番荔枝花粉特性及其授粉技術研究進展

孟富宣，段元杰，胡 祥，方海東，孫漫瑩，陽世瑩，孔維喜，劉海剛

（云南省農業科學院 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(Annona squamosaL.)屬番荔枝科(Annonaceae)番荔枝屬(Annona)植物，適宜在熱帶或亞熱帶地區種植，廣泛分布于整個南美洲的熱帶地區，在非洲、澳大利亞、中國、印度、墨西哥、美國南部、菲律賓和泰國等地也有種植。番荔枝屬植物具有典型的完全花，雌雄同體，但雌雄蕊異熟，雌蕊先熟，而且花朵顏色不鮮艷，缺乏香味和花蜜，前來授粉的昆蟲種群數量較少，導致番荔枝坐果差［1-2］；由于受精胚珠的數量少和位置不均勻，最后結出的果實小而不對稱。番荔枝花粉粒成團且具有黏性，風傳粉也存在困難［3］。因此，授粉技術便成為番荔枝商業化生產的關鍵技術之一。在番荔枝生產中，要實現其品質優、產量高，就需要較高的授粉成功率和坐果率，有效授粉和坐果率的高低依賴于花粉的活力［4］，到達柱頭的花粉數量［5］和授粉方法等［6］。本文綜述了國內外番荔枝果樹花粉和授粉技術研究進展，及所取得的成就，展望了番荔枝授粉技術的發展方向。

1 番荔枝花器官的特性

番荔枝具有典型的完全花，上位子房下位花；單體雄蕊，離生單雌蕊；全著藥型花藥，散粉方式為縱裂；短花絲，濕柱頭，短花柱［7-9］。不同番荔枝品種間的花瓣大小、花瓣厚度、花藥形態、花期均存在差異；番荔枝單朵花完全開放需7 d左右，花瓣經過開始裂縫(雌蕊成熟，柱頭具容受性)、半張開(柱頭仍有容受性)、完全張開(散粉但柱頭失去容受性)3個階段［10］，而半開期是其授粉的最佳時期。田間番荔枝的開花過程主要包括6個階段：第1朵花準備開放，花瓣之間開始出現裂縫，處于雌蕊成熟前期；花瓣呈半開狀態，雌蕊已經成熟，柱頭具有容受性；約30%的花朵處于半張開狀態，即雌蕊成熟期；花瓣完全張開，至少50%的花朵處于完全張開狀態，即雄蕊成熟期，柱頭容受性已喪失；花瓣出現萎蔫，即末花期［11］。

番荔枝花的花蕾內，雌蕊群聚組成一圓錐體，雄蕊眾多，層疊環繞于錐體下方，排列整齊而緊密。番荔枝花花朵越大，圓錐體就越大，雄蕊數也就越多，不同品種的花朵的雄蕊數為200～1000枚。番荔枝的花藥含4個藥室，花藥壁發育為基本型，腺質絨氈層。小孢子母細胞減數分裂時胞質分裂為連續型，形成左右對稱形的小孢子四分體。成熟花粉粒多以四合花粉形式存在。子房多室，每室具有1枚倒生胚珠。邊緣胎座，雙珠被，厚珠心。大孢子四分體以直線形為主，胚囊發育為寥型。花粉為輻射對稱型，外壁具穴狀紋孔，無萌發孔，赤道面觀見1～2條溝，而極面觀察則為4條。赤道面觀近橢圓形，極面觀圓形或橢圓形，表面光滑或具有小顆粒。

番荔枝雌雄蕊異熟，同一朵花的雌雄蕊之間不能實現傳粉受精，自然結果率很低，自花授粉和異花授粉后，12～24 h內花粉管便可進入胚囊完成雙受精，坐果率均較高。而在實際生產中，大多采用人工授粉來提高結果率［12］。果實的形狀和大小取決于受精卵的數量及位置，而有效的授粉和坐果在很大程度上依賴于花粉的活性［4］和到達柱頭花粉的質量［5］以及花粉管達到的位置［13］等。

