6個(gè)雜交杏李品種開花的生物學(xué)特性

劉亞心，張嘉嘉，楊紹彬，唐 駿，王迎迎

(1 國家林業(yè)和草原局 泡桐研究開發(fā)中心，中國林業(yè)科學(xué)研究院 經(jīng)濟(jì)林研究開發(fā)中心 經(jīng)濟(jì)林種質(zhì)創(chuàng)新與利用國家林業(yè)和草原局重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南 鄭州 450003；2 國有信陽市平橋區(qū)天目山林場(chǎng)，河南 信陽 4641002；3國有濟(jì)源市愚公林場(chǎng)，河南 濟(jì)源 459000)

雜交杏李(Prunusdomestica×armeniaca)為李亞科核果類果樹，是杏、李種間經(jīng)多次雜交后培育出的新品種。中國林業(yè)科學(xué)研究院經(jīng)濟(jì)林研究開發(fā)中心引種示范后,篩選出風(fēng)味玫瑰、恐龍蛋、味帝、味王、 味厚和風(fēng)味皇后等優(yōu)良品種[1-5]。引種試驗(yàn)表明，雜交杏李適應(yīng)性強(qiáng)，不僅具有較強(qiáng)的抗逆性，而且果實(shí)色澤艷麗、風(fēng)味獨(dú)特、營養(yǎng)價(jià)值豐富，有較高的食用價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值，具有良好的市場(chǎng)前景[6]。

開花物候期觀測(cè)和花器官研究是開展資源篩選、授粉育種等工作的前提[7]。花粉是遺傳信息的載體，其形態(tài)特征受核基因的控制，具有很強(qiáng)的遺傳保守性，不易受外部自然環(huán)境條件的影響，而且花粉數(shù)量和花粉質(zhì)量對(duì)育種極其重要，直接影響授粉的成功率和坐果率[8]。目前關(guān)于雜交杏李的花期、花粉量及花粉活力已有一些報(bào)道[9-11]，但是關(guān)于雜交杏李在黃河中下游流域的開花生物學(xué)特性尚缺乏全面系統(tǒng)的調(diào)查，致使在品種選擇上存在一定的盲目性。因此，本研究以6個(gè)雜交杏李品種為試材，對(duì)其開花物候期、花器官特征、花粉形態(tài)、花粉量和花粉活力等開花生物學(xué)特性進(jìn)行觀察，旨在為生產(chǎn)中雜交杏李的品種選擇、授粉樹配置以及人工授粉提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地位于中國林業(yè)科學(xué)研究院經(jīng)濟(jì)林研究中心原陽試驗(yàn)基地(113°46.24′～113°47.59′E，34°55.30′～34°56.45′N)。該地平均海拔約78 m，屬于暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候，年均日照時(shí)數(shù)1 930.5 h，年平均氣溫14.8 ℃，極端最高氣溫40.7 ℃，極端最低氣溫8.9 ℃，年平均降水量690.99 mm，土壤為沙質(zhì)壤土(pH 5.3～5.6)，肥力中等，灌溉條件良好。

1.2 試驗(yàn)材料

選擇生長(zhǎng)旺盛、樹勢(shì)健壯的7 a生杏李樹品種作為試驗(yàn)材料，6個(gè)品種分別為風(fēng)味玫瑰(P.domestica×armeniaca‘Fengweimeigui’)、恐龍蛋(P.domestica×armeniaca‘Konglongdan’)、味帝(P.domestica×armeniaca‘Weidi’)、味王(P.domestica×armeniaca‘Weiwang’)、 味厚(P.domestica×armeniaca‘Weihou’)和風(fēng)味皇后(P.domestica×armeniaca‘Fengweihuanghou’)。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

1.3.1 開花物候期 參照梁立峰[12]關(guān)于果樹物候期觀察項(xiàng)目及標(biāo)準(zhǔn)，于2021年3月對(duì)6個(gè)雜交杏李品種的開花物候期進(jìn)行觀測(cè)。判定標(biāo)準(zhǔn)為：5%～25%的花朵開放為初花期，25%～75%的花朵開放為盛花期，75%以上的花朵已開放至全株開花結(jié)束為末花期。

