白蠟屬植物花的生長發育生物學特性研究進展

劉 蓉，吳德軍，王因花，任 飛，燕麗萍，周曉鋒

（1.中國農業大學 煙臺研究院，山東煙臺 264670；2.山東省林業科學研究院 山東省林木遺傳改良重點實驗室，山東濟南 250014）

白蠟屬（Fraxinus）又稱梣屬，屬木犀科（Oleace?ae）木犀亞科（Oleoideae），全世界約有70 種，我國現有29 種[1]。多為落葉喬木；葉為羽狀復葉，橢圓形，具短柄；圓錐花序頂生或側生，花較小，呈不規則萼鐘狀；多為先葉后花或花葉同放，雌雄異株[2]；花期主要在4— 5月，雌花通常會在雄花開放一周后開花。白蠟屬植物喜溫暖濕潤氣候，對土壤條件要求不高，樹形優美，長勢快，樹齡長且適應性較強[3]，常用作行道樹和遮蔭樹；其根系發達，對水土保持有良好的效果，抗性強，耐旱、耐寒[4]、耐澇和耐鹽堿[5]，廣泛應用于防護林和城市綠化中，是重要的園林綠化樹種。白蠟樹（F. chinensis）是白蠟蟲（Ericerus pela）重要的宿主，白蠟蟲分泌的“白蠟”在軍事工業、機械制造業、紡織加工業和醫學等行業均有重要的利用價值[6]；白蠟樹枝條可作為編織業的優良材料；白蠟屬植物可提取染料且可做藥用[7]，具有抗菌、抗疲勞、抗氧化和調節免疫力等作用[8]。

白蠟屬植物為雌雄異株，通過風媒傳粉，極易天然授粉雜交，在生產實踐中混雜嚴重，林木后代優良性狀表現不明顯[9]，導致林相不佳，影響景觀效果和生態經濟效益。因此，多采用選種進行新品種選育。劉德璽等對白蠟屬植物進行了11年的良種選育研究，選出了65株優樹；在濟南園林苗圃，從收集的60 多個白蠟樹優良單株中選出了4 個優良無性系[10]。劉翠蘭[11]從絨毛白蠟（F.tomentosa）的種質資源庫中選出了耐鹽堿的絨毛白蠟新品種‘華雄’。雜種優勢是林木育種學研究的重要內容，雖然白蠟屬植物的雜交育種較困難，但將傳統技術與新技術結合，可對白蠟屬植物的優良性狀進行有目的的雜交組合，更易獲得優良的新品種。王磊[12]以水曲柳（F. mandshurica）為母本、絨毛白蠟為父本，進行種間雜交，并在雜交種中選出了耐鹽性強的優良個體。Zeng 等[13-14]以水曲柳為母本、美國白蠟（F.americana）和絨毛白蠟為父本，進行雜交子代的適應性評價，為白蠟種間雜交抗旱和耐鹽的表觀遺傳機制提供了理論依據。燕麗萍[15]進行了絨毛白蠟和美國紅梣（F.pennsylvanica）種間及絨毛白蠟種內的雜交育種研究，發現絨毛白蠟雜交子代的遺傳變異豐富且有顯著的雜種優勢，豐富了白蠟屬植物樹種資源。王因花等[16]進行了絨毛白蠟新品種雜交子代的耐鹽性評價，證實了絨毛白蠟雜種優勢的可行性，為定向培育優良新品種奠定了基礎。花是被子植物的繁殖器官，有繁衍后代的作用，其生長發育過程是植物從營養生長到生殖生長轉化的關鍵時期[17]。了解白蠟屬植物親本花的構造、花粉特性及受精過程是進行白蠟屬植物雜交育種的基礎，在栽培過程中的花期調控、選配授粉樹以及新品種選育和豐富種質資源等方面有重要意義。

1 白蠟屬植物花器官形態結構和開花特性

植物花器官各部分的演變過程的差異，使得不同種植物的花結構存在多樣性[18]。植物的花部形態特征與花粉機制和授粉方式有緊密關系，進行花器官形態結構研究不僅有助于栽培者掌握花期，適時進行花期管理，也有利于育種者選配雜交親本，對植物雜交育種和品種改良的開展有積極作用，可為開花生物學特性研究及雜交育種工作提供一定的參考。

目前，關于白蠟屬植物花器官形態結構和開花特性的研究較少。宛文鵬[19]利用高壓靜電場處理白蠟屬樹種的花粉，發現高壓靜電場能改變花粉表面的結構，促進與花粉萌發相關物質的積累，提高花粉萌發率，促進白蠟屬樹種種間雜交育種的效率，表明植物的花器官形態結構與植物的授粉受精過程及自身表現出的抗性有一定的關系；Kremer 等[20]用掃描電鏡研究了美國白蠟和與歐洲白蠟（F.excel?sior）和狹葉白蠟（F. angustifolia）花粉的微形態差異，為白蠟屬植物開花生物學特性提供了一定參考。