2 番荔枝花粉與柱頭的接受性

2.1 影響花粉萌發的因素

番荔枝花粉萌發和花粉管生長受諸多外部因素和內部因素［14］的影響。研究發現，花粉采集時間、開花季節、地域差異、品種差異均能使得番荔枝花粉的體外萌發率不同。新采集的花粉粒的體外發芽率為19%～37%［15-16］。早上6：00采集的花粉發芽率最高，隨著時間的推移，花粉發芽率呈下降趨勢，下午14：00采集的花粉不萌發，這可能是花粉干燥后喪失活力所導致的。Balanagar番荔枝(Annona squamosaL. cv.Balanagar)和秘魯(毛葉)番荔枝(Annona cherimolaMiller)的花粉壽命均較短暫，裂開后無法長時間存活。上午7:00～12:00之間采集的花粉粒的平均發芽率為50.2%［17］。在M(5%蔗糖+100 mg/kg硼酸)培養基中，早上8：00采集的花粉的花粉管伸長值較高(69.73 pm,18 ℃)，而在早上6：00(41.83 pm,32.5 ℃)和中午12：00(18.32 pm,32.5 ℃)的花粉管伸長值較小。上午8：00采集的花粉的花粉管伸長最大，可能是由于當時的溫度有利于絨氈層發揮其正常功能，因而花粉離體的萌發和花粉管的生長最好，有助于提高番荔枝的坐果率。雨季和旱季收集的番荔枝花粉的發芽率分別為25.0%和37.6%［15］，有籽番荔枝和無籽番荔枝的花粉活力分別為38.5%和52.5%［4］。非洲驕傲(Annona atemoyaHort. et West.cv. African pride)和鳳梨釋迦(Annona cherimolaMill.×A. squamosaL.)自交和雜交后花粉在柱頭上均能萌發，但這2個品種間的萌發速度存在差異，授粉后1 h，花粉管均開始萌發，但數量有差異，鳳梨釋迦自交和雜交已經大量萌發，而非洲驕傲自交和雜交的則在14 h后才大量萌發，授粉24 h后花粉管均進入子房，鳳梨釋迦授粉后花粉管48 h后到達胚囊［17］。研究還發現，鳳梨釋迦的離體花粉萌發率較低，在巴西鳳梨釋迦花粉的體外萌發率為5.9%～19.7%［4,15］。

番荔枝花粉粒的萌發率主要取決于環境溫度、濕度、花粉含水量、花粉成熟度、貯藏溫度、持續時間及其各因素之間的相互作用［19］。番荔枝花粉的最佳體外萌發溫度為20～25 ℃，在20～30 ℃的范圍內，番荔枝屬植物的花粉萌發率較高(35%～47%)；在30 ℃以上或15 ℃以下的條件下，花粉的萌發率顯著降低［16］。關于番荔枝花粉貯藏在秘魯番荔枝［20-21］、普通番荔枝(Annona squamosaL.)和鳳梨釋迦［15］等品種中也有研究，發現在花季開始時收集并在適當條件下儲存的花粉可用于整個花期內的授粉［21］。Balanagar 番荔枝的花粉用無水硅膠脫水，然后在-196 ℃下貯藏，開始貯藏時的發芽率為51.5%，2個月后的花粉能在體外萌發，但隨著貯藏期的延長，其萌發率和花粉管伸長的長度將會降低。在持續90 d后，離體花粉的萌發率急劇下降。顯微鏡檢查顯示，花粉在低溫下儲存后會發生變形或皺縮(形態損傷)，進而導致花粉體外萌發不良［22］。紅釋迦(Annona spinescens)雄花期和雌花期傍晚采集的花粉的最高離體萌發率分別為26.5%和23.0%，均低于Lessard Thai番荔枝(Annona squamosaLessard Thai)，Lessard Thai番荔枝和鳳梨釋迦的花粉能分別儲存24、48 h，鳳梨釋迦雌花期傍晚收集的花粉貯藏72 h后不萌發［12］。因此，種植番荔枝必須從種植區的氣候環境條件出發，選擇適宜的品種，研究其雌蕊、雄蕊的成熟特性，以確定花粉的最佳采集和授粉時間。

