板栗雄花序生长发育规律及雄花结构解剖观察

　　摘要：通过对板栗（Castanea mollissima Blume）雄花序的生长发育规律和雄花解剖结构观察，结果表明，同一枝条上基部雄花序首先形成，依次向上进行，同一枝条上从基部雄花序开始生长至最顶部一个雄花序发育完全需要50 d左右；同一个雄花序上，基部雄花簇首先开放，依次向上进行，而从基部雄花序开始开花至顶部雄花序完全开花需要20 d左右；一个雄花簇有雄花5～7朵，一般为单数，顶部一朵，下方四朵为两朵并列排列，同一雄花簇中最顶部一朵雄花最先开放，依次向下进行，并列排列的两朵同时开花；板栗雄花小孢子囊数量多，且发育进程有较大差异，表现为无限分化的趋势，小孢子囊两室，偶而有四室出现，内含大量花粉粒。总之，板栗雄花多，花粉数量大，开花散粉时间长，对于相对数量较少的雌花而言，是否为适应风媒传粉所需，有待进一步研究。 　　关键词：板栗（Castanea mollissima Blume）；雄花序；雄花；解剖结构；小孢子囊 　　中图分类号：S664.2；Q944.58 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2014）13-3090-04 　　Growth and Development of Staminate Inflorescence and Anatomic Observation 　　of Male Chestnut Flower 　　CHEN Juan， Nie Yu-ting， Liu Jin， Yao Hong-yan， CHENG Shui-yuan 　　（Key Laboratory of Economic Forest Germplasm Improvement and Resources Comprehensive Utilization of Hubei Province/ College of Chemistry and Life Science， Huanggang Normal University， Huanggang 438000， Hubei， China） 　　Abstract： The growth and development of staminate inflorescence and anatomic structure of male chestnut flower were observed. Results showed that staminate inflorescence on the base of branch formed first， then upward successively. About 50 days were needed from the formation of staminate inflorescence on the base of branch to fully develop the staminate inflorescence on the top of the branch. On the same staminate inflorescence， male flower clusters of the base formed first， then upward successively. About 20 days were needed from the formation of staminate inflorescence on the base of the male flower cluster to fully develop the staminate inflorescence on the top of the branch. 