番荔枝開花進程和雌雄異熟性研究進展

孫漫瑩，孟富宣，段元杰，陽世瑩，方海東，劉海剛

（云南省農業科研學院熱區生態農業研究所，元謀干熱河谷植物園，云南 元謀 651300）

番荔枝是世界五大熱帶名果之一，屬番荔枝科（Annonaceae）番荔枝屬（Annona），又被稱為釋迦果、洋波羅、佛頭果[1]。番荔枝為落葉小喬木，果肉白嫩香甜、營養豐富，其適應性強，是我國熱帶地區重要的珍稀水果之一[2]。原來番荔枝主要種植在熱帶美洲和西印度群島，后來引種到世界各地[3]。番荔枝在我國栽種的歷史悠久，目前在廣東、廣西、海南、福建、云南和臺灣等地廣泛種植[4]，主要種類有普通番荔枝（A. squamosaLinnaeus）、秘魯番荔枝（A. cherimolaMiller）、牛心番荔枝（A. reticulataLinnaeus）、圓滑番荔枝（A. glabraLinnaeus）等。近年引自澳大利亞的非洲驕傲（African Pride，即AP）是生產上最具商業價值的品種，也是改良和培育番荔枝的首選品種[5]。鳳梨釋迦（A. cherimolia×A. squamosa）不僅口感好，還富含維生素C 等多種營養成分[6]，已在廣西、云南、海南等地大量種植。但由于番荔枝是雌雄異熟植物[7]，雌、雄花發育成熟時期不同，花期無法同步相遇，導致自然授粉率和坐果率低，使得番荔枝產量較低，品質較差[8]。只有克服番荔枝雌雄異熟、花期不同步的障礙，才能夠從根本上提高番荔枝的產量和品質。因此，研究番荔枝的雌雄異熟性、花芽分化進程、物候期特點和授粉習性等具有重要意義。于是，筆者綜述了國內外關于番荔枝雌雄異熟性的相關研究進展。

1 番荔枝的開花進程與花期

番荔枝的花為典型的兩性花，子房上位，花萼分離，花冠鐘狀；為單體雄蕊，全著藥型花藥，縱裂散粉；離生單雌蕊，濕柱頭，短花柱。花色不艷麗，花冠在成熟前為綠色[9]，這不利于番荔枝通過自然媒介進行傳粉與授粉。當花冠顏色從綠轉黃時花瓣出現裂縫，雌蕊開始成熟，柱頭開始出現粘液，花柱具有容受性，但此時花藥尚未裂開；待24～48 h 后，花藥才開始出現裂縫，散出花粉，但此時柱頭已經失去容受性，然后花瓣開始萎蔫，開花過程也隨之結束[10]。

番荔枝在修剪后10 d 葉芽開始萌動，剪后28 d左右開始花芽分化，花期持續時間不同月份有差異，不同品種的花期也有一定差異，一般為30～40 d[11]。根據鄭穎穎[12]的研究結果，鳳梨釋迦和非洲驕傲在廣西種植時，一般在4—5 月開始出現第一朵花，單朵花開花時間大約7 d，初花期、盛花期和末花期間隔1～2 d，整個花期持續50 d 左右，非洲驕傲的花期較鳳梨釋迦早5 d 左右。可見，不同品種番荔枝的花期有差異，且花期較長，這為人工輔助授粉克服番荔枝開花時同一株雌雄蕊花期無法相遇提供了便利。

2 番荔枝的雌雄異熟性特點

在植物的進化過程中，常進行非選型交配，雌雄異熟植物是非選型交配中的重要類型[13]。雌雄異熟（Dichogamy）是雌雄同株同花或異花植物中雌雄蕊不同時期成熟的現象[14]，包含雌花先熟個體（雌先型：在花粉散落前柱頭已成熟處于可授期）和雄花先熟個體（雄先型：花粉在柱頭成熟前已散落）2 種類型。雌雄異熟植物在有花植物中并不多見，僅在少量科屬中發現，其中胡桃科具有很高的經濟價值，相關研究也相對較多[15]。槭樹科、樟科由于其生態價值的重要性，也被研究者視為極具研究價值的雌雄異熟類植物代表[16]。在雌雄異熟植物中，有的植物同一株植株的雌雄花開放時間完全錯開，可有效避免自交，例如青錢柳[17]等；也有的植物雌雄花開放時間存在一定時間的重疊，如粗皮山核桃和氈毛山核桃的雌雄花期重疊達50%，槭樹屬中同一株雌雄花花期重疊能有效提高自交率[18]。番荔枝表現為雌雄異熟且為雌先型，當花準備開放時花瓣出現裂縫，當花瓣呈半開狀態時雌蕊已成熟，柱頭具有容受性；當花瓣完全張開時雄蕊成熟，但此時柱頭已經失去容受性，然后花瓣逐漸萎蔫進入末花期[10]。基于番荔枝的這一雌雄異熟性特點，同株番荔枝的花柱無法獲得自身的花粉授粉；同時，在柱頭具有容受性時花瓣并未完全張開，不具有濃烈花香，無法吸引昆蟲進行授粉。因此，番荔枝既不能自花授粉，又不能依靠自然媒介進行傳粉，從而導致其授粉率低，坐果較少。

