中國(guó)板栗生殖生物學(xué)研究進(jìn)展

摘 要: 果樹生殖生物學(xué)研究是果樹栽培生理和遺傳學(xué)研究的重要內(nèi)容之一，了解并掌握果樹生殖生物學(xué)特性對(duì)于果樹遺傳研究與品種改良具有積極的指導(dǎo)意義。作為我國(guó)重要的干果之一，迄今，已經(jīng)對(duì)板栗的生殖生物學(xué)特性進(jìn)行了大量研究，掌握了其授粉結(jié)實(shí)特性，揭示了花芽分化過程以及內(nèi)源激素等對(duì)花器官發(fā)育的調(diào)控機(jī)制，探明了授粉受精、營(yíng)養(yǎng)元素及有性生殖過程中胚胎發(fā)育異常等因素與板栗空苞的相關(guān)性，雄性不育研究也取得了初步進(jìn)展。根據(jù)板栗生殖生物學(xué)研究取得的成果，本文從花特性、花芽分化、開花授粉生物學(xué)特性以及板栗空苞現(xiàn)象等方面進(jìn)行了概述，重點(diǎn)總結(jié)了板栗花芽分化與花性別分化及其機(jī)理、板栗空苞及其發(fā)生機(jī)理，以及板栗雄性不育等方面的研究進(jìn)展。并根據(jù)目前的研究現(xiàn)狀，對(duì)該領(lǐng)域今后的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞: 板栗； 生殖生物學(xué)； 空苞； 花芽分化； 雄性不育

中圖分類號(hào)：Ｓ６６4．2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：Ａ 文章編號(hào)：１００９－９９８０?穴２０11?雪０6－1063－０8

Advance in research on reproduction biology in Castanea mollissimma

LIU Guo-bin， LAN Yan-ping*， CAO Jun

（Institute of Agricultural Integrated Development， Beijing Academy of Agriculture and Forestry Sciences， Beijing 100097 China）

Abstract: Reproductive biology of fruit tree is a crucial part of cultivation physiology and genetic research. Understanding the characteristics of fruit tree reproductive biology provides a window for genetic research and cultivar improvement. Castanea mollissimma， as one of China’s important dried fruits， so far， has done a lot on its reproductive characteristics. The studies interpret the nature of pollination， flower bud differentiation and endogenous hormone action during flower organ development. And these also perceive the relationship between abnormal embryo development and the empty shell of chestnut at different case of pollination and fertilization， nutrient， abnormal embryo development and sexual reproduction. An initial progress has also been made in male sterility. The paper features from flowers， flower bud differentiation， flowering and pollination biology characteristics of chestnut and other aspects of the phenomenon of empty shell， also gives an overview summary of the flower bud differentiation and focus on sex differentiation and its mechanism， chestnut empty shell and principle， and research advance about male sterility. Based on the current research status， future trends in this field were discussed.

Key words: Castanea mollissimma； Reproduction biology； Empty-shell； Flower bud differentiation；Male-sterility

板栗（Castanea mollissima Blume）屬于殼斗科（Fagacea）栗屬（Castanea），該屬植物世界上約有10余個(gè)種[1]，也有7個(gè)種之說[2]。板栗及其近緣種錐栗（C. henryi Rehd. Wils.）、茅栗（C. sequinii Dode）為我國(guó)特有，此外還有分布于歐洲的歐洲栗（C. sativa Mill.），分布于北美的美洲栗[C. dentate（Marsh.）Brokh.]和美洲榛果栗（C. pumila Mill.）以及分布于朝鮮半島和日本的日本栗（C. crenata Sieb. Zucc.）。板栗是世界著名干果和木本糧食樹種，也是目前世界食用栗中栽培面積、產(chǎn)量最多的栗種。板栗營(yíng)養(yǎng)價(jià)值很高，淀粉、蛋白質(zhì)含量豐富，有鐵桿莊稼之譽(yù)，并且在山區(qū)綠化、促進(jìn)山區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展方面有巨大作用。

果樹生殖生物學(xué)研究是果樹栽培生理和遺傳學(xué)研究的重要內(nèi)容之一，進(jìn)行生殖生物學(xué)研究不僅有助于栽培者掌握花期，適時(shí)進(jìn)行花期管理，而且有利于育種者正確選擇、選配雜交親本，對(duì)于果樹遺傳研究與品種改良的開展具有積極的指導(dǎo)作用。日本學(xué)者[3]在20世紀(jì)30年代對(duì)日本栗花芽分化進(jìn)行了初步研究。我國(guó)板栗育種起步較晚，但豐富的資源為板栗生殖生物學(xué)研究提供了充足的試材，已經(jīng)取得了不少有應(yīng)用價(jià)值的研究成果。