5～7 male flower formed a cluster， the flower number in a cluster was odd number usually， one on the top and each two parallelly arranged downward. The flower on the top came into bloom first， and then downward successively. The flowers parallelly arranged came into bloom at the same time. Sporangium of male flower of chestnut was monolocular. There were a large number of pollen grains in the sporangium. There were large differences between the development process of different sporangium in one male flower. Chestnut had larger quantity of male flowers and pollen and long period of pollination compared with female flower. It is remained to be further studied whether was necessary for anemophilous pollination. 　　Key words： chestnut（Castanea mollissima Blume）； staminate inflorescence； male flower； anatomic structure； microsporangium 　　板栗（Castanea mollissima Blume）为壳斗科（Fagacea）栗属（Castanea）植物，原产于中国。板栗的适应能力极强，耐干旱，耐瘠薄，能在荒山、沙滩大量发展，且具有较高的营养和药用价值，使之成为中国很多山区种植业结构调整，实现农民增收致富的首选经济树种之一，被誉为“铁杆庄稼”[1]。生产上认为，板栗的雄花极多，雌花相对很少，雌花与雄花之比可达1∶2 000～1∶3 000[2]，而且板栗雄花序先于雌花形成，在营养分配、输导上不利于雌花的孕育，是限制板栗产量形成的关键因素，弄清板栗雌雄花分化和发育的规律及机理，调控板栗形成较多的雌花，对于提高板栗产量非常重要[3]。对于板栗花芽分化的过程前人已开展了一些研究，如任立忠等[4]指出板栗的花芽孕育期一般在6月中下旬至8月中下旬，雄花的形态分化可持续10多个月，而雌花只有2～3个月。白志英等[5]发现板栗雄花中有退化的雌蕊，并认为在花芽原基分化时，如果采取一定的措施，可以使之向两性花的方向发展，多产生结实花。张林平等[6]观察了板栗雌花簇分化的过程，也有不少学者研究了施肥及喷施激素等对雌雄比例的影响[7-12]。然而由于板栗芽的组成复杂，从冬前形成芽到第二年花序形成之间，从外在形态上是一个怎样的变化过程，以及其与内部结构的对应关系如何，都还不是很清楚。同时，对板栗雄花分化过程虽然有了一些研究[5]，但是成熟雄花的结构尤其是内部孢子囊的结构还报道很少，为此，通过对板栗花序发育过程进行观察，并通过石蜡切片技术研究了板栗成熟雄花内部孢子囊的形态结构，旨在为板栗雄花的发育及其与雌花簇形成的关系研究打下基础。 　　1 材料与方法 　　1.1 试验材料 　　板栗来源于黄州市新港三路橘子园内生长健壮的板栗树，定期对板栗雄花序发育规律进行观察统计并拍照记录，同时采集一定发育时期的板栗雄花序直接解剖通过体视显微镜观察其结构。 　　1.2 雄花及孢子囊结构的观察 　　采用石蜡切片法对雄花及孢子囊的结构进行观察。选择一雄花序基部尚未完全开花的雄花簇，将其从花序轴上用镊子小心地取下，并用FAA固定液固定24 h后进行乙醇梯度脱水，二甲苯逐级透明，石蜡包埋，Leica RM2145半薄切片机切片，苏木精-伊红染色，Nikon eclipse E200光学显微镜下观察花药内部结构，并用Tiger ProMedia系统摄像。 　　1.3 花药中色素吸收光谱的测定 　　选择包裹于花朵内部的花药100个，用镊子小心地将其取出，并用80%的丙酮研磨提取，用Agilent Cary 100紫外-可见分光光度计测定其吸收光谱。 　　2 结果与分析 　　2.1 板栗雄花序生长发育规律 　　观察结果表明，分化雄花序的芽冬前包裹在多层芽鳞中越冬（图1a），3月上旬芽体开始萌动，芽鳞逐渐脱落，首先露出的是基部叶片的托叶，基部叶片托叶较大，紧紧包裹在叶片原基外侧（图1b），3月中上旬可见叶片露出（图1c），剥开托叶和叶片（图1d）可见叶腋处有小的突起状结构（图1e），可能为雄花序原基，4月上旬可见基部雄花序伸出叶片（图1 f、1g），并随着时间的推移依次向上进行，枝条顶部雄花序最后露出叶片，5月10日前后可见部分枝条基部雄花序的基部花簇开始露出花丝（图1h），5月20日前后可见基部3～4个雄花序上雄花全部开放，完全开放的雄花花丝伸直，花药位于花丝顶端，露在整个花序的最外围（图1i）。