2.2 花粉活力

番荔枝科是真核生物比較古老的一個科，該科花粉的發育和形成具有高度的多樣性，花粉形態多樣，從單體到多體不等，花粉結合機制也不同［23］。鳳梨釋迦在花藥開裂時同時存在二合體和三合體花粉，2種花粉的比例受溫度、水分等環境條件的影響。在不斷變化的環境條件下，2種花粉可以為物種提供一種適應性優勢，保持花粉進入胚珠的時間變化，以確保一些花粉管在適當的發育時間到達卵細胞［24］。2種類型的花粉均能萌發，三合體花粉壽命較短，但可以快速萌發；二合體花粉花粉管的生長是雙向的，初始階段的自養生長緩慢，異養生長階段的花粉管會產生胼胝質栓；然而，三合體花粉從萌發開始就依賴于外源營養物質。三合體花粉的傳播方式通常是風和水，溫度稍微升高，花粉則快速萌發，這會加速雌性發育和整個生殖過程［25］。二合體和三合體之間的平衡關系能為具有雌雄同體的切里莫拉等物種提供適應性優勢。一方面，二合體花粉可以存活到第2天，然后在雌性階段通過傳粉昆蟲轉移到花朵上［26］；另一方面，當柱頭在短時間內仍能接受時，三合體花粉可以在花藥開裂時快速萌發。因此，2種花粉同時存在可增加受精的機會［27］。但如何在某些促進花粉快速萌發的環境條件下，選擇有利于固定產生三合體花粉的性狀還有待進一步研究。

花粉活力的變化可能會干擾受精，進而影響果實的產量。花粉活力的降低可能是受生殖器官發育過程中環境條件的直接影響，如溫度、水分脅迫和營養養分的可用性［28］。盡管不同物種對這些因素的耐受范圍差異很大，但生殖組織生長發育期間溫度的輕微升高則可能會加速或延遲開花［29］，從而影響雄性和雌性生殖系統發育的同步性，并導致配子體產生缺陷［30］。尤其是高溫可能會影響花粉粒的形態、化學成分和代謝［31］以及花粉生產力和性能［15］，進而影響種子的生長和結果［12］。開花前，溫度可能會改變花粉活力，并影響成熟過程中淀粉的積累和能量的儲備，而花粉通常是自養萌發的［32］。Lora等［33］觀察到番荔枝的淀粉分解和花粉萌發受開花前溫度的影響，當花朵在25 或15 ℃下儲存2 d時，花粉中的淀粉在開花前迅速流失。碳水化合物積累的變化可能會導致能量物質的可用性和碳水化合物的滲透力降低［34］。干旱地區的氣候季節性影響了番荔枝花粉粒的發育。旱季，在花粉粒的發育過程中，檢測到花粉粒的營養成分減少，相比之下，雨季更有利于花粉粒的發育，花粉活力和花粉管長度均較好。通過人工授粉，旱季和雨季的番荔枝平均坐果率均超過了70%，但雨季授粉的果實種子數量更多、鮮果重量更大、果肉和種子質量更高［35］。根據區域氣候條件，在實際生產中，通常采用修剪整形、水肥管理等田間技術調整番荔枝的花期來避開授粉、受精的不利因素，以獲得更高的坐果率。