1 板栗開花授粉生物學(xué)

1.1 板栗花特性

板栗花分為雄花和雌花2種，雄花通常5～7朵成簇，由上百朵雄花簇構(gòu)成葇荑花序；雌花是由冬季休眠后新分化的雄花序（混合花序）上發(fā)生的，著生在混合花枝上部的雄花序的基部，平均2~3個(gè)[4]。雄花量大，雌雄花序比例約為1∶7～12，雌雄花朵比例達(dá)1∶2 400～4 000[5]。板栗花器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在雄蕊原基中央有一個(gè)平坦或稍凸起的組織，可能為退化雌蕊的部位[6-7]。而在栗雌花中，中川昌一[8]首次指出板栗雌花中有雄蕊，任立中等觀察到板栗雌花中的雄蕊在雌蕊柱頭之下，避免了自花授粉[6]；王鳳才等[9]在板栗雌花的形態(tài)解剖中也發(fā)現(xiàn)在每片雌花花被裂片基部貼生有2枚雄蕊，形態(tài)正常但花絲特短，證明雌花由兩性花進(jìn)化而來，說明板栗混合花芽具有可塑性。

1.2 板栗花粉特性

成熟花粉中含有大量蛋白質(zhì)、糖、脂質(zhì)以及微量元素、維生素等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，是花粉萌發(fā)和花粉管生長(zhǎng)的物質(zhì)基礎(chǔ)[10]。板栗花粉為輻射對(duì)稱的等級(jí)花粉，花粉表面形態(tài)有多種變化，形狀為長(zhǎng)球形或近長(zhǎng)球形，極面觀為圓形或三裂圓形，赤道面觀為橢圓形或近橢圓形，萌發(fā)器官為三孔溝，外壁紋飾多為瘤狀和小棒狀突起?；ǚ坌螒B(tài)穩(wěn)定，在植物分類、遺傳關(guān)系分析等研究中具有重要作用。同一種屬間花粉形態(tài)存在相似性，可作為種、屬間分類的依據(jù)，如王萍莉等[11]曾對(duì)栗屬、栲屬及石櫟屬進(jìn)行孢粉學(xué)研究，發(fā)現(xiàn)3個(gè)屬的花粉形態(tài)、大小及結(jié)構(gòu)等非常相似，從而將3者歸為了栗亞科。不同種屬間或不同品種間花粉上的許多微細(xì)形態(tài)特征明顯，體現(xiàn)出彼此間的差異或進(jìn)化地位的不同，具有較強(qiáng)的特異性，如徐踐等[12]根據(jù)花粉形態(tài)差異，將50余份板栗大致分為了2個(gè)不同的進(jìn)化地位。

板栗存在花粉直感現(xiàn)象。父本對(duì)當(dāng)代刺苞、堅(jiān)果、子粒及澀皮等影響明顯[13]，可以根據(jù)花粉粒的大小來推斷果實(shí)的大小[14]。研究發(fā)現(xiàn)，板栗花粉大小與球苞和堅(jiān)果的大小呈正相關(guān)關(guān)系；花粉的萌發(fā)率也與板栗的出子率和單位球苞內(nèi)堅(jiān)果數(shù)有一定關(guān)系，萌發(fā)率高的花粉授粉后所結(jié)果實(shí)的出子率也偏高[15]，這在一定程度上為板栗雜交育種早期選擇提供了科學(xué)依據(jù)。

1.3 板栗開花與授粉特性

板栗存在雌雄異熟現(xiàn)象，傳統(tǒng)認(rèn)為板栗是雄先型植物，雄花開放后8~10 d雌花才開，但研究表明，品種不同，板栗雌雄花開放先后有所差別。李昌珠等[16]對(duì)16個(gè)板栗品種的生物學(xué)特性進(jìn)行調(diào)查，發(fā)現(xiàn)雌雄異熟品種13個(gè)，其中雄先型4個(gè)，雌先型9個(gè)，花期完全相遇的3個(gè)，雌雄異熟性不同年份表現(xiàn)穩(wěn)定；夏仁學(xué)等[17]研究了羅田地區(qū)的8個(gè)板栗品種，結(jié)果發(fā)現(xiàn)中果早栗、羊毛栗、桂花香和中遲栗等羅田板栗品種雌花開花時(shí)間早于雄花1~2 d，連續(xù)3 a觀測(cè)結(jié)果穩(wěn)定。

