灰棗開(kāi)花生物學(xué)特性觀察

灰棗開(kāi)花生物學(xué)特性觀察

花和花序的基本功能是促進(jìn)植物之間的成功雜交。花的特性與授粉者的行為、傳粉機(jī)制和植物的適應(yīng)性密切相關(guān)。它系統(tǒng)地了解了園林植物的開(kāi)花學(xué)習(xí)性，并為授粉和高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的栽培提供了理論依據(jù)。棗(ZizyphusjujubaMill.)是中國(guó)特產(chǎn)果樹(shù)樹(shù)種之一,也是新疆地區(qū)重點(diǎn)發(fā)展的果樹(shù)樹(shù)種之一。棗樹(shù)開(kāi)花過(guò)程中落花落果嚴(yán)重,一般自然坐果率僅1%左右,且多數(shù)品種存在嚴(yán)重的胚敗育現(xiàn)象。本實(shí)驗(yàn)用定位觀測(cè)結(jié)合顯微觀察的方法,以新疆阿克蘇地區(qū)主栽品種——灰棗為研究材料,對(duì)其開(kāi)花動(dòng)態(tài)、花粉活力、柱頭形態(tài)及柱頭可授性進(jìn)行了觀察,旨在探討其生殖成功基礎(chǔ),為棗的雜交育種及豐產(chǎn)栽培提供依據(jù)。1材料和方法1.1研究場(chǎng)所和材料田間觀察在阿克蘇紅旗坡科技示范園的紅棗園進(jìn)行,以4年生灰棗為研究材料,樹(shù)勢(shì)良好。1.2學(xué)習(xí)方法1.2.1觀察和推動(dòng)2008年6月8日8:00隨機(jī)標(biāo)記即將開(kāi)花的20個(gè)花蕾,每小時(shí)觀測(cè)一次,記錄花朵的開(kāi)放進(jìn)程,直至柱頭枯萎。注意觀測(cè)花朵每一輪結(jié)構(gòu)的數(shù)目、形狀、顏色及它們的時(shí)空動(dòng)態(tài),記錄花朵開(kāi)放、花粉散出、柱頭形態(tài)變化、花蜜與氣味有無(wú)及開(kāi)始出現(xiàn)和持續(xù)的時(shí)間。1.2.2掃描電鏡觀察取不同發(fā)育時(shí)期的花朵,FAA固定液固定。在實(shí)驗(yàn)室切下花柱,臨界點(diǎn)干燥儀中干燥,用雙面膠將花柱直立粘到掃描樣品臺(tái)上,HUS-5GB鍍膜儀中鍍金,日立-570掃描電鏡觀察并拍照。1.2.3tt反應(yīng)液的不能滿足用MTT法測(cè)定柱頭可授性,將開(kāi)花后不同小時(shí)的柱頭完全浸泡在MTT反應(yīng)液中,若柱頭變藍(lán)黑色則表明有可授性,若無(wú)變化或黃褐色則表明為無(wú)可授性。1.2.4花粉懸濁液的測(cè)定隨機(jī)采30個(gè)尚未散粉的花蕾,將每個(gè)花蕾中的所有花藥單獨(dú)裝入30個(gè)玻璃小瓶中,編號(hào)1～30,雌蕊另裝入30個(gè)小瓶中與前對(duì)應(yīng)編號(hào)為1～30。待花藥自然晾干花粉散出后,將每朵花的花藥用2mL含有染料(醋酸洋紅染液)和去垢劑的乙醇溶液稀釋,加入5個(gè)玻璃小球后充分搖勻,用微量進(jìn)樣器取2μL花粉懸濁液滴加在載玻片上,在體式顯微鏡(×40)下計(jì)數(shù)花粉量。每朵花重復(fù)10次,每次取樣時(shí)都充分搖勻花粉懸濁液。再將上述編號(hào)為1～30的雌蕊在解剖鏡下解剖,仔細(xì)計(jì)數(shù)每枚雌蕊子房中所有的胚珠數(shù),花粉-胚珠比=花粉數(shù)/胚珠數(shù)。