2.3 柱頭的接受性

花粉發育并不是唯一敏感的過程，高溫也可以同時影響花粉和柱頭的發育。番荔枝的柱頭是一種濕柱頭，柱頭可接受性的時間長短受環境因素的影響，高溫縮短，高濕則延長。番荔枝的生殖周期為2 d，在花周期的第1天柱頭是可接受的，第2天則急劇下降。在花周期的第1天和第2天早上，人工授粉后，坐果良好。第2天下午授粉，坐果率急劇下降。此時，在花的雌性階段，柱頭分泌量減少，柱頭開始干燥。在這個接受期，白天溫度或濕度的變化對坐果率沒有顯著的影響，但會影響雌性期最后幾個小時柱頭接受性的持續時間。一方面，較高的相對濕度可以延長柱頭的接受性，使柱頭分泌功能在轉雄性期后還能保持數小時，從而促進同一朵花的自花授粉；另一方面，較高的溫度推遲了雌花在花期第1天的開放時間，也增加了花期第2天柱頭干燥的速度，然后才轉變為雄花期，縮短了柱頭的接受期［36］。在田間自然條件下，雖然雨季的平均溫度較高，但相對濕度也高于旱季，而低濕度會影響番荔枝柱頭的接受性，從而導致受精胚珠數量減少，因此種子的數量和產量降低。當相對濕度從95%降低到72%時，番荔枝柱頭的接受性下降，當柱頭表面沒有分泌物時，柱頭的接受性顯著降低，直至喪失［27,29］。番荔枝在授粉過程中，根據花的開放時間，收集優質花粉，并在柱頭最佳接受期內及時授粉，以獲得更高的授粉成功率。

3 番荔枝授粉技術研究的現狀

3.1 花粉的數量和來源

花粉的數量和來源都是限制番荔枝產量的潛在因素。花粉數量限制了果實的產量，到達可接受柱頭表面的花粉粒數量決定了可以受精產生種子的胚珠數量，授粉不充分會導致花果比降低。花粉質量會影響最終的果實產量，但花粉的活力、與母體植物的親和性因其來源而異。花粉數量和質量也可能相互影響，并決定著果實的最終質量。果實形狀與花內正在發育的種子數量和位置分布有關。每一個核果都源于一個成功授粉的雌蕊。成功授粉的單個雌蕊的數量和位置決定了發育中種子位置和果實的外形，并最終決定了聚合果實的對稱性。自主授粉的果實比較小、成熟數量少，含有的種子數也很少。番荔枝的花藥數量僅有300～400粒，遠低于蘋果和梨［37］，是目前已知花藥數量最少的熱帶果樹，但由于花粉數量多，因而花朵的花粉數量并不比這些果樹的少。

番荔枝果實質量和對稱性受成熟情況和種子數量的影響。不同花粉源人工授粉處理后果實質量和對稱性存在差異。在Hillary White番荔枝［(Annona squamosa×A. cherimola)cv. Hillary White］果園中，它的自然授粉率低，結果少且果形差，用Hillary White或非洲驕傲的花粉進行人工授粉，均能顯著提高果樹的總產量和果實品質。然而，花粉來源于非洲驕傲的果實明顯比Hillary White的總種子數更多、更大、更對稱［38］。種子數量的差異可能是由于合子前或合子后的敗育，導致發育果實中受精胚珠總數減少。當使用跨品種花粉人工授粉，而不是自花花粉時，果實質量更高。因此，對于番荔枝果實品質和對稱性而言，為確保每朵花中授粉成功的胚珠數最多，應該提供大量高質量的花粉。