每个结果枝上雄花序的数量5～13个不等，雄花序轴长5～25 cm，一般中部雄花序轴比基部和上部雄花序轴长，顶部几个雄花序基部可分化出雌花簇（图1i）。一个结果枝上从基部雄花序开始生长至最顶部一个雄花序发育完全需要50 d左右，而从基部雄花序开始开花至顶部雄花序完全开花需要20 d左右。 　　2.2 板栗雄花在雄花序上的着生规律及开花顺序 　　试验统计表明，板栗雄花5～7朵成一簇，组成聚伞花序，50～200个不等的聚伞花序着生在同一花轴上形成�荑花序（图1h）。花序轴上一个花簇中雄花的朵数以基数和顶部较少，中间较多，平均一花轴有雄花500朵左右。雄花簇开花的顺序为从基部逐渐向上进行，顶部雄花簇最后开放，属于无限花序（图2a、2b和2c），但也有极少数顶部花提前露出花丝（图2c 箭头所示）。同一个雄花簇中，顶部花最大，中部和基部花呈两两对称排列，中部两朵花体积大于基部两朵花，雄花簇中花朵的开放顺序与�荑花序上花簇的开放顺序正好相反，顶端的最先开放，中部两朵花几乎同时开放且均先于基部两朵花开放（图3a）。 　　2.3 板栗雄花解剖结构 　　通过对单朵雄花进行解剖，可以看到每朵雄花有萼片6枚，无花瓣，萼片绿色，其上密生绒毛（图3b、3c）。花丝细长而透明，基部密生绒毛，花药淡黄色（图3d），测定花药的有机溶剂提取液的吸收光谱表明内含有少量叶绿素（图4）。 　　对板栗雄花簇进行石蜡切片制片并平行于花序轴做横切，结果显示，板栗雄花为单被花，这与上述解剖镜下观察结果一致，同一花簇中相邻花朵之间由于相互挤压而使花朵呈不对称结构，顶端的雄花花药几乎都已露出花朵之外，在花被内侧看不到成熟小孢子囊，然而在花朵的基部却仍能看到少数尚未分化完全的小孢子囊，甚至还有一些刚突起的小孢子囊原基，可见是一个无限分化的过程，因此，每朵花中孢子囊数量是不确定的（图5）。 　　在只有少数花药伸出花朵之外的中部的雄花中观察到有许多小孢子囊（花药或花粉囊），小孢子囊两室，呈近似椭圆形结构（图5），同时在所观察的6个样本中（6朵不同雄花的切片）发现了有一朵花中有一个四室的小孢子囊（图5箭头所示）。 　　3 小结与讨论 　　板栗冬前的一个芽在第二年春天天气转暖后就渐渐发育成一个长长的枝条，枝条上有很多的叶片，枝条顶部还会伸展出许多的雄花序，并逐渐伸长分化出雄花，雄花中又分化出很多的小孢子囊和花粉粒，而且有些雄花序基部还分化出雌花簇（图1），每一个新的器官的出现与其芽内部结构之间必然存在着一定的对应关系，任立忠等[4]指出雄花序原基一般在第一年的6月中旬至8月中旬便开始孕育，其形态分化可持续10个多月，而李映志等[13]则将板栗一次花序分为冬前花序和冬后花序，冬前花序原基的形成始于6月中旬，终止于8月中旬，冬后花序原基源于上年8月中旬冬前花序原基停止形成后，茎尖分生组织分化出的腋芽生长锥状原基，可见芽内部结构与花序原基分化发育的对应关系还有待进一步研究。 　　板栗花器官结构复杂，郭素萍等[14]以及任立忠等[4]都观察到在板栗雄蕊原基中央有一个平坦或稍凸起的结构，认为可能为退化雌蕊的部位。而在栗雌花中也有雄蕊[15]，只是在雌蕊柱头之下，避免了自花授粉[4]。但是成熟雄花内部的结构如孢子囊的形态等研究较少，白志英等[5]认为板栗雄花数量多，分化先后进程不一致，是造成其分化持续时间长的原因。观察发现板栗雄花小孢子囊数量多且呈无限分化的趋势，这与白志英等[5]的研究结果一致。 　　板栗雄花多，雌花少，一直被认为是制约板栗产量的一个重要因素，实际上，板栗雄花序发育持续时间长，不同枝条或同一枝条不同位置的雄花序开花时间不一致，同一花序上不同位置雄花的开花时间也不一致，且其花序原基的形成时间也不一致[13]，而板栗雄花序的这种发育规律最后导致不同雄花开花时间不一致，散粉持续时间长，可能是适应板栗雌花发育进程不一致的一种机制。 　　前人对于板栗成熟花粉粒进行了扫描电镜观察，但对于孢子囊的结构及孢子囊中花粉粒的数量研究较少，通过对雄花的解剖，发现板栗雄花具有绿色的萼片，无花瓣，孢子囊中花粉粒体积小，数量大，大多