板栗屬于典型的異花授粉樹種，栽培種應(yīng)注意配置授粉樹。根據(jù)板栗雌雄異熟的生物學(xué)特性，可以將雌先型、雄先型和相遇型品種3種類型中任意2個(gè)混栽，即可實(shí)現(xiàn)花期相遇，提高坐果率。然而，僅考慮花期相遇不夠全面，還必須考慮柱頭對(duì)不同花粉的選擇性。周晶等[18]授粉試驗(yàn)表明，板栗雌蕊柱頭對(duì)花粉具有較強(qiáng)的選擇性，即使花期完全相同，不同品種授粉組合的親和力也存在較大差異，如燕山紅栗的最佳授粉樹為東陵明珠和石豐，懷九的最佳授粉樹為遵玉和紫珀，而紫珀和東陵明珠又是懷黃的最佳授粉樹。此外，花粉活力、授粉時(shí)間也是影響授粉樹選擇和坐果率的重要因素。

2 板栗花芽分化及其生理機(jī)制

2.1 花芽形態(tài)分化

板栗花芽分為完全混合花芽和不完全混合花芽（即雄花芽），前者著生于枝條頂端無花節(jié)部位，萌發(fā)后新梢上具有雄花序和雌花序（混合花序），而后者位于完全混合花芽下部，只萌發(fā)成雄花序。李中濤等[4]指出，板栗雄花序原基出現(xiàn)的主要時(shí)期在6月份至8月份之間，其上雄花的形態(tài)分化在冬季休眠后至萌芽的過程中進(jìn)行，分化時(shí)間長(zhǎng)；雌花的形態(tài)分化較晚，在萌芽后進(jìn)行，分化時(shí)間短；夏仁學(xué)等[19]認(rèn)為板栗正常開花結(jié)果的花芽分化（一次花）與上述相同，但對(duì)于二、三次花而言，雌雄花序發(fā)育不存在先后順序，而是同時(shí)進(jìn)行的，而且花芽分化發(fā)育時(shí)間短。

關(guān)于板栗花芽的形態(tài)分化研究的比較清楚。白志英等[7]和張林平等[20]對(duì)板栗花芽分化的過程進(jìn)行了系統(tǒng)的觀察和研究，指出板栗雄花形態(tài)分化從5—6月份開始，次年4—5月份結(jié)束，持續(xù)10個(gè)月左右；而板栗雌花簇分化從4月中旬開始至6月中旬結(jié)束，持續(xù)約60 d。將雄花芽形態(tài)分化過程分為雄花序原基形成期、花簇原基形成期、花朵原基形成期、花被原基形成期、雄蕊原基形成期和花藥形成期6個(gè)時(shí)期，將雌花簇分化過程分為雌花簇分化始期、雌花簇原基分化期、花朵原基分化期、柱頭原基分化期、柱頭伸長(zhǎng)期、子房形成期和開花期7個(gè)時(shí)期。白志英等[7]認(rèn)為板栗雄花數(shù)量多，分化先后進(jìn)程不一致，是造成其分化持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)的原因。

2.2 花芽分化的生理機(jī)制

板栗的混合花芽具有可塑性，在發(fā)育和分化的過程中，因內(nèi)外因子的不同，可以發(fā)育成不同類型的花序。影響板栗花芽分化的外部因子主要有品種、樹齡和修剪技術(shù)；內(nèi)部因子主要是樹體營(yíng)養(yǎng)狀況、內(nèi)源激素變化水平。隨著板栗花芽分化方面的研究不斷深化，近10 a來學(xué)者們開展了板栗花芽分化生理機(jī)制，特別是花芽分化與內(nèi)源激素關(guān)系方面的研究，取得了豐富且有價(jià)值的研究成果。

