传粉及授粉方式对薄壳山核桃“Shaoxing”结实的影响

黄锈贤，黄 琼，谢伟东，叶日辉，李在留

(广西大学林学院，南宁，530000)

薄壳山核桃Caryaillinoensis属胡桃科山核桃属，具有食用、药用、观赏等多种用途。其在我国引种历史虽已有100多年，但引种并栽培的优良品种不多。“Shaoxing”和“Pawnee”品种于1974年引入云南种植，2012年引入广西，作为岩溶石山区生态治理与经济林树种广泛引种种植[1]，目前已进入开花结实期，但却存在花而不实、落花落果、结实率低等问题，严重制约着广西核桃产业的发展。

目前，国内外对薄壳山核桃已经开展了大量的研究，主要集中在果实性状、生理生化和栽培引种等方面。在果实性状方面，许梦洋等对6个薄壳山核桃品种的果实发育过程及果实结构和性状变化进行研究，发现“Pawnee”和“Mahan”可作为南京地区主栽品种的优选对象[2]。吕运舟等研究发现，5 个薄壳山核桃品种中“碧根源 3 号”“波尼”和“马罕”这3个品种比较适合在江苏标准化果园种植[3]。在传粉生物学方面，有学者对“新新2号”[4]、“温185”[5]、“Mahan”和“Western”[6]等进行了开花、传粉过程研究，表明传媒媒介、授粉方式、花粉来源等传粉生物学环节对薄壳山核桃的果实产量和品质有着重要的影响。广西环江县岩溶山区引种薄壳山核桃“Shaoxing”存在花而不实、落花落果、结实率低等问题。目前薄壳山核桃“Shaoxing”主要在生理生化、病虫害防治、果实形状及品质等方面有过报道[7-9]，其传粉、授粉对结实的影响研究还未见报道。

本试验以广西环江县思恩镇核桃示范园中“Shaoxing”品种为研究对象，进行不同传粉媒介、不同授粉处理下花粉萌发和花粉管生长对着果率和结实率的影响研究，以期为广西薄壳山核桃产量低的原因及生物学特性研究与实践提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试材料为薄壳山核桃品种“Shaoxing”，试验地位于广西壮族自治区河池市环江县思恩镇核桃示范片高产栽培示范点(108°56′E，24°51′N)。试验时间为2019年3月中下旬至10月上旬，在试验地的东南坡(上坡、中坡、下坡各设置一个区，每个区3株)选取9株生长良好、管理水平一致、无病虫害的植株进行试验。

1.2 试验方法

1.2.1 传粉媒介试验方法 风媒传粉试验：于“Shaoxing”雄花盛花期，在试验样地中所选样株树冠外围中部的东、南、西、北4个方位放置涂抹有凡士林的载玻片，下午18：00取下载玻片进行显微观察，每个载玻片随机挑选5个视野，统计每个视野花粉粒的数量，重复9次后取平均值，代表试验样地该方位的花粉粒的浓度。同时在试验期内记录每天整点温度。

虫媒传粉试验：每株样树随机选取3个观察点，连续3 d每天8：00—18：00对昆虫种类、数量、访花部位、访花行为和访花频率等进行观察，记录每天的天气变化情况，每个观测点不少于20个雌雄花序。

1.2.2 不同授粉处理方法 在各小区样树上随机选择不同方位生长一致、无病虫害的“Shaoxing”枝条上的雌花进行5个不同的授粉处理。具体方法为：(1)自然授粉组自然状态下不做处理；(2)套袋处理组在雌花还未显蕾时用硫酸纸进行套袋，并摘除套袋内的雄花；(3)套网处理组用专业防虫网袋进行套网，同时去除网袋内的雄花；(4)自花(“Shaoxing”דShaoxing”)与异花(“Shaoxing”דPawnee”)人工授粉处理组以长势良好一致的“Shaoxing”植株为母树，分别进行自花和异花授粉。各处理组雌花授粉数量不少于350朵，分别进行挂牌标记，其中一部分用于花粉原位萌发与花粉管生长检测试验，其余用作观察统计“Shaoxing”着果率、结实率和落果率。

1.2.3 花粉原位萌发与花粉管生长检测 在试验样地于授粉后4、12、24、72、96 h进行取样，每个授粉处理组每次采集15朵雌花，装入有FAA固定液的玻璃瓶中固定至少24 h，通过苯胺蓝溶液染色，荧光显微镜观察、拍照，检测花粉在柱头上的萌发与花粉管生长情况，统计花粉萌发率和单朵花花柱的花粉萌发水平，并统计花粉管进入胚囊的单花量。

