貴州中部避雨栽培對甜櫻桃雌雄配子體形態發育的影響*

宋 莎，吳亞維，馮建文，韓秀梅，趙 凱

（貴州省農業科學院果樹科學研究所，貴陽 550006）

甜櫻桃（Prunus aviumL.）又名歐洲甜櫻桃、大櫻桃，果實個大、硬度高，近些年浙江、江蘇、上海、湖北等地均在引種，尤其是與貴州省相鄰的云南和四川甜櫻桃產業的發展，使貴州省很多企業和果農受到影響也開始嘗試種植。但“花而不實”、坐果率低和落果嚴重等問題限制了貴州省甜櫻桃產業的發展。

前些年，需冷量不足通常被認為是溫暖地區甜櫻桃產業發展遲滯的主要限制因素[1]。近些年發現，國內比較溫暖的南方地區每年冬季0～7.2 ℃的低溫累積量可以使中需冷量品種順利通過休眠[2]，冬季低溫不足并不是南方地區甜櫻桃坐果率低的關鍵因素，而春季開花坐果期的降雨會直接影響甜櫻桃授粉和坐果[3]，夏季雨水偏多會影響花芽分化數量和質量[4]。貴州省科研工作者自2008 年起對省內引進的甜櫻桃開展觀察和試驗研究，發現影響貴州省甜櫻桃開花坐果的主要因素是降水較多，且自2015 年起在貴陽市開展了甜櫻桃避雨栽培試驗，已報道避雨栽培雖然影響甜櫻桃的光合速率[5]，但有利于花束狀果枝和花芽的形成[6]，也可提高植株開花數量和花器官質量，現需進一步研究避雨栽培對其雌配子體發育的影響。果樹雌雄配子體正常發育是授粉受精成功的基礎，在薔薇科果樹中，雌配子體發育異常會導致坐果率低[7]，因而研究果樹雌配子體的發育具有重要的實踐意義。

果樹雌雄配子體發育的相關研究較多，桃[8]、番荔枝[9]、棗[10-11]等均有報道。朱東姿等[12]應用激光共聚焦掃描顯微鏡觀察甜櫻桃‘美早’和‘布魯克斯’的雌配子體發育過程，并統計了胚囊發育情況，推測‘美早’胚囊容易敗育而‘布魯克斯’胚囊活力高。張雪等[13]利用常規石蠟切片法觀察‘馬哈利’櫻桃的雌雄蕊發育過程，探討了其授粉結實率低的解剖學原因。王玉等[14]統計了甜櫻桃‘拉賓斯’‘艷陽’和‘馬哈利CDR-1’自花授粉坐果率，并通過石蠟切片法對其雌雄配子體發育過程進行了觀察。

本試驗以避雨栽培的‘布魯克斯’和‘薩米脫’2個甜櫻桃品種為試材，以露地栽培為對照，通過石蠟切片方法觀察了甜櫻桃雌配子體形態發育過程，分析了避雨栽培對甜櫻桃雌雄配子體發育的影響，以期為探討貴州省甜櫻桃露地栽培坐果率低的原因提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗地位于貴州省農業科學院果樹科學研究所貴陽市烏當區百宜鎮果樹試驗基地，海拔1 330 m，年平均氣溫14.30 ℃，平均年降水量1 240 mm，年日照時數1 300～1 400 h。避雨設施為四連棟大棚，頂膜兩側可卷起1.5 m，側膜可卷至距離地面2.0 m 高處。供試品種為5 年生‘布魯克斯’和‘薩米脫’，砧木為‘吉塞拉6號’，行株距4.0 m×2 m，樹形采用紡錘形[7]。避雨栽培和露地栽培的‘布魯克斯’和‘薩米脫’2個甜櫻桃品種各隨機選取5 株樹掛牌試驗。

1.2 試驗方法

2019—2020 年，自2 月下旬花芽開始萌動起至3 月下旬，每3 d 采1 次花芽（后為花蕾），每次隨機在每株掛牌樹上采10個發育良好、無病蟲害的花芽或花蕾，FAA 固定液固定，常規石蠟切片法制片，番紅固綠染色，NIKON ECLIPSE E100 型正置光學顯微鏡觀察并拍照，記錄形態特征和配子體發育時期。觀察胚囊形態，統計胚珠和胚囊發育正常、有胚珠無胚囊、無胚珠無胚囊的花朵數量，計算百分比。