關(guān)于植物激素與板栗花性別分化的關(guān)系，早期曾有學(xué)者認(rèn)為GA3（赤霉素）較高濃度促進(jìn)雄花分化，較低濃度促進(jìn)雌花分化，外源GA3具有抑雌促雄作用[21]。而Yang等[22]研究則認(rèn)為，GA3利于板栗雌花分化；雷新濤等[23-24]也發(fā)現(xiàn)GA3和CEPA（乙烯利）對(duì)板栗花性別分化具有顯著影響，GA3處理顯著增加了板栗雌花數(shù)和提高了板栗花雌雄比例，客觀上促進(jìn)了板栗雌花的形成，而CEPA處理則基本相反；該研究進(jìn)一步證實(shí)了外源GA3對(duì)板栗雌花形成具有顯著促進(jìn)作用。隨后，通過對(duì)板栗花性別分化的3個(gè)關(guān)鍵時(shí)期（生理分化期、冬前雛稍分化期和雌花分化期）內(nèi)源激素動(dòng)態(tài)變化的深入分析，發(fā)現(xiàn)易成雌花部位具有較高的GA、ZR（玉米素核苷）水平及（ZR+GA）/（IAA+ABA）值和較低的IAA（吲哚乙酸）、ABA（脫落酸）水平，不易成雌花部位則相反；基于內(nèi)源激素的主成分分析也表明內(nèi)源激素ZR和GA含量對(duì)于板栗雌性發(fā)育起著關(guān)鍵作用，IAA含量則決定雄性發(fā)育。季志平等[25]在板栗花芽分化和花序生長(zhǎng)過程中內(nèi)源激素含量變化的研究中也得到了相似的研究結(jié)果。以上研究成果均表明足夠的GA、ZR含量和低水平的IAA利于板栗的雌性化，反之，則有利于雄性化。

目前，內(nèi)源激素在板栗正常花（一次花）性別分化中的作用不斷得到證實(shí)，而部分板栗品種具有一年多次開花結(jié)果特性，內(nèi)源激素在其二、三次花性別分化中的變化和作用尚不明確。雷新濤等[24]最早對(duì)二次花雄花序生長(zhǎng)期內(nèi)源激素動(dòng)態(tài)進(jìn)行測(cè)定，得出與正?；ㄏ嗨频慕Y(jié)果，即較高的ZR、GA水平和較低的IAA、ABA水平與較強(qiáng)的雌花形成能力相適應(yīng)；不同之處在于其內(nèi)源激素變化趨勢(shì)相同且差異不大，ZR、GA含量穩(wěn)步上升并始終高于上部雄花部分。但是，張立民等[26]的研究卻發(fā)現(xiàn)，在二次花芽分化過程中，除ZT（玉米素）、IAA變化趨勢(shì)與前者相同外，GA、ABA呈現(xiàn)相反的變化趨勢(shì)，并認(rèn)為高水平ZT、ABA與低水平GA3、IAA利于板栗花芽分化。筆者認(rèn)為之所以出現(xiàn)如此差異，可能與2者取材有關(guān)，前者主要對(duì)雄花序生長(zhǎng)期內(nèi)混合花序基部（雌花部分）和頂部（雄花部分）分開取樣進(jìn)行測(cè)定，比較分析內(nèi)源激素在花性別分化中的作用；后者以混合芽為研究對(duì)象進(jìn)行測(cè)定，分析內(nèi)源激素在花芽分化中的變化。此外，南北氣候差異也是影響板栗二次花內(nèi)源激素含量變化的因子。關(guān)于二次花內(nèi)源激素與板栗花芽分化及花性別分化的關(guān)系，還有待通過完善的試驗(yàn)設(shè)計(jì)進(jìn)行進(jìn)一步探索和求證。

3 板栗的空苞現(xiàn)象及發(fā)生機(jī)理

與核果類、仁果類果實(shí)不同，板栗形態(tài)外觀為橢圓形帶銳刺總苞。形態(tài)發(fā)生研究明確了板栗總苞由花序軸發(fā)育而來，幼時(shí)苞片呈柔軟鱗片狀，后變?yōu)榧怃J硬刺；果實(shí)（堅(jiān)果）著生于總苞內(nèi)?！吨袊?guó)果樹志·板栗卷》中指出，板栗刺苞為頂生葉集合體，本身具有光合功能，對(duì)內(nèi)部堅(jiān)果的發(fā)育既起保護(hù)作用，又有營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)給和輔養(yǎng)功能。授粉受精試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，板栗雌花（序）不經(jīng)任何授粉（甚至剪除雌花柱頭）或生長(zhǎng)激素誘導(dǎo)，同自花授粉及混合授粉一樣可以結(jié)成總苞，但所結(jié)全部為空苞，說明板栗總苞的生長(zhǎng)發(fā)育與雌花是否授粉及其內(nèi)部堅(jiān)果是否存在沒有明顯關(guān)系，也即是總苞的發(fā)育不依賴于內(nèi)部堅(jiān)果的發(fā)育，但總苞的存在與發(fā)育是其內(nèi)部堅(jiān)果生長(zhǎng)和發(fā)育的基礎(chǔ)[6，27]。