计算公式为：

萌发率(%)=有花粉萌发的花柱数目/观察数×100

花粉管进入胚囊比(%)=有花粉管进入胚囊的雌花数/观察数×100

1.2.4 不同授粉处理着果率与结实率统计 不同授粉处理雌花柱头变黑、干枯时拆除纸袋或网袋，半个月、两个月后轻轻摇动果枝，分别统计不同阶段的着果率，果实成熟时统计结实率。计算公式为：着果率(%)=子房膨大的数目/处理花朵的数目×100；结实率(%)=果实数/授粉花数×100；着果后落果率(%)=(着果率-结实率)×100。

2 结果与分析

2.1 传粉媒介试验结果

2.1.1 风媒传粉试验结果 试验结果看出，“Shaoxing”植株东(E)、南(S)、西(W)、北(N)不同方位的花粉日散粉量均随散粉时期延长及气温的变化呈先上升后下降的趋势。4月26—27日气温不高，载玻片上的花粉粒浓度较低，日散粉量较少；4月28—29日天气晴朗，气温升高，花粉粒浓度达到最高，是散粉高峰期，表明随着时间的延长和气温的升高，雄花花粉日渐成熟，形成暴发性散粉期；到了4月30日，平均气温下降到22 ℃，花粉粒浓度迅速下降，进入散粉末期。另外，在散粉高峰期植株西面的散粉量最高，东面和北面次之，且两者散粉量相近，南面散粉量最低，表明散粉高峰期受主风向的影响较大(见图1)。综上所述，风媒传粉是“Shaoxing”的有效传播媒介之一，且风媒传播效率受散粉时期、温度、风向和风力的影响较大。

图1 不同方位的日散粉量及温度变化

2.1.2 虫媒传粉观察结果 连续观察结果表明，“Shaoxing”盛花期有少量昆虫访花，包括黑带食蚜蝇Episyrphusbalteatusde Geer、中华蜜蜂Apiscerana、黄守瓜Aulacophoraindica和黑胸兼食瓢虫Micraspissatoi等。访花期间大多数昆虫主要停留在雄花或叶子上，其中中华蜜蜂停留时间最长，达180～420 s。中华蜜蜂的访花频率最高，中华蜜蜂有一对“花粉足”，访花时会将花粉转移到花粉足上，其腿部可以清晰看到由花粉粒组成的球状物；黑带食蚜蝇访花频率次之，主要访雄花，但访花时间较短，采食花粉时通常逗留13～18 s；黄守瓜在雄花之间爬动，并且会访问叶子，采食花粉时全身沾满花粉，停留时间为60～120 s，但访花频率较低；黑胸兼食瓢虫是唯一在雌花上停留的昆虫，停留时间为5～15 s，访花频率最低(见图2)。昆虫访花高峰期在每天11：00—14：00和16：00—18：00，对“Shaoxing”传粉具有一定的辅助作用。

图2 访花昆虫访花频率

2.2 不同授粉处理花粉原位萌发与花粉管生长

试验结果看出，授粉4 h后，自花授粉处理的柱头上可以看到有较多的花粉开始萌发(图3 A4)，自然授粉和套网处理的柱头上花粉萌发量次之(图3 A2、A3)，异花授粉处理的柱头上的花粉萌发量较少(图3 A5)，套袋处理未见有花粉粒黏附在柱头上(图3 A1)；授粉12 h后，花粉大量萌发，并开始穿过乳突细胞沿花粉管向下生长，但出现不同程度的弯曲现象(图3 B2至B5)。授粉24 h后，花粉管进入花柱并沿花柱继续向下生长(图3 C2至C5)，荧光显微镜下可观察到有强烈的荧光斑，这是因为花粉管中有大量胼胝质沉淀，使花粉管生长受到抑制(图3 C3、C4)；授粉72 h后，束状的花粉管穿过引导组织向下生长(图3 D2至D5)；授粉96 h后，少量花粉管已经通过花柱，进入胚囊(图3 E2至E5)。其中套袋处理组柱头上没有花粉粒萌发，也没有花粉管通过花柱进入胚囊(见图3)。

注：A1—A5：套袋、套网、自然授粉、自花和异花授粉4 h后，花粉萌发情况; B1—B5：套袋、套网、自然授粉、自花和异花授粉12 h后，花粉萌发和花粉管生长情况; C1—C5：套袋、套网、自然授粉、自花和异花授粉24 h后，花粉管生长情况; D1—D5：套袋、套网、自然授粉、自花和异花授粉72 h后，花粉管生长情况; E1—E5：套袋、套网、自然授粉、自花和异花授粉96 h后，花粉管生长情况。

比较“Shaoxing”不同授粉处理的花粉萌发量可知，人工授粉的花粉萌发量高于其他处理组，花粉萌发量为人工授粉>自然授粉>套网>套袋。但是在花粉管生长过程中，不同授粉处理的花柱组织均有部分的花粉管不能到达胚囊完成受精，这可能是花粉管生长过程中形态发生了变化，生长受了抑制，使其无法通过花柱组织到达胚囊。其中，除套袋处理组外，自花授粉处理组花粉管进入胚囊的占比最高，为46.67%，其次为自然授粉处理，占40%，套网和异花授粉处理组花粉管进入胚囊的数量最少，均占比33.34%(见表1)。