3 番荔枝雌雄配子發育與授粉特性

3.1 雌配子發育特點

番荔枝的花為離生單雌蕊，單室子房，邊緣胎座，雙珠被，厚珠心。在花蕾發育初期，雌蕊元基細胞逐漸分化形成柱頭和子房，子房繼續分化形成孢原細胞，之后分裂形成大孢子母細胞，經減數分裂形成二分體、四分體，四分體中經過消亡最終剩下一個分化成功能大孢子。功能大孢子形成后，細胞體積增大逐漸形成胚囊。胚囊逐漸發育成熟，具有反足細胞等功能細胞，后期逐漸退化[19]。甘陽英等[20]觀察統計了番荔枝科12 屬15 個種雌配子的發育特點，認為番荔枝科雌配子體發育類型為典型的蓼型，這與Matsuda 等[21]的研究結果一致。在被子植物生殖生物學中，雙珠被、厚珠心、倒生胚珠及蓼型發育方式等雌配子體發育特點被認為是較古老的性狀[22]。

3.2 雄配子發育特點

依照植物生理學中對被子植物的特征概述，番荔枝有小孢子囊4 個，具有多層細胞的完整花藥壁，花藥發育方式為基本型，符合被子植物的一般特征[23]。鄭穎穎等[24]的研究認為，番荔枝的雄蕊為離生類型、全著藥方式，具有雄蕊數多而花粉花藥量少的遺傳特性。番荔枝在花藥發育初期，孢原細胞形成小孢子母細胞后，進行不完全同步的減數分裂，造成在不同的藥室內形成二分體和四分體，導致花粉粒成熟時仍然存在著多種類型，大部分為以四分體形式聚在一起形成的四合花粉，少部分為以二分體形式聚在一起形成的二合花粉，同時還存在著三合體和單個花粉粒的形式[25]。另外，番荔枝的傳粉室以及花部結構也與其他科植物不同。傳粉室是開花階段花瓣向花中心收縮形成的一個單獨空間結構，番荔枝的傳粉室形態多樣。成梅等[26]將番荔枝科花粉室分為3 類：開放型、半閉合型和閉合型。不同的傳粉室類型與其所處地理區域關系密切，同時也影響著不同傳粉者的選擇。

3.3 授粉特性

由于雌雄異熟性，番荔枝自然授粉的坐果率低，需進行人工輔助授粉，以提高坐果率，提高產量和品質。彭松興等[27]的研究認為，人工授粉能提高坐果率，最簡單有效的方法是用毛筆直接從花藥裂開的花上取花粉并立即授到花藥并未裂開的花上，其研究結果還證實了花藥裂開后柱頭完全失去容受性，此時授粉對提高坐果率的作用不大。鄧穗生等[28]以雜交番荔枝為親本，分別與普通番荔枝、秘魯番荔枝、牛心番荔枝、圓滑番荔枝、山刺番荔枝進行雜交試驗，結果表明，形態特征差異小的4 種番荔枝（即普通番荔枝、雜交番荔枝、秘魯番荔枝和牛心番荔枝）之間親和性較高，而與雜交番荔枝差異較大的圓滑番荔枝和山刺番荔枝表現出異花雜交不親和，這與張蕾等[29]的研究結果相似，認為非洲驕傲與鳳梨釋迦的相似性較高，親緣關系較近。由此可見，授粉品種間的花粉形態特征與授粉親和性密切相關，形態相似性高其授粉親和性通常也較高。另外，彭松興等[30-31]的研究認為，授粉方法、被授粉花花瓣開張程度和被授粉花花藥裂開時間均會影響坐果率。花藥在傍晚自然裂開的花，其花粉在當天上午花瓣表現為超過半張開狀態時就已經發育成熟，須在上午或下午進行人工授粉。以花藥自然裂開前1 d（相當于花瓣呈半張開狀態時）雌蕊容受性最強，人工授粉坐果率最高。