雖然板栗果實(shí)形態(tài)、總苞及堅(jiān)果發(fā)育較為獨(dú)特，然而，與柑橘、柿等果樹一樣，板栗也存在種子敗育現(xiàn)象，即板栗生產(chǎn)上存在的空苞現(xiàn)象。所謂空苞，也稱空蓬（棚）、啞苞、癟粒苞等，是指板栗成熟時(shí)栗苞內(nèi)無飽滿果實(shí)（堅(jiān)果）或堅(jiān)果干癟無肉無食用價(jià)值的現(xiàn)象。經(jīng)過多年研究，認(rèn)為影響板栗空苞的因素主要有授粉受精不良、營(yíng)養(yǎng)元素（P、B）缺乏以及胚胎發(fā)育異常和激素水平不平衡等[28-29]。

3.1 授粉受精的影響

板栗雖然雌雄同株異花，卻是典型的異花授粉樹種，授粉受精不良容易導(dǎo)致空苞發(fā)生。許多學(xué)者認(rèn)為，授粉受精與板栗空苞關(guān)系密切[27，30-32]。在板栗的胚囊發(fā)育、受精研究中發(fā)現(xiàn)，絕大多數(shù)胚珠都能產(chǎn)生正常的成熟胚囊，但僅少量能進(jìn)行受精，大量胚珠因未能得到傳粉受精而敗育，從而認(rèn)為授粉不足可能是造成板栗空苞的原因之一。另?yè)?jù)板栗授粉試驗(yàn)，去雄套袋不授粉、自花授粉和混合授粉3個(gè)處理坐苞率分別為68.4%、71.4%和73.1%；空苞率分別為100%、18.3%左右和0.4%左右；該結(jié)果也說明，雌花未授粉或授粉受精不良與板栗坐苞和落苞無關(guān)，但是影響空苞形成的主要原因之一。姚家琳等[32]在板栗空苞的胚胎學(xué)研究中也發(fā)現(xiàn)空苞板栗傳粉后正常受精率僅9%，受精異常現(xiàn)象占36%?？梢娛诜凼芫窃斐砂謇蹩瞻脑蛑?。

3.2 板栗空苞的胚胎學(xué)研究

任立中等[6]較早對(duì)板栗雌雄生殖器官的發(fā)育進(jìn)程進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)胚珠中的胚囊在發(fā)育的某一階段受阻而停留在單核、雙核或四核時(shí)期，不能形成成熟的雌配子體，從而形成板栗空苞。此后，板栗胚胎學(xué)研究陸續(xù)展開，相關(guān)學(xué)者對(duì)板栗空苞的胚胎學(xué)原因進(jìn)行深入分析，關(guān)于板栗空苞與胚胎發(fā)育的關(guān)系也不斷清晰。許慧玲等發(fā)現(xiàn)，在胚囊的早期發(fā)育過程中存在胚珠退化現(xiàn)象[30-31]；姚家琳等[32]對(duì)板栗空苞的胚胎學(xué)進(jìn)行了系統(tǒng)研究，認(rèn)為形成空苞栗胚胎學(xué)上的原因是在整個(gè)有性生殖過程中孢原細(xì)胞不能產(chǎn)生，大孢子母細(xì)胞發(fā)育停滯或胚囊發(fā)育延遲，或成熟胚囊結(jié)構(gòu)異常，受精異常或原胚早期敗育或胚乳解體及胚中后期敗育等；研究還發(fā)現(xiàn)，空苞板栗胚胎發(fā)育異?，F(xiàn)象的發(fā)生出現(xiàn)在整個(gè)發(fā)育過程的不同階段；推測(cè)雌花質(zhì)量及樹體營(yíng)養(yǎng)等因素可能與胚胎學(xué)方面的異常有關(guān)。后來，杜國(guó)華等[33-35]發(fā)現(xiàn)空苞板栗經(jīng)雙受精后，初生胚乳核發(fā)育異常，進(jìn)而造成受精卵因營(yíng)養(yǎng)缺乏而不能發(fā)育成正常胚，或即使形成幼胚，卻在發(fā)育中途夭折等現(xiàn)象，從而造成空苞。