1.3.2 花器官形態(tài)特征 于盛花期，每個(gè)品種隨機(jī)選取20朵完全盛開的花朵，對(duì)供試品種的花器官形態(tài)特征進(jìn)行調(diào)查。使用數(shù)顯游標(biāo)卡尺測(cè)量每朵花的花冠直徑、花瓣縱橫徑、花絲長(zhǎng)度和花柱長(zhǎng)度。統(tǒng)計(jì)每朵花的花瓣數(shù)、雄蕊數(shù)，觀察花藥顏色及花瓣形狀和顏色。

同時(shí)，每個(gè)品種隨機(jī)選取100朵花，統(tǒng)計(jì)雌雄蕊相對(duì)長(zhǎng)度，按雌蕊長(zhǎng)于雄蕊、雌雄蕊等長(zhǎng)、雌蕊短于雄蕊和雌蕊退化4類分類統(tǒng)計(jì)，其中前2類為有效花。按“有效花率=有效花數(shù)/總花數(shù)×100%”計(jì)算有效花率，并采用相同方法計(jì)算雌蕊退化率。

1.3.3 花粉收集和保存 采集各品種開花前1 d的大花蕾，剝下花藥后平鋪于光滑紙面上，于室內(nèi)自然干燥散粉，待花粉完全散出后，收集花粉于1.5 mL離心管后密封，在干燥條件下貯存于-20 ℃冰箱，用于花粉形態(tài)和花粉活力測(cè)定。

1.3.4 花粉形態(tài)觀察 參考洪亞平[13]的方法觀察花粉形態(tài)，用香柏油浸染載玻片上少量均勻分散的花粉后蓋上蓋玻片，利用OLYMPUS-BX51光學(xué)顯微鏡觀察花粉形態(tài)，每個(gè)品種各取3個(gè)不同視野，每個(gè)視野不少于50?；ǚ邸Ｃ總€(gè)視野隨機(jī)測(cè)量10個(gè)正?；ǚ鄣牧ｉL(zhǎng)和直徑，以花粉粒粒長(zhǎng)與花粉粒直徑的比值(形態(tài)指數(shù))判斷花粉形狀。

1.3.5 花粉量 隨機(jī)選取各品種開花前1天的大花蕾，用纖維素酶法[14]測(cè)定不同品種的單花藥花粉量。取完整的花藥15枚放入離心管中，待花藥散粉后，加入1 mL體積分?jǐn)?shù)1%纖維素酶溶液處理24 h后，取5 μL溶液滴在載玻片上，利用OLYMPUS-BX51光學(xué)顯微鏡觀察并統(tǒng)計(jì)花粉數(shù)量：花粉量(平均單個(gè)花藥的花粉粒數(shù))=(5 μL溶液中總花粉粒×200)/15。

1.3.6 花粉活力 將收集好的花粉播于含0.01%硼酸、10%蔗糖、1%瓊脂(均為體積分?jǐn)?shù))的固體培養(yǎng)基[15]上，25 ℃暗培養(yǎng)12 h后，用OLYMPUS-BX51光學(xué)顯微鏡觀察并統(tǒng)計(jì)花粉萌發(fā)率和花粉管長(zhǎng)度?；ǚ勖劝l(fā)率以花粉管長(zhǎng)度大于花粉粒直徑視為萌發(fā)，每個(gè)品種觀察5個(gè)視野，每個(gè)視野≥30個(gè)花粉粒，同時(shí)測(cè)量20根花粉管長(zhǎng)度，并計(jì)算萌發(fā)率：萌發(fā)率=(視野內(nèi)萌發(fā)的花粉數(shù)/視野內(nèi)的花粉總數(shù))×100%。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