1.2.5花粉活力檢測(cè)方法參考Dafni的方法,在花蕾萼裂收集花粉,將花粉置于室內(nèi)通風(fēng)處,每天檢測(cè)一次花粉活力,花粉活力檢測(cè)方法是將花粉置于載玻片上,將1滴MTT的蔗糖溶液滴于花粉樣品中,充分混勻,讓其風(fēng)干后再重復(fù)置1滴MTT溶液,干后用透明指甲油封片,并在顯微鏡下觀察并統(tǒng)計(jì)著色(藍(lán)紫色)花粉粒和未著色的花粉粒數(shù)目(每片花粉數(shù)>1000粒,重復(fù)3次),著色的花粉視為有活力,否則為無(wú)活力。2結(jié)果與分析2.1花蜜分泌量測(cè)定圖32008年阿克蘇地區(qū)的灰棗5月底進(jìn)入開(kāi)花期,花期持續(xù)約2個(gè)月。每棗吊(結(jié)果枝)上有7～14節(jié),通常在1～12節(jié)著生腋生具短總梗的聚傘花序,每花序上有花3～15朵,其中第2～5節(jié)的花序上單花數(shù)量最多,一個(gè)花序開(kāi)花時(shí)間可持續(xù)5～8d。灰棗花小,整齊,兩性,黃綠色,萼片5枚,花瓣、雄蕊與萼片同數(shù),雌蕊含2結(jié)合心皮,2室,每室具1胚珠?；覘椈槿臻_(kāi)型,在上午10:00左右進(jìn)入蕾裂期(圖版Ⅰ,1),至12:00左右進(jìn)入萼片展平期(圖版Ⅰ,2),此時(shí)萼片展平,匙狀花瓣包被著雄蕊,直立位于蜜盤(pán)上方,花藥已經(jīng)散粉,少量花粉成團(tuán)塊狀從花瓣抱合的縫線中掉落至蜜盤(pán)上,此時(shí)蜜盤(pán)上開(kāi)始有花蜜分泌,并有芳香氣味散出,開(kāi)始有昆蟲(chóng)拜訪。雌蕊兩心皮緊密貼合在一起,在空間位置上與雄蕊分離,故花粉不能自行落到柱頭上。15:00左右進(jìn)入花瓣和雄蕊分離期(圖版Ⅰ,3),在此過(guò)程中未觀察到明顯的花粉彈射現(xiàn)象(包被雄蕊的花瓣突然打開(kāi),使花絲獲得瞬間彈力,將花粉彈射到柱頭上),此期花蜜分泌量繼續(xù)增加,花粉被黏附在蜜盤(pán)上,而兩心皮依然結(jié)合較緊密,柱頭表面積增加,柱頭上沒(méi)有花粉落置?；ò昱c雄蕊分離后即進(jìn)入花瓣展平期(圖版Ⅰ,4),花藥空間位置逐漸向外移動(dòng),花蜜量繼續(xù)增加,并聚成一薄層覆蓋在蜜盤(pán)表面,吸引了大量昆蟲(chóng)拜訪,此時(shí)花柱頂端分叉,柱頭表面開(kāi)始分泌粘液。19:00左右進(jìn)入花瓣下垂期(圖版Ⅰ,5),花萼、花瓣向外反曲,花絲也向外展平,與花瓣靠合,花柱自基部分叉,柱頭乳突細(xì)胞分泌大量粘液。20:00左右進(jìn)入雄蕊下垂期(圖版Ⅰ,6),花絲向外反曲達(dá)萼片下部,蜜盤(pán)上無(wú)花蜜或殘存少量花蜜。次日11:00左右,蜜盤(pán)上再次開(kāi)始分泌花蜜,柱頭新鮮,有粘液。至19:00,蜜盤(pán)由桔黃色變?yōu)辄S綠色,不再有花蜜分泌,柱頭上也不再有滲出物,部分柱頭褐變。至此,灰棗單花開(kāi)放過(guò)程結(jié)束,經(jīng)歷兩晝一夜,約33h。2.2專(zhuān)性異交育苗系統(tǒng)灰棗一朵花的花粉量為29257±4842粒,胚珠2枚,P/O值為15196±4290,按照Cruden的標(biāo)準(zhǔn),繁育系統(tǒng)為專(zhuān)性異交。從灰棗花粉活力測(cè)定結(jié)果(圖1)可以看出,花藥剛散粉時(shí)花粉活力很高,達(dá)到(99.15±0.46)%,散粉后第7天花粉活力迅速下降,到第12天所有花粉喪失活力。2.3花鏡觀察和“花粉”觀察灰棗為兩心皮合生復(fù)雌蕊類(lèi)型,在蕾裂期和萼片展平期兩心皮腹縫線聚攏,(圖版Ⅱ,1),柱頭表面較光滑,沒(méi)有分泌物產(chǎn)生(圖版Ⅱ,2)。至花瓣展平期,兩花柱開(kāi)始分離,呈“丫”狀(圖版Ⅱ,3),柱頭表面產(chǎn)生大量乳突細(xì)胞,可接受花粉的柱頭面積增大,并開(kāi)始分泌柱頭粘液,在處于該開(kāi)花狀態(tài)的花柱頭上可以觀察到花粉(圖版Ⅱ,4)?？