3.3 板栗空苞的生理生化原因

除了授粉受精及胚胎學(xué)發(fā)育方面的原因外，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量等生理生化指標(biāo)異常，內(nèi)源激素失衡也是導(dǎo)致板栗發(fā)生空苞的主要原因之一。

許多學(xué)者在對(duì)板栗總苞及子房中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量變化的研究中發(fā)現(xiàn)，與正常栗相比，空苞板栗子房和總苞內(nèi)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量發(fā)生異常。杜國(guó)華等[33-34]發(fā)現(xiàn)在板栗授粉受精、幼胚及子葉發(fā)育時(shí)期，子房氨基酸含量、淀粉含量、還原糖及總苞內(nèi)礦質(zhì)元素K、Mg、B、Zn等生理生化指標(biāo)中表現(xiàn)異常，空苞栗子房?jī)?nèi)氨基酸含量、淀粉含量、還原糖含量及總苞內(nèi)K、Mg、B、Zn元素含量均低于正常栗；胚胎發(fā)育期子房營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量測(cè)定結(jié)果也表明空苞栗子房?jī)?nèi)還原糖、淀粉含量在合子原胚形成前與正常栗間差異不明顯，且蛋白質(zhì)及氨基酸含量較正常栗高；合子原胚形成后，空苞栗子房有機(jī)營(yíng)養(yǎng)含量變化與正常栗相反，呈持續(xù)下降趨勢(shì)，在幼胚形成期的有機(jī)物質(zhì)含量均低于正常栗；子房4種無機(jī)元素（N、P、K、B）含量變化與正常栗存在差異，處于持續(xù)下降狀態(tài)[36]。進(jìn)一步研究還發(fā)現(xiàn)，空苞發(fā)生前后，空苞栗和正常栗總苞和子房中可溶性蛋白質(zhì)含量、過氧化氫酶活性、過氧化物酶同工酶譜，均有差異。在雙受精后期至幼胚發(fā)育早期空苞栗總苞和子房中的可溶性蛋白質(zhì)含量、過氧化氫酶活性低于正常栗。而空苞栗子房中過氧化物酶同工酶譜較正常栗缺少1條酶帶（P1酶帶）[35]。

周志翔等[36-39]對(duì)板栗子房?jī)?nèi)源激素含量與果實(shí)發(fā)育規(guī)律及空苞形成進(jìn)行研究，結(jié)果表明，授粉作用刺激了板栗子房?jī)?nèi)源GA1+3、iPAs（異丙醇）含量和（GA1+3+iPAs）/ABA值的增加，同時(shí)降低了子房?jī)?nèi)源ABA的含量；正常栗胚胎發(fā)育期子房?jī)?nèi)源激素GA1+3含量、iPAs含量和（GA1+3+iPAs）/ABA值均有2個(gè)峰值，呈現(xiàn)“雙峰”型變化模式，而子房?jī)?nèi)源ABA含量變化趨勢(shì)相反；空苞栗子房中相應(yīng)的內(nèi)源激素含量及其比值在授粉后即表現(xiàn)出與正常栗的差異，在整個(gè)胚胎發(fā)育期未出現(xiàn)明顯的峰值，且子房?jī)?nèi)源GA1+3、iPAs含量和（GA1+3+iPAs）/ABA值呈下降趨勢(shì)，ABA含量則呈現(xiàn)出上升趨勢(shì)，從而推測(cè)子房?jī)?nèi)源激素含量及其平衡的差異與空苞栗和正常栗果實(shí)發(fā)育有關(guān)。