首先對(duì)日期進(jìn)行數(shù)字轉(zhuǎn)化，設(shè)2021-03-01為1，2021-03-02為2，2021-03-03為3，依次類推，2021-03-20為20，應(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)公式，計(jì)算變異系數(shù)(CV)[16]。采用Excel 2010繪制圖表，利用SPSS 26.0進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 6個(gè)雜交杏李品種的開花物候期

由表1可知，6個(gè)雜交杏李品種開花日期均在3月中上旬，在試驗(yàn)地自然條件下，不同品種花期持續(xù)時(shí)間為8～11 d，花期持續(xù)最長(zhǎng)的品種為風(fēng)味玫瑰，持續(xù)時(shí)間為11 d。初花期和盛花期的極差較大，為11 d，末花期的極差最小，為9 d。最先進(jìn)入盛花期的品種為風(fēng)味玫瑰，在3月3日；最晚達(dá)到盛花期的品種為味厚，在3月14日。從變異系數(shù)來看，末花期變異系數(shù)最小，為0.20，初花期變異系數(shù)最大，為0.51，這表明在相同自然條件下，不同品種末花期出現(xiàn)的時(shí)間最為集中，而初花期的時(shí)間最為分散。

表1 6個(gè)雜交杏李品種開花物候期的觀測(cè)Table 1 Observation on flowering phenology of 6 P.domestica×armeniaca varieties

2.2 6個(gè)雜交杏李品種的花形態(tài)特征

由表2可知，6個(gè)雜交杏李品種的花瓣均為5瓣，白色橢圓形；6個(gè)品種的花冠直徑、花瓣縱橫徑、花藥數(shù)、花絲長(zhǎng)度和花柱長(zhǎng)度間均存在較大差異。其中風(fēng)味玫瑰的花瓣直徑最大，為20.95 mm，顯著大于其他品種；恐龍蛋的花冠直徑最短，為17.48 mm。 味厚的花藥為橘紅色，其余品種的花藥均為暗黃色。味帝的花瓣縱橫徑、花藥數(shù)、花柱及花絲長(zhǎng)度均顯著大于其他品種，花藥數(shù)達(dá)到35.45枚/蕾。風(fēng)味皇后的花萼為淡紅色，其余品種的花萼均為綠色。

表2 6個(gè)雜交杏李品種花部形態(tài)指標(biāo)的比較Table 2 Comparison of flower morphological indexes among 6 P.domestica×armeniaca varieties

參照劉桂森等[17]的標(biāo)準(zhǔn)，雌蕊長(zhǎng)于雄蕊及雌雄蕊等長(zhǎng)的花為有效花，雌蕊短于雄蕊及雌蕊退化的花為無效花，統(tǒng)計(jì)不同雜交杏李品種有效花比率以及雌蕊退化率，結(jié)果(表3)表明，味王有效花率最低，為2.63%；恐龍蛋最高，達(dá)到87.70%。各品種均存在雌蕊退化現(xiàn)象，味帝和味厚的雌蕊退化率分別為19.06%和15.79%，均顯著高于其他品種(P<0.05)。

表3 6個(gè)雜交杏李品種有效花率及雌蕊退化率Table 3 Effective flower ratio and pistil degeneration rate of 6 P.domestica×armeniaca varieties %

2.3 6個(gè)雜交杏李品種的花粉形態(tài)

由表4可見，6個(gè)雜交杏李品種的花粉大小存在一定差異，其中風(fēng)味玫瑰的花粉粒長(zhǎng)度顯著大于其他品種，為46.71 μm；味王的花粉粒寬度最大，為26.97 μm。味帝的花粉粒長(zhǎng)度和寬度均小于其他5個(gè)品種，分別為27.13和13.34 μm，且花粉粒形態(tài)指數(shù)高達(dá)2.04，說明其花粉為超長(zhǎng)球形;而味王花粉粒形態(tài)指數(shù)最小，為1.07，說明其花粉為近球形。其他品種的花粉形狀均為長(zhǎng)球形。