花粉的來源會影響番荔枝的坐果率，即使采用人工授粉來改善坐果不良，提高坐果率和單株果實產量，也需要選擇優質、有效的花粉源才能生產更多優質的果實［39］。番荔枝品種Bays(A. cherimolaMill.cv. Bays)、Reretai(A. cherimolaMill.cv.Reretai)、Pain(A. cherimolaMill.cv. Pain)和White(A.cherimolaMill.cv. White)采用自花花粉進行人工授粉，坐果率為84%～96%，而采用4個品種的混合花粉授粉坐果率為38%～69%［40］；用非洲驕傲花粉在鳳梨釋迦上授粉，坐果率為80.5%［39］。Arka Sahan［(A. cherimola×A. squamosa)×A. squamosa］番荔枝花授以普通番荔枝的花粉的坐果率大于91%，果實單果重大于600 g；授以牛心番荔枝(Annona reticulataL.)的花粉和自花花粉的坐果率中等，為31%～86%；采用鳳梨釋迦和秘魯番荔枝花粉的結實率為4%～13%，而自然結實率只有2%［41］。因此，父本和母本均能影響番荔枝的坐果率。番荔枝因其花粉直感效應，結實、形態和質量與選擇的花粉親本有關［42］。番荔枝自花授粉結實較少，形狀和大小不一，而大多數可食用的番荔枝屬能相互授粉結實，一些特定的組合表現良好，F0代具有果實大、果形佳、品質優等特點［43］。測定Balady(Annona squamosaL.cv.Balady)、Abd ElRazik(Annona squamosaL.cv.ElRazik)和Finny (Annona squamosaL.cv.Finny)3個品種花粉的育性，發現Balady的可育花粉比例最高。以Balady作為花粉源，能增加Abd ElRazik和Finny品種的結實率和種子數量，果實品質也有所提升［44］。

3.2 授粉技術

3.2.1 自然授粉 自然授粉是借助風、蟲、水、鳥等外界條件而使物種授粉結實。但由于番荔枝的品種特性，自然授粉結實率低，外觀品質不均勻。經過長期的科學研究，人們也發現一些特殊品種，其自然坐果率相對較高，比如在澳大利亞熱帶地區，粉紅巨物(Annona squamosa×A. cherimola)的芽變種KJ Pinks ［(Annona squamosa×A. cherimola)cv.KJ Pinks］，其自然坐果率超過40%，而粉紅巨物和另一個芽變種Hillary White的平均坐果率都不到3%［45］。另外，通過對環境條件的調節也可促進番荔枝的自花授粉。番荔枝花粉含有二合體、三合體和四合體，而溫度會影響二合體(長生活力)和三合體(短生活力)花粉的比率，環境溫度的變化會影響2種花粉的比例，同時可能會影響番荔枝花周期的同步性和柱頭的可接受性。高溫會加重番荔枝花的雌雄異熟性，縮短柱頭接受期，此時三合體花粉的存活率更高［46］；反之，低溫可延長柱頭的可接受性和增加二合體花粉的釋放，從而促進自花授粉。

3.2.2 人工授粉 番荔枝雌雄同體異熟阻礙了自花授粉［42］；而且花朵顏色不鮮艷，缺乏香味和花蜜，限制了昆蟲傳粉［1-2］，由于花粉粒成團且具有黏性，因此風傳粉也存在困難［3］。番荔枝還含有大量不可存活的低活力花粉，是坐果不良的原因之一［16］。有研究顯示，番荔枝通常含有大量的二分體和四分體花粉，使得花粉粒總體活力下降，其中四分體比例較高則會導致番荔枝結實不良，因為四分體不能在番荔枝的柱頭表面發芽［47］。而且番荔枝授粉受精不足會導致心皮發育不均、坐果率低、畸形果實。因此，番荔枝需進行人工授粉以確保授粉成功率和良好的果實形狀。人工授粉可以通過以下2種方式進行：一是早上從完全開放的花朵(雄性階段)采集花粉，然后立即人工授粉；二是雌性階段晚上采完全開放的花朵，然后放在紙袋中，置于室溫下，第2天早上用淺托盤或紙搖晃花朵，收集花粉，再轉移到小容器中，使用小刷子或手動吹風機進行人工授粉。花粉可以保存在冰箱中以備第2天早上使用［48］。