表1 薄壳山核桃“Shaoxing”不同授粉处理后花粉在柱头上的萌发和生长情况

2.3 不同授粉处理着果和结实情况

试验结果看出，不同授粉方式对“Shaoxing”的着果率和结实率的影响不一样，自然授粉的着果率和结实率均为最高，套袋处理最后有2.06%的结实率，说明“Shaoxing”的胚珠即使不通过受精作用也可以发育成胚，其可能存在无融合生殖现象。各授粉处理下花粉管最终进入胚囊受精的数量较低，除套袋处理外，各授粉处理花粉管进入胚囊受精的雌花数量在33.34%～46.67%之间，说明在受精过程中存在53.33%～66.66%的受精障碍率，结合花粉原位萌发与花粉管生长结果可看出，受精障碍的雌花授粉96 h后，花粉管向柱头中部伸长的过程中，出现胼胝质沉淀、花粉管弯曲缠绕的现象，导致花粉管未能进入胚囊进行受精。不同授粉处理组花后的着果率只有32.99%～62.50%，也可看出受精不良对着果的影响。另外，各处理组着果后仍存在较高的落果率，其中人工自花授粉处理组着果后落果率最高，达53.61%；自然授粉处理组着果后落果率最低，为27.5%。着果后较高的落果现象影响最终的结实率，着果后的落果原因可能与受精不良相关，也可能与树体营养及环境因子相关(见表2)。

表2 薄壳山核桃“Shaoxing”不同授粉处理对着果率及结实率的影响

3 讨论与结论

传粉媒介作为植物传粉系统三大组成之一，在传粉中扮演着重要角色[10]。多数学者认为薄壳山核桃雌雄花不分泌花蜜，不散发香气，不具备吸引昆虫的花部构造，导致昆虫访花率低[11]。但通过连续观察发现“Shaoxing”在盛花期有少量昆虫访花，且套网后着果率和结实率分别降低了13.35%和20.88%，说明主要访花昆虫对“Shaoxing”传粉也起到了辅助作用。另外，本研究在试验地内不同高度都捕获到花粉粒，且不同方向的花粉粒浓度不同，表明风媒的传播效率与风力、地形地势、温度和空气湿度有关，这与范晓明等[12]的研究结果相似。

薄壳山核桃“Shaoxing”荧光显微镜观察发现套袋处理未见有花粉萌发，其余各处理组的花粉原位萌发情况大致相同，但不同授粉处理均有部分花柱组织内的花粉管出现弯曲缠绕、胼胝质沉淀现象，导致花粉管生长受到抑制，不能到达胚囊完成受精。套袋处理组未见花粉萌发及花粉管生长，这与杨先裕等[6]对薄壳山核桃“Mahan”的研究基本相同，与Retha等[13]对大花垂铃儿UvulariagrandifloraSm.套袋未授粉的研究结果也一致。孔令通[11]对薄壳山核桃“Western”“莫愁”的授粉观察发现，授粉2 h后柱头上的花粉就会大量萌发，4 h花粉管进入中央花柱道，10～12 h 进入子房；赵明明等[14]发现“新新2号”核桃的花粉粒在柱头上8 h时开始萌发，形成受精卵在10 d以上，且不同授粉处理花粉萌发率及花粉管生长的时空格局很不一样，这与本研究的研究结果有差异，可能与环境、授粉时间和品种等因素有关。

在本次试验中，“Shaoxing”套袋处理的着果率为32.99%，最终结实率为2.06%，表明其可能存在无融合生殖现象。宁万军等[5]认为花期如遇不良天气会影响核桃的授粉受精进程，核桃则多倾向于无融合生殖；张强等[15]对新疆两个核桃品种进行无融合生殖后发现其结实率为17.8%～58.8%；熊利权等[16]对云南漾濞泡核桃和娘青核桃的无融合生殖试验的结实率为3.79%～10.04%。赵明明等[14]对新疆南疆盆地主栽核桃品种“新新2号”进行研究，发现“新新2号”核桃果实中存在的着果率低、空壳率高可能与自花授粉和孤雌生殖有一定关系。本研究不同授粉处理中自然授粉着果率和结实率最高，表明人工辅助授粉对“Shaoxing”着果和结实无促进作用；各授粉处理着果率较低，这可能与花粉管无法通过花柱组织到达胚囊而受精不良有关；而着果后到果实成熟期间仍有较高的落果率，可能是幼果胚胎发育过程中营养不良引起胚胎败育造成的。因此，在后续研究中，有必要深入探讨“Shaoxing”花粉管不能抵达胚囊和着果后胚胎败育的原因，合理配置授粉树，以便提高果实的产量和质量。