2 結果與分析

2.1 避雨栽培對甜櫻桃花蕾形態發育過程的影響

通過觀察不同栽培模式下甜櫻桃花蕾縱切圖（圖1）發現，避雨栽培模式下‘布魯克斯’和‘薩米脫’的雌配子體小孢子母細胞3 月13 日開始發育，雄配子體3 月7 日開始發育；露地栽培模式下甜櫻桃雌配子體小孢子母細胞3 月16 日開始發育，雄配子體3 月10 日開始發育。對2種栽培模式下的完整花蕾切片各選了100個進行觀察發現，避雨栽培模式下甜櫻桃花蕾形態發育基本正常，露地栽培模式下7%的甜櫻桃花蕾切開后內部組織細胞變形（圖1-K）或降解（圖1-L）。可見，避雨栽培可使甜櫻桃雌雄配子體發育時期提前，并促進其正常形態發育。

圖1 避雨栽培模式下‘薩米脫’花蕾縱切形態

2.2 避雨栽培對甜櫻桃雌配子體形態發育的影響

利用石蠟切片法未能觀察到甜櫻桃雌配子體形態發育全過程，僅能看到3 月13—16 日子房開始發育。部分可以觀察到胚珠和胚囊的存在以及形態是否正常，但很難在一張切片中同時觀察到胚囊發育過程中的幾個核，無法界定具體時期。對2種栽培模式下的完整子房切片各選了100個進行觀察，發現雌配子體主要為正常胚珠和胚囊（圖2-A）、無胚囊有胚珠（圖2-B）、無胚珠無胚囊（圖2-C）3種形態。根據統計結果（表1），避雨栽培模式下，‘布魯克斯’和‘薩米脫’的正常發育胚囊均在50%以上；露地栽培模式下，‘布魯克斯’和‘薩米脫’的正常發育胚囊均小于15%。可見，避雨栽培可提高甜櫻桃正常胚珠、胚囊的比例。

圖2 ‘薩米脫’雌配子體的3種形態

表1 避雨栽培對甜櫻桃胚珠、胚囊形態的影響

2.3 避雨栽培‘薩米脫’雄配子體形態發育過程

由避雨栽培‘薩米脫’的雄配子體切片（圖3）可以看出，甜櫻桃雄配子體發育過程主要為造孢細胞時期、小孢子母細胞時期、小孢子母細胞減數分裂時期、小孢子單核居中時期、小孢子單核靠邊時期、二核花粉時期、成熟花粉時期等。造孢細胞孢原細胞是上年分化形成的，2 月26 日處于造孢細胞時期，造孢細胞體積較大，細胞核大，呈不規則多邊形，其他細胞沒有明顯變化（圖3-A）；3 月7日進入小孢子母細胞時期，細胞體積增大，細胞核更明顯，細胞的棱角鈍化變圓，已經形成小孢子母細胞，花藥壁絨氈層細胞大多處于有絲分裂期，體積明顯增大（圖3-B）；3 月10 日小孢子母細胞已經進入減數分裂時期，能看到四分體排列為四面體形（圖3-C）；3 月13 日四分體已分離成單個小孢子，小孢子有1個核位于中央，液泡不明顯，細胞質濃（圖3-D）；3 月16 日小孢子體積增大，細胞內形成中央大液泡，細胞核在細胞一側，部分細胞核形成了2個核即生殖核和營養核，進入二核階段（圖3-E），這一時期進行時間較長；到3 月25日開始形成成熟的二核花粉。

圖3 避雨栽培模式下‘薩米脫’雄配子體形態發育過程

2.4 避雨栽培對甜櫻桃雄配子體形態發育的影響

同一日期采集的不同栽培模式、不同品種甜櫻桃的花蕾雄配子體發育時期不同。由表2 可知，避雨栽培模式下，‘布魯克斯’和‘薩米脫’的雄配子體發育時期在3 月13 日之前基本相同，之后‘薩米脫’稍早于‘布魯克斯’進入小孢子單核靠邊期；露地栽培模式下，‘布魯克斯’進入小孢子母細胞、小孢子母細胞減數分裂、小孢子單核居中等時期均稍早于‘薩米脫’，而形成成熟花粉的時期基本一致。避雨栽培模式下2個甜櫻桃品種的雄配子體的幾個發育時期均早于露地栽培，但到3 月28 日均形成了成熟花粉。對2種栽培模式下3 月28 日的完整花藥切片各選了100個進行觀察發現，露地栽培模式下甜櫻桃雄配子體會發生進入小孢子母細胞時期后不再進行減數分裂（圖4-A）、逐漸降解（圖4-B）或小孢子時期形成空花粉囊（圖4-C）等現象使雄配子體敗育，其中小孢子母細胞不進行減數分裂或逐漸降解的占5%，空花粉囊占4%；而避雨栽培模式下雄配子體形態發育正常。可見，避雨栽培不僅促使甜櫻桃雄配子體發育時期提前，還能促進雄配子體正常發育。