山邮芑ǚ鄣闹^面積隨開(kāi)花時(shí)間繼續(xù)增大,在雄蕊下垂期花柱幾乎全部分離(圖版Ⅱ,5),乳突細(xì)胞延伸至花柱的基部,花粉可在不同位置的乳突細(xì)胞上落置(圖版Ⅱ,6)。2.4藍(lán)色科學(xué)圖2從表1中可以看出,從萼片展平期至花瓣雄蕊分離期,用MTT只能檢測(cè)到極弱的柱頭可授性,具體表現(xiàn)為反應(yīng)20min后,柱頭才能被染成淺藍(lán)色(圖版Ⅰ,7)。隨開(kāi)花時(shí)間延續(xù)柱頭表面酶活性逐漸增強(qiáng),到花瓣展平期柱頭分叉時(shí),MTT能使柱頭在5min內(nèi)呈現(xiàn)深藍(lán)色(圖版Ⅰ,8),表明此時(shí)柱頭可授性很強(qiáng)。掃描電鏡顯微觀察也發(fā)現(xiàn)只有在柱頭分叉之后才能在柱頭表面觀察到花粉(圖版Ⅰ,4、6)。因此,生產(chǎn)上灰棗最佳授粉時(shí)間應(yīng)該在開(kāi)花6～28h的時(shí)間段里,處于較強(qiáng)柱頭可授性的花從形態(tài)上也容易辨識(shí):柱頭分叉、表面有粘液,蜜盤(pán)桔黃色、有花蜜。3高可授性球的頭皮特征被子植物的柱頭可分為兩類(lèi):一類(lèi)是干型柱頭,在其成熟時(shí)表面覆蓋有一層親水的蛋白質(zhì)薄膜,缺乏能自由流動(dòng)的液體分泌;另一類(lèi)是濕型柱頭,在具有可授性時(shí)有液體分泌物,灰棗的柱頭應(yīng)為濕型柱頭。對(duì)柱頭進(jìn)行形態(tài)學(xué)觀察也是判斷其是否具有可授性的研究手段之一。有些植物當(dāng)其柱頭具有可授性時(shí)常伴隨有明顯的柱頭形態(tài)變化,根據(jù)柱頭形態(tài)就能判斷出可授性,例如是否出現(xiàn)分泌物(濕型柱頭)、顏色是否發(fā)生了變化等,Epilobium和Clarkia屬等具有柱頭裂片的植物柱頭形態(tài)變化更有特點(diǎn),柱頭在不具有可授性時(shí)裂片是抱合的,而具有可授性時(shí)柱頭裂片是打開(kāi)的?；覘椀闹^可授性在花柱呈“二叉”狀時(shí)才具有,錦帶花和膏桐等植物也有類(lèi)似的特征?；覘椫^發(fā)育還表現(xiàn)出隨開(kāi)花時(shí)間可接受花粉的柱頭表面積增大的特征,在萼片展平期及之前,兩心皮腹縫聚攏,隨著花柱生長(zhǎng),兩花柱背向彎曲,部分腹縫也暴露出來(lái),花粉可落置在此處并萌發(fā)。予茜等通過(guò)對(duì)3種耬斗菜屬植物柱頭特征的觀察,提出此類(lèi)漸次成熟的柱頭具有對(duì)花粉接受表面持續(xù)更新的功能,即使前期的接受表面被不恰當(dāng)?shù)奈镔|(zhì)占據(jù),如落置不親和花粉或雜質(zhì),也可以由后發(fā)育的柱頭表面繼續(xù)行使接受花粉的功能,因此延長(zhǎng)了實(shí)際有效的花粉接受時(shí)間。雌雄同花植物的一套吸引物(花瓣、花蜜和氣味等)可以吸引傳粉者接觸兩個(gè)性別器官,使兩個(gè)性別的功能同時(shí)受益,然而也會(huì)帶來(lái)繁殖代價(jià):近交衰退和雌雄功能的性別干擾。雌雄異熟和雌雄異位等各種花部機(jī)制以不同的方式解決了近交衰退和性別干擾的問(wèn)題。灰棗花藥在萼片展平期就已散粉,此時(shí)花粉活力最強(qiáng),而柱頭在花瓣展平期才具有較強(qiáng)可授性,表明其具有雄性先熟的花部機(jī)制,雖然花粉壽命較長(zhǎng)并在柱頭可授期內(nèi)具有強(qiáng)的活性,但隨著柱頭可授性的增強(qiáng),花藥和柱頭的空間距離逐漸增加,在柱頭可授性最強(qiáng)的時(shí)期內(nèi)柱頭和花藥的空間水平距離最大。雌雄異熟和雌雄異位的花