3.4 生理生化變化、授粉受精、胚胎發(fā)育3者間的關(guān)系

板栗生長(zhǎng)發(fā)育過程中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)與內(nèi)源激素等生理生化物質(zhì)發(fā)生變化、授粉受精不良、胚胎發(fā)育異常均會(huì)導(dǎo)致空苞發(fā)生，3者之間存在相關(guān)關(guān)系。張力田等[40]、何錫山等[41-42]認(rèn)為造成板栗空苞的主要原因是缺硼。硼與板栗花芽分化及花粉管伸長(zhǎng)有關(guān)，板栗花粉發(fā)芽所需的硼濃度比砂梨高，是蘋果的70倍以上[43]，如果樹體缺硼，即使采取人工輔助授粉措施，也會(huì)因?yàn)榛ǚ郯l(fā)芽率低或發(fā)芽遲緩而影響正常受精；磷與板栗雌花分化有關(guān)[44]，也是影響授粉受精的因素之一。如果板栗B、P等營(yíng)養(yǎng)不足，將直接影響授粉受精，進(jìn)而導(dǎo)致胚胎發(fā)育異常，最終造成空苞。此外，授粉受精、生化物質(zhì)變化、胚胎發(fā)育間作用是又是相互的。空苞栗子房?jī)?nèi)源激素GA1+3、iPAs含量和（GA1+3+iPAs）/ABA值在授粉期的低水平與授粉不良有關(guān)，而其在幼胚發(fā)育期的持續(xù)下降及ABA含量的持續(xù)上升可能導(dǎo)致子房?jī)?nèi)還原糖、淀粉、蛋白質(zhì)、氨基酸及無機(jī)元素等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的嚴(yán)重缺乏，進(jìn)而導(dǎo)致板栗子房發(fā)育停滯，形成空苞[36]。

調(diào)控試驗(yàn)進(jìn)一步表明，在板栗胚胎發(fā)育期和雙受精作用時(shí)期及時(shí)供給外源營(yíng)養(yǎng)元素及生長(zhǎng)調(diào)節(jié)物質(zhì)可有效防治空苞的發(fā)生[34]。可見，營(yíng)養(yǎng)元素充足是保證授粉受精正常和胚胎發(fā)育的物質(zhì)基礎(chǔ)。在解決物質(zhì)基礎(chǔ)、激素平衡的基礎(chǔ)上考慮授粉受精及胚胎發(fā)育對(duì)空苞的影響比較有效，授粉受精不良、胚胎發(fā)育受阻是造成空苞的直接原因。

4 雄性敗育研究

開花植物中廣泛存在著雄性不育現(xiàn)象。根據(jù)遺傳特性，將其分為細(xì)胞質(zhì)雄性不育和核雄性不育兩種。雄性不育在果樹中也普遍存在，在許多果樹如桃、杏、橄欖、文冠果、柑橘、梨等[45]果樹中都發(fā)現(xiàn)了核不育或細(xì)胞質(zhì)不育類型，并且在基因型鑒定、雄性不育性狀連鎖的DNA標(biāo)記獲得等方面取得了顯著成果。

板栗中也存在雄性不育現(xiàn)象，表現(xiàn)為雄蕊發(fā)育不正常，不能產(chǎn)生正常有功能的花粉，或早期花序脫落，或發(fā)育過程中花序上部分干枯死亡。板栗雄性不育研究相比其他桃等較為落后，但仍取得了不少成果。劉麗華等[46-48]、張靖等[49-50]和趙揚(yáng)等[51]分別對(duì)無花板栗（完全敗育）和短雄花序板栗（不完全敗育）進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)與正常板栗相比，無花板栗在分化過程中維管束發(fā)育異常而導(dǎo)致其雄花序脫落時(shí)花藥僅稍膨大，未能形成成熟花粉囊并產(chǎn)生花粉母細(xì)胞，屬于無花粉囊型不育；而且雄花敗育過程中3種活性氧清除系統(tǒng)重要的酶SOD、POD、CAT活性及MDA含量變化異常，推測(cè)這些保護(hù)酶活性的異常變化可能是造成雄花序敗育的生理原因。而短雄花序板栗則表現(xiàn)為雄花序發(fā)育至花被分化期時(shí)，其上部組織細(xì)胞出現(xiàn)異常死亡現(xiàn)象；透射電鏡的超微結(jié)構(gòu)觀察發(fā)現(xiàn)，其衰亡過程中細(xì)胞呈現(xiàn)有序的死亡變化，由此推測(cè)短雄花序發(fā)生的異常死亡現(xiàn)象屬于細(xì)胞程序性死亡。