表4 6個(gè)雜交杏李品種的花粉形態(tài)Table 4 Pollen morphology of 6 P.domestica×armeniaca varieties

2.4 6個(gè)雜交杏李品種的花粉量及花粉活力

由表5可以看出，6個(gè)雜交杏李品種的花粉量和花粉活力均存在較大差異，其中風(fēng)味玫瑰的花粉量最多，為1 440.00粒/花藥，顯著高于其他品種；味帝的花粉量最少，僅為536.67粒/花藥；其他品種的花粉量為730～1 280粒/花藥。就花粉萌發(fā)率而言，風(fēng)味玫瑰和恐龍蛋的萌發(fā)率均較高，分別為48.08%和49.42%，顯著高于其他品種(P<0.05)；而味帝在培養(yǎng)基上完全不萌發(fā)，說明其花粉無活力；風(fēng)味玫瑰花粉管最長(zhǎng)，為2.03 mm，顯著大于其他品種(P<0.05)。

表5 6個(gè)雜交杏李品種的花粉萌發(fā)率和花粉管長(zhǎng)度Table 5 Pollen germination rate and pollen tube length of 6 P.domestica×armeniaca varieties

3 討論與結(jié)論

植物的開花物候主要由開花起始日期、開花持續(xù)期和花期同步性3個(gè)部分共同組成，對(duì)植物的生殖具有重要影響[18]。始花期、開花高峰期和開花數(shù)等個(gè)體物候的總和，構(gòu)成了該種群的開花物候[19]。除遺傳因子外，環(huán)境因子也是影響植物開花物候的重要因素[20]。因此，有必要對(duì)雜交杏李的開花物候期進(jìn)行全面系統(tǒng)的研究。本研究結(jié)果表明，黃河中下游地區(qū)雜交杏李的開花物候期與河南中牟[9]、河南平頂山[10]、新疆[11]等地區(qū)的開花進(jìn)程基本一致。2003-2007年,楊紹彬等[9]在河南省中牟縣試驗(yàn)地對(duì)7個(gè)雜交杏李品種的開花物候期進(jìn)行觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，其初花期基本在3月中下旬，花期持續(xù)時(shí)間為5～7 d；2013年雷莉莉等[10]在河南省平頂山郟縣對(duì)3個(gè)杏李品種花期的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，其初花期在3月11日至3月17日，花期持續(xù)5～10 d；2017年魏雅君[11]在新疆地區(qū)對(duì)3個(gè)杏李品種開花物候期的觀測(cè)結(jié)果表明，其初花期在4月上旬，整個(gè)花期持續(xù)11～20 d。本研究發(fā)現(xiàn)，2021年6個(gè)供試品種在黃河中下游地區(qū)的開花期主要集中在3月上旬和中旬，各品種開花持續(xù)時(shí)間差異不明顯，品種間的開花物候進(jìn)程不同，由初花期至末花期的變異系數(shù)為0.20～0.51，以初花期變異系數(shù)最大，開花最早的風(fēng)味玫瑰與最晚品種味厚的時(shí)間相差11 d；但品種間的開花進(jìn)程結(jié)果與前人研究結(jié)果[9-11]一致，且花期有逐年提前開放的趨勢(shì)。有研究發(fā)現(xiàn)，開花期和花期持續(xù)時(shí)間受開花時(shí)期溫度、降雨、濕度等氣候條件的影響而有所差別[21]。因此，在生產(chǎn)上，應(yīng)注重各品種的有效配置，選擇花期基本一致或相似的品種進(jìn)行搭配種植，以滿足品種間的傳粉授粉，確保豐產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)。