表2 避雨栽培對甜櫻桃雄配子體形態發育時期的影響

圖4 露地栽培模式下‘薩米脫’雄配子體敗育形態

3 討論與結論

植物雌配子體發育與受精存在直接關系，雌配子體發育不良將導致不能正常受精與坐果[15]。胚囊是雌性器官的重要組成部分，也是受精和胚珠形成種子的重要場所，胚囊異常發育會導致無法正常受精發育成果實。朱東姿等[12]應用激光共聚焦掃描顯微鏡清楚地觀察了甜櫻桃雌配子體的大孢子母細胞時期、四分體時期、一核胚囊時期、二核胚囊時期、四核胚囊時期、八核胚囊時期等6個發育時期，發現‘布魯克斯’和‘美早’的胚囊敗育率分別為21%和41%。因采樣時間和石蠟切片方法的限制，未能在同一張切片中同時觀察到胚囊發育過程中的幾個核，無法界定甜櫻桃雌配子體具體發育時期，本研究中未能很好地觀察到雌配子體的發育過程，僅根據觀察到的情況統計了雌配子體胚珠和胚囊的存在情況。避雨栽培模式下甜櫻桃形態發育正常的胚囊、胚珠在50%以上，而露地栽培模式下小于15%；雌配子體發育成有胚珠無胚囊類型比例較高，是造成雌配子體敗育的重要原因。本研究中甜櫻桃雄配子體的形態發育過程主要有造孢細胞時期、小孢子母細胞時期、小孢子母細胞減數分裂時期、小孢子單核居中時期、小孢子單核靠邊時期、二核花粉時期、成熟花粉時期等，這與王玉等[14]的觀察結果基本一致，但雄配子體發育過程中有9%左右出現未進行減數分裂、降解或空花粉囊現象。雌配子體胚囊敗育和雄配子體發育過程中降解可能是露地栽培甜櫻桃落花落果的主要原因。

花器官是與甜櫻桃產量關系最密切的器官，它的正常發育是獲得高產的關鍵[16]。開花期統計露地栽培‘布魯克斯’和‘薩米脫’開花數量，每株僅60 朵左右；實際上，冬季統計露地栽培甜櫻桃結果枝和花芽數量時并不僅僅形成幾十個花芽[6]。這與試驗地氣候條件有關。自2 月26 日至3 月9 日，試驗地露地日平均氣溫高于避雨設施內，甜櫻桃雌雄配子體發育較慢；3 月10 日起，避雨設施內日平均氣溫高于露地，小孢子母細胞進入減數分裂時期開始快速發育；3 月25—28 日是日平均氣溫較高的幾天，雄配子體形態發育基本完成，形成成熟的二核花粉。可見，在甜櫻桃雌雄配子體發育過程中低溫可能會導致發育不完全或畸形現象出現。試驗地冬季降雨或大霧天氣較多，到翌年2 月花芽開始萌動前，因生長環境的濕度持續較大對露地栽培甜櫻桃花芽發育產生了不可逆傷害，部分花芽腐爛或停止生長，從而發生本研究中外部正常的花蕾切開后內部結構均已降解的現象。自2 月26 日至3 月28日，僅有3～4 d 避雨設施內濕度略高于露地，其余時間避雨設施內濕度比露地低；避雨設施內雖然濕度降低幅度不大，但甜櫻桃發育的花蕾上沒有水滴，大多處在干燥狀態，大多可正常發育；而露地栽培甜櫻桃的花芽、花蕾等在濕度較大時整個組織處于潮濕狀態，進行形態發育的花蕾易出現畸形現象，還有部分花芽腐爛。可見，冬春季降雨是影響貴州省中部露地栽培甜櫻桃開花結實的重要因素。

雖然避雨設施影響了甜櫻桃的光合速率[5]，但避雨栽培明顯促進甜櫻桃花芽形成[6]，也提高了雌雄配子體正常發育的比例，貴州省中部避雨栽培甜櫻桃意義重大，降低避雨設施成本以及提高覆蓋材料透光率的技術值得進一步研究。本研究雖然對甜櫻桃雄配子體的形態發育狀況觀察得較為完善，但由于選片沒能對雌配子體進行仔細的研究，對甜櫻桃雌配子體形態發育過程只能提供相對可靠的數據。在今后的工作中對甜櫻桃胚珠、胚囊及后續的胚胎形態發育等問題有待解決。