4 番荔枝雌雄異熟性的激素調控

激素在植物生長發育過程中起重要作用，能影響植物的花芽分化進程。大量研究表明，植物的花芽分化是在遺傳信息的控制下，由植物營養和植物激素共同作用完成。植物激素不僅參與花芽分化進程，而且在植物的雌雄異熟性上也有一定影響。細胞分裂素（CTK）對花芽分化有促進作用，蘋果、柑橘等果樹在花芽分化期體內細胞分裂素的含量逐漸升高，并在分化開始時達到最高[32-33]。李學柱等[34]研究發現，柑橘噴施BA 能促進花器官的發育及成花數量。赤霉素（GA）對果樹的花芽分化存在抑制作用。曹尚銀等[35]的研究表明，蘋果噴施GA3可延遲花芽形態分化進程，但噴施PP333可加速花芽形態分化進程。郭成圓[36]認為，在板栗芽萌動之前噴施GA3能夠促進雌花分化，減弱GA3對枝條伸長生長的影響，達到人為控制雌雄花比例、提高產量的目的。生長素（IAA）對果樹花芽分化進程、雌雄發育的影響與果樹的品種相關。一般認為IAA 與花芽孕育有關，可抑制花芽分化，但也有研究認為一定含量的IAA 能夠促進花芽分化。王玉華等[37]對大櫻桃花芽分化的研究表明，IAA在花芽分化進程中含量低且變化不大，花芽中的含量低于葉芽的含量。脫落酸（ABA）對花芽分化有促進作用，羅羽洧等[38]對無花果花芽分化的研究表明，ABA 是4 種激素中含量最少的，但在花芽分化時其含量逐漸上升；但黃羌維[39]對龍眼的研究結果卻相反，認為ABA 不利于花芽分化。王企等[40]對核桃雌雄異熟性的研究結果表明，噴施乙烯利可以抑制萌芽和開花期，萌芽期可推遲3～4 d，花期可推遲2～3 d；用CTK 和萘乙酸（NAA）處理時萌芽期變化不明顯，但花期提前2～3 d，但都不能使雌雄異熟性的花期相遇，雌雄異熟次序未發生改變。目前，對于植物激素調控番荔枝雌雄異熟性的研究較少，但根據上述研究結果，推測植物激素對于番荔枝的開花物候期和花芽分化進程都會有一定的影響，但是否能夠改變雌雄異熟進程，使雌雄花期相遇還有待進一步研究。

5 番荔枝雌雄異熟性的遺傳分析

番荔枝由于花的雌雄異熟性導致其坐果率低，從而制約了番荔枝產業的發展。番荔枝的花器結構和傳粉室都與其他果樹存在明顯差異，其雄蕊頂端花絲粗且有凸起物[27]、傳粉室結構獨特且類型多樣[26]。在番荔枝的花器官發育過程中，涉及到大量的基因調控與表達。田云芳等[41]把控制花器官發育的大部分基因分為A、B、C、D、E 五類，其中控制雄蕊發育的主要是B、C、E 三類基因，雌蕊發育主要依靠C、D、E 三類基因共同調控，A、B、C、D、E 這五類基因大多數屬于MADS-box基因。MADS-box基因是一種重要的調控基因，在植物的生長發育過程中起著重要的調節作用[42]。MADS-box 蛋白作為重要的轉錄調控因子，在植物花器官發育、開花時期等都發揮著重要作用[43]，其中AGAMOUS（簡稱AG）作為C 類MADS-box基因家族中重要的轉錄因子，對于調控雌雄蕊的發育起著關鍵性作用。劉鍇棟等[44]成功克隆了1 個番荔枝花器官發育相關基因AsAG，并通過檢測該基因的特異性表達譜，發現其在開花階段的各個時期均有表達，其中在花器官發育的關鍵時期中表達最為強烈，且在雌雄蕊中表達量最多，在萼片和花瓣中表達量較低。番荔枝AsAG基因的這一表達模式與相應的AG同源基因在擬南芥[45]、黃金樹[46]、蕙蘭[47]、紅花玉蘭[48]中的表達模式相同。這說明番荔枝AsAG對于雌蕊和雄蕊的正常發育形成作用明顯。劉鍇棟等[49]的研究還顯示，AsAG基因的表達受外源激素信號分子的影響，GA 抑制該基因的表達，ABA 卻能夠促進該基因的表達。這說明番荔枝AsAG可能參與雌蕊和雄蕊的發育及激素信號的響應。但目前對于番荔枝雌雄異熟性的遺傳機理研究較少，還有待進一步研究。

6 展 望

近年來，番荔枝的推廣面積不斷增大，但番荔枝的坐果率低是制約番荔枝產業發展的主要因素。深入研究番荔枝的開花進程和雌雄異熟性機理具有重要意義。例如通過對番荔枝開花進程的研究可以預測花期，為授粉樹的合理配置提供依據；對雌雄異熟性機理的研究有助于合理控制雌雄花開花時間和比例，從而制定有效的授粉措施以提高授粉效率和坐果率。另外，有關番荔枝成花基因的調控機理以及受內、外源因子的影響等尚不明確，還有待進一步研究，以闡明番荔枝花器官發育和雌雄異熟性的調控機理，為解決番荔枝生產上的實際問題奠定基礎。