種子植物受精的必經(jīng)階段是傳粉，植物花冠大小、雌雄蕊長(zhǎng)度以及花藥大小等特征，影響著植物的生殖成功率[22]。本研究發(fā)現(xiàn)，6個(gè)供試雜交杏李品種的花瓣均為5瓣，白色橢圓形，其中風(fēng)味玫瑰的花冠直徑最大， 味厚的花藥為橘紅色，味帝的花柱和花絲長(zhǎng)度最長(zhǎng)，風(fēng)味皇后的花萼為暗紅色。風(fēng)味皇后和味王有效花率很低，而且各品種均存在雌蕊退化現(xiàn)象，其中味帝雌蕊退化率高達(dá)19.06%，這與楊紹彬等[9]的研究結(jié)果一致。有研究發(fā)現(xiàn)，雌蕊短或退化會(huì)影響果樹的坐果能力，而且無效花會(huì)消耗樹體營養(yǎng)[23]。這與Rodrigo等[24]在杏上的研究結(jié)果相似，說明環(huán)境因素對(duì)花柱退化也有一定影響。因此，在生產(chǎn)中，可根據(jù)花期氣候條件，采取修剪短枝、細(xì)枝，合理施肥等保花保果措施來增加有效花比率，以提高雜交杏李的產(chǎn)量與品質(zhì)。

本研究發(fā)現(xiàn)，雜交杏李的花粉形狀根據(jù)花粉粒形態(tài)指數(shù)分為超長(zhǎng)球形、長(zhǎng)球形和近球形3種類型。其中，味帝花粉為超長(zhǎng)球形，味王為近球形。風(fēng)味玫瑰的花粉粒最長(zhǎng)，味王的花粉粒最寬，味帝的花粉粒長(zhǎng)度和寬度均最小，且味帝為花粉敗育品種。質(zhì)量差的花粉多表現(xiàn)為形狀不規(guī)則、小、無萌發(fā)孔或者萌發(fā)孔過多等，此類花粉多為敗育花粉[25]，這與無籽刺梨[26]的敗育花粉特征基本一致。對(duì)于味帝花粉敗育的原因，還有待進(jìn)一步研究。

單花花粉量和花粉萌發(fā)率是有性植物授粉受精的前提和保障，但是果樹花粉量的多少主要取決于果樹的品種、品種自身的遺傳特性，也與樹體的營養(yǎng)狀況、花芽發(fā)育質(zhì)量、種植區(qū)當(dāng)年的氣候環(huán)境、栽培管理水平等因素有關(guān)[27]。因此，無論對(duì)引種栽培，還是雜交育種工作而言，開展各個(gè)品種花粉量和花粉活力的研究均具有重要意義。本研究結(jié)果表明，風(fēng)味玫瑰花粉量最多，為1 440.00粒/花藥，味帝最低，為536.67粒/花藥；除味帝外，其他品種均高于謝鵬等[15]的研究結(jié)果，可能是由于地理位置以及不同年份氣候條件的差異所致。在花粉活力方面，恐龍蛋和風(fēng)味玫瑰的花粉萌發(fā)率均較高，分別為49.92%和46.71%，而味帝的花粉在培養(yǎng)基上完全不能萌發(fā)，花粉活力為0，屬于花粉敗育品種。對(duì)比發(fā)現(xiàn)，除了味厚和味王，其他品種花粉萌發(fā)率均高于謝鵬等[15]的研究結(jié)果，究其原因可能與不同年份氣候條件、樹體營養(yǎng)有關(guān)。此外，與楊紹彬等[9]報(bào)道的雜交杏李花粉活力相比，本試驗(yàn)測(cè)得的各品種花粉活力均較低，這主要與花粉活力測(cè)定方法不同有關(guān)?；ǚ凵盍Φ膹?qiáng)弱直接影響授粉效果[28]。因此，在生產(chǎn)上，使用授粉品種時(shí)應(yīng)盡量選擇與主栽品種花期一致、花粉數(shù)量多、花粉萌發(fā)率高且生活力強(qiáng)的品種，而盡量不用單花花粉量少且花粉生活力弱的品種作授粉品種。

不同品種雜交杏李的開花物候期、花器官特性及花粉特性存在差異，通過杏李開花物候期和花器官特征的觀察，掌握其開花的生物學(xué)規(guī)律，可為雜交杏李的科學(xué)授粉及育種奠定基礎(chǔ)。