徐月等[52]推測(cè)短雄花序芽變和對(duì)照（同株正常花序）之間的差異與其遺傳物質(zhì)改變相關(guān)，其中一些可能與雄花序變短的結(jié)構(gòu)基因相關(guān)。隨后，朱曉琴等[53]利用抑制性消減雜交技術(shù)，通過差異性序列分析得到了6類與板栗雄花序變短相關(guān)的基因，其中蛋白激酶“receptor-like protein kinase”和“membrane associated guanylate kinase”及“cytochrome P450 monooxyenase”基因與細(xì)胞程序性死亡相關(guān)，研究認(rèn)為短雄花序的程序性死亡與信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)密切相關(guān)，并推測(cè)赤霉素可能與短雄花序細(xì)胞程序性死亡存在某種關(guān)系。

5 小結(jié)與展望

我國(guó)具有豐富的板栗實(shí)生資源和品種資源。長(zhǎng)期以來，與板栗有關(guān)的生物學(xué)研究工作取得了豐碩成果。近代學(xué)者對(duì)板栗生殖生物學(xué)特性進(jìn)行了較為詳細(xì)的研究，揭示了板栗花特性及開花結(jié)果習(xí)性，明確了花芽分化及內(nèi)源激素調(diào)控機(jī)制，明晰了板栗胚胎發(fā)育過程，對(duì)板栗空苞發(fā)生機(jī)理進(jìn)行了詳細(xì)研究。總體看來，板栗雌花由兩性花發(fā)育而來，具有異花授粉結(jié)實(shí)及花粉直感的生物學(xué)特性；營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、內(nèi)源激素是板栗花芽分化及花器官發(fā)育的物質(zhì)基礎(chǔ)，是影響花芽分化和花性別分化的生理原因，也是導(dǎo)致空苞發(fā)生的最終原因，授粉受精不良、胚胎發(fā)育受阻是產(chǎn)生空苞的直接原因。雖然，板栗生殖生物學(xué)研究取得了豐碩成果，但主要集中于形態(tài)學(xué)、生理學(xué)、細(xì)胞學(xué)領(lǐng)域，而且內(nèi)源激素在板栗花性別分化中的具體作用尚需進(jìn)行論證，板栗花發(fā)育及空苞發(fā)生的分子機(jī)理研究尚未取得突破性進(jìn)展。如何實(shí)現(xiàn)從簡(jiǎn)單的形態(tài)學(xué)、生理學(xué)向生化及分子生物學(xué)的綜合研究轉(zhuǎn)變，是需要深入探討的問題。

新材料、新種質(zhì)也帶動(dòng)著板栗生殖生物學(xué)的發(fā)展。隨著板栗雄性不育種質(zhì)的發(fā)現(xiàn)，板栗生殖生物學(xué)研究進(jìn)入了一個(gè)新的階段。劉麗華等[46-48]對(duì)雄花完全敗育品種‘浮來無花’進(jìn)行了花芽分化及生理生化分析，揭示其為花粉囊型不育，保護(hù)酶活性變化異常是導(dǎo)致其敗育的生理原因；北京農(nóng)學(xué)院對(duì)不完全雄性敗育種質(zhì)短雄花序板栗敗育原因進(jìn)行分析，認(rèn)為細(xì)胞程序性死亡導(dǎo)致雄花序部分?jǐn)∮?，并從中分離出與其相關(guān)的基因[47，50]。雄性不育研究加速了板栗生殖生物學(xué)與生物技術(shù)的結(jié)合，并逐漸形成利用生物技術(shù)，結(jié)合形態(tài)學(xué)、細(xì)胞學(xué)、胚胎學(xué)對(duì)板栗生殖生物學(xué)某一方面進(jìn)行深入研究，從表觀入手，揭示分子機(jī)理的體系。

我國(guó)擁有豐富的板栗種質(zhì)資源，除大面積的實(shí)生板栗林外，還有約350個(gè)品種[7]，且每年不斷有新的板栗品種出現(xiàn)。作者認(rèn)為板栗雄性不育機(jī)理的研究，將會(huì)是目前以及今后板栗生殖生物學(xué)研究的重點(diǎn)內(nèi)容。由此帶來的一系列成果，尤其是新種質(zhì)的獲得和生物技術(shù)的應(yīng)用，將使板栗生殖生物學(xué)研究取得突破性進(jìn)展，加速板栗遺傳改良進(jìn)程。屆時(shí)，人們將完全有能力控制板栗性別分化、授粉受精、胚胎發(fā)育過程，板栗遺傳改良將更加緊密的朝著人們期望的方向發(fā)展。

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