有助于栽培者掌握花期，适时进行花期管理，也有利于育种者选配杂交亲本，对植物杂交育种和品种改良的开展有积极作用，可为开花生物学特性研究及杂交育种工作提供一定的参考。

目前，关于白蜡属植物花器官形态结构和开花特性的研究较少。宛文鹏[19]利用高压静电场处理白蜡属树种的花粉，发现高压静电场能改变花粉表面的结构，促进与花粉萌发相关物质的积累，提高花粉萌发率，促进白蜡属树种种间杂交育种的效率，表明植物的花器官形态结构与植物的授粉受精过程及自身表现出的抗性有一定的关系；Kremer 等[20]用扫描电镜研究了美国白蜡和与欧洲白蜡（F.excel⁃sior）和狭叶白蜡（F. angustifolia）花粉的微形态差异，为白蜡属植物开花生物学特性提供了一定参考。

2 白蜡属植物的花粉生活力和贮藏

花粉采集时间影响花粉生活力。采集过早，花还未完全成熟，采集的花粉生活力低；采集过晚，花已散粉，难以保障采集量，因此需明确植物花粉采集的最佳时间。花粉采集方式因树种而异。白蜡属植物树形高大，单花花粉产量不高，适用于花枝采集法采集花粉，将花枝剪下后水培，待花朵自然散粉后进行收集[21]。收集后的花粉需要进行活力检测，这是开展人工授粉的重要环节之一。与常规染色法相比，花粉离体萌发测定法简单快速、应用范围广且结果更可靠，只需将花粉撒在培养基上，在适宜的温度下进行萌发，其分为固体培养基法和液体培养基法两种[22]。不同植物适用的方法不同，需通过对比试验确定合适的培养基类型，使花粉活力测定更简便、高效。李淑娟[23]针对白蜡属植物花粉的萌发特性，采用悬滴培养法测定其花粉活力。花粉离体测定法最重要的是培养基的成分及培养的适宜条件。宛文鹏[19]通过研究，得到了较适宜白蜡属植物花粉萌发的培养基（10 g/L蔗糖+1 g/L琼脂+0．1 g/L尿素+1 g/L 硼酸+0．1 g/L硝酸钾+0．2 g/L硫酸镁+0．1 g/L 硝酸钙+ 0．1g/L 硫酸锌+ 20 mg/L 钼酸钠+10 mg/L NAA+1 mg/L 6-BA），但该培养基成分过于复杂；李淑娟[23]开展了白蜡属植物种间杂交技术研究，在初步确定花粉离体萌发培养条件的基础上，采用基于BBD的响应面法优化白蜡属植物花粉离体萌发的培养基成分，其中绒毛白蜡优化后的培养基成分为141．3 g/L 蔗糖+13．4 mg/L 氯化钙+40 mg/L硼酸，比优化前的萌发率提高了10．39%，加快了杂交亲本的选择，提高了杂交育种的效率。

花粉从花药上脱离后，仍能维持一段时间的生活力，但时间长短因植物种类的不同而不同；不同种类植物的花粉在不同贮藏条件下，其贮藏时长和贮藏后的生活力状况不同，通常低温、干燥和黑暗的环境有利于延长花粉寿命[24]。目前，花粉贮藏常用的方法为低温储藏法，不同植物有不同耐受低温的能力，因此需通过测定植物花粉在不同贮藏温度下的生活力状况，来探究适宜的贮藏条件，让不同花期和不同地域的植物能进行杂交育种。白蜡属植物花粉的活力对白蜡属植物种间杂交育种尤为重要。在白蜡属植物的杂交育种中，多以水曲柳为母本，其雌花开花时间较晚，其他白蜡树种则开花较早，研究保存白蜡花粉的适宜条件能使不同花期、不同地域的白蜡属植物进行杂交育种，提高杂交的可能性。宛文鹏[19]研究表明，水曲柳的花粉适宜在4 ℃下密闭保存，-20 ℃下花粉的萌发率显著降低；李淑娟[23]研究表明，绒毛白蜡的花粉活力在4 ℃下只能维持1 周左右，在-20 ℃下可保存1年以上。两个研究结果不同，可能是由于花粉的干燥程度不同，花粉含水量有差异。

3 白蜡属植物的柱头可授性和受精过程

植物顺利进行受精过程的前提是在花粉具有活力时到达具有可授性的柱头，可授期时间的长短直接影响授粉结果。在最佳授粉期授粉不仅能节省父本花粉用量，而且能极大地提高杂交效率。受精是指由雄配子体形成的两个精子分别与卵细胞和极核融合后形成合子和初生胚乳核的过程。植物开花后，花粉会以风力或昆虫为媒介落到柱头上，在柱头分泌物的刺激下，萌发出花粉管，通过花柱和胚珠，从珠孔进入胚囊，释放出2 个精子，分别与卵细胞和极核融合，完成双受精[25]。花粉在柱头上不能正常萌发、花粉管太短不能到达胚囊或从花粉管进入胚囊但不能正常受精，均会导致受精失败。通过研究花粉萌发、花粉管伸长及花粉管进入胚囊完成双受精的全过程，能够确定植物的最佳授粉期，为开展杂交育种工作奠定基础。

尹立辉[26]的研究中，水曲柳受精过程的石蜡切片显示授粉后3天，花粉开始萌发，花粉管沿着花柱中的引导组织生长，穿过珠心组织进入胚囊释放内容物，随后1 个精细胞向卵细胞靠近融合成合子，1个精子与上极核结合受精后与下极核融合形成初生胚乳核，丰富了水曲柳生殖生物学方面的研究。王丛红[27]的试验观察发现，授粉4 天后，水曲柳的卵细胞还未受精，9 天后精卵融合，形成合子。两个研究都揭示了水曲柳的受精过程，但均未详细说明受精过程经历的时间，目前对白蜡属其他树种受精过程的研究还未见报道。

4 展望

目前，关于白蜡属植物的研究多集中在育种和繁殖[28-31]、病虫害防治[32-33]及开发利用价值[34-35]等方面，对于开花生物学特性和授粉受精过程的研究较少，没有对白蜡属植物的花器官形态结构、开花特性、花粉特性及授粉后柱头内外花粉粒的萌发生长状况、受精过程及完成时间等进行系统研究，对于白蜡属植物花粉的研究也多集中在花粉季节及应对花粉过敏等方面。今后，应加强以下方面的研究：进一步研究白蜡属植物花器官结构与受精过程之间的关系；确定白蜡属植物花粉最适宜的萌发条件；研究白蜡属不同树种间受精过程的区别及所需时间，将受精过程中的形态变化与时间结合，丰富白蜡属植物的胚胎学资料。进行白蜡属植物花生长发育特性的研究，可为杂交育种和新品种选育等提供理论基础，对于白蜡属植物的育种工作、生产实践和种质资源丰富意义重大。