2 白蠟屬植物的花粉生活力和貯藏

花粉采集時間影響花粉生活力。采集過早，花還未完全成熟，采集的花粉生活力低；采集過晚，花已散粉，難以保障采集量，因此需明確植物花粉采集的最佳時間。花粉采集方式因樹種而異。白蠟屬植物樹形高大，單花花粉產量不高，適用于花枝采集法采集花粉，將花枝剪下后水培，待花朵自然散粉后進行收集[21]。收集后的花粉需要進行活力檢測，這是開展人工授粉的重要環節之一。與常規染色法相比，花粉離體萌發測定法簡單快速、應用范圍廣且結果更可靠，只需將花粉撒在培養基上，在適宜的溫度下進行萌發，其分為固體培養基法和液體培養基法兩種[22]。不同植物適用的方法不同，需通過對比試驗確定合適的培養基類型，使花粉活力測定更簡便、高效。李淑娟[23]針對白蠟屬植物花粉的萌發特性，采用懸滴培養法測定其花粉活力。花粉離體測定法最重要的是培養基的成分及培養的適宜條件。宛文鵬[19]通過研究，得到了較適宜白蠟屬植物花粉萌發的培養基（10 g/L蔗糖+1 g/L瓊脂+0．1 g/L尿素+1 g/L 硼酸+0．1 g/L硝酸鉀+0．2 g/L硫酸鎂+0．1 g/L 硝酸鈣+ 0．1g/L 硫酸鋅+ 20 mg/L 鉬酸鈉+10 mg/L NAA+1 mg/L 6-BA），但該培養基成分過于復雜；李淑娟[23]開展了白蠟屬植物種間雜交技術研究，在初步確定花粉離體萌發培養條件的基礎上，采用基于BBD的響應面法優化白蠟屬植物花粉離體萌發的培養基成分，其中絨毛白蠟優化后的培養基成分為141．3 g/L 蔗糖+13．4 mg/L 氯化鈣+40 mg/L硼酸，比優化前的萌發率提高了10．39%，加快了雜交親本的選擇，提高了雜交育種的效率。

花粉從花藥上脫離后，仍能維持一段時間的生活力，但時間長短因植物種類的不同而不同；不同種類植物的花粉在不同貯藏條件下，其貯藏時長和貯藏后的生活力狀況不同，通常低溫、干燥和黑暗的環境有利于延長花粉壽命[24]。目前，花粉貯藏常用的方法為低溫儲藏法，不同植物有不同耐受低溫的能力，因此需通過測定植物花粉在不同貯藏溫度下的生活力狀況，來探究適宜的貯藏條件，讓不同花期和不同地域的植物能進行雜交育種。白蠟屬植物花粉的活力對白蠟屬植物種間雜交育種尤為重要。在白蠟屬植物的雜交育種中，多以水曲柳為母本，其雌花開花時間較晚，其他白蠟樹種則開花較早，研究保存白蠟花粉的適宜條件能使不同花期、不同地域的白蠟屬植物進行雜交育種，提高雜交的可能性。宛文鵬[19]研究表明，水曲柳的花粉適宜在4 ℃下密閉保存，-20 ℃下花粉的萌發率顯著降低；李淑娟[23]研究表明，絨毛白蠟的花粉活力在4 ℃下只能維持1 周左右，在-20 ℃下可保存1年以上。兩個研究結果不同，可能是由于花粉的干燥程度不同，花粉含水量有差異。

3 白蠟屬植物的柱頭可授性和受精過程

植物順利進行受精過程的前提是在花粉具有活力時到達具有可授性的柱頭，可授期時間的長短直接影響授粉結果。在最佳授粉期授粉不僅能節省父本花粉用量，而且能極大地提高雜交效率。受精是指由雄配子體形成的兩個精子分別與卵細胞和極核融合后形成合子和初生胚乳核的過程。植物開花后，花粉會以風力或昆蟲為媒介落到柱頭上，在柱頭分泌物的刺激下，萌發出花粉管，通過花柱和胚珠，從珠孔進入胚囊，釋放出2 個精子，分別與卵細胞和極核融合，完成雙受精[25]。花粉在柱頭上不能正常萌發、花粉管太短不能到達胚囊或從花粉管進入胚囊但不能正常受精，均會導致受精失敗。通過研究花粉萌發、花粉管伸長及花粉管進入胚囊完成雙受精的全過程，能夠確定植物的最佳授粉期，為開展雜交育種工作奠定基礎。

尹立輝[26]的研究中，水曲柳受精過程的石蠟切片顯示授粉后3天，花粉開始萌發，花粉管沿著花柱中的引導組織生長，穿過珠心組織進入胚囊釋放內容物，隨后1 個精細胞向卵細胞靠近融合成合子，1個精子與上極核結合受精后與下極核融合形成初生胚乳核，豐富了水曲柳生殖生物學方面的研究。王叢紅[27]的試驗觀察發現，授粉4 天后，水曲柳的卵細胞還未受精，9 天后精卵融合，形成合子。兩個研究都揭示了水曲柳的受精過程，但均未詳細說明受精過程經歷的時間，目前對白蠟屬其他樹種受精過程的研究還未見報道。

4 展望

目前，關于白蠟屬植物的研究多集中在育種和繁殖[28-31]、病蟲害防治[32-33]及開發利用價值[34-35]等方面，對于開花生物學特性和授粉受精過程的研究較少，沒有對白蠟屬植物的花器官形態結構、開花特性、花粉特性及授粉后柱頭內外花粉粒的萌發生長狀況、受精過程及完成時間等進行系統研究，對于白蠟屬植物花粉的研究也多集中在花粉季節及應對花粉過敏等方面。今后，應加強以下方面的研究：進一步研究白蠟屬植物花器官結構與受精過程之間的關系；確定白蠟屬植物花粉最適宜的萌發條件；研究白蠟屬不同樹種間受精過程的區別及所需時間，將受精過程中的形態變化與時間結合，豐富白蠟屬植物的胚胎學資料。進行白蠟屬植物花生長發育特性的研究，可為雜交育種和新品種選育等提供理論基礎，對于白蠟屬植物的育種工作、生產實踐和種質資源豐富意義重大。