番荔枝人工授粉成功率和產量取決于花粉量［5］、花粉活力［4］以及人工授粉的方法和時間。因此，要求生產者必須確定所種植品種的最佳授粉時間和花粉貯藏期，以優化坐果率和品質。對于紅番荔枝和Lessard Thai番荔枝而言，人工授粉的最佳條件是使用從雄花期采集的新鮮花粉，然后立即進行人工授粉，或者使用從傍晚采集的雌花期花粉，并在18 h內進行人工授粉。鳳梨釋迦的最佳授粉程序是傍晚從雌花期采集花粉，并在18 h內使用授粉，獲得的鳳梨釋迦的果實質量較高。當使用的花粉在冰箱中儲存24和48 h時，果實質量顯著降低。在不加溫的溫室中生長的Hillary White和鳳梨釋迦，6月中旬進行人工授粉，其果實較大，含糖量比6月上旬和下旬高。可見人工授粉的最佳時間是初花后2周左右的6月中旬。使用冰箱中儲存24和48 h的花粉給鳳梨釋迦進行人工授粉時，其果實結實率較高，但果實品質顯著降低。因此，鳳梨釋迦的最佳過程是使用傍晚從雌花上采集的花粉，并在18 h內授粉［12］。坐果不良和結果不穩定是限制番荔枝產業發展的主要因素，現階段番荔枝要獲得豐產、穩產，必須采取人工授粉。

3.2.3 昆蟲授粉 番荔枝的授粉昆蟲主要是甲蟲，但訪問花朵的甲蟲數量少則會導致自然授粉率低。若將甲蟲聚集在花朵周圍或用信息素引誘更多甲蟲到果園以增加傳粉媒介豐度，可提高授粉率［49］。雖然人工授粉是增加番荔枝坐果率最有效的方法［39］，但這需要投入大量的人力且成本高。因此，研究者使用通用蛾類誘捕器和各種食物引誘劑配合使用，引誘甲蟲前來授粉。2種誘餌對甲蟲的引誘有協同效應，再添加食物引誘劑能增加被誘捕甲蟲的數量，食物引誘劑是誘捕甲蟲的關鍵因素；使用甲蟲誘餌和食物引誘劑能吸引各種潛在的傳粉者來到番荔枝果園，也增加了番荔枝的坐果率。而甲蟲的花粉傳遞系統不完善，它們攜帶和傳遞花粉的能力很差［6］。因此，甲蟲的授粉效率較低，無法滿足商業生產的需求。

4 番荔枝授粉技術存在的問題

大多數被子植物在花藥開裂時以單體形式釋放花粉［50］，由于環境溫度和濕度的變化影響了番荔枝花粉的聚合形式，可以聚合為二合體、三合體、四合體或多聚體，但單體和四合體花粉粒在番荔枝屬中最常見［51］。番荔枝雌雄異熟，雌蕊先熟，當雄蕊成熟花藥裂開時，柱頭的接受性便顯著降低。離體花粉不耐貯藏，在4 ℃下第4天幾乎完全失去活力，這也可能與大部分花粉粒以四合體的形式存在有關。幾種花粉的活力和萌發特性不一樣，花粉源也影響番荔枝的坐果率。此外，即使采用人工授粉的方法進行授粉，鳳梨釋迦也因授粉不均而導致大量的畸形果存在。有關番荔枝授粉器授粉和液體授粉的研究很少，效果也不穩定，番荔枝花粉懸浮液的儲運濃縮技術研究還尚未開展。

5 番荔枝授粉技術的展望

番荔枝花小，花粉量偏少，采集困難，人工授粉需要投入大量的勞動力。液體授粉技術不僅授粉速度快，節約花粉，節省人工，還能夠增加柱頭的養分，延長授粉受精時間［52］。研發番荔枝授粉器、開展液體授粉技術和花粉懸浮液的儲運濃縮技術就顯得非常迫切。現階段乃至今后的種植業均以綠色生態、可持續發展為導向，消費者對優質安全精品農產品消費需求也不斷增加，蟲媒授粉在農業生產中的重要性越發突出。蟲媒授粉能夠有效減少人工授粉所帶來的授粉不均、畸果率大、果品口感不佳等問題，因此可繼續研究尋找番荔枝授粉昆蟲，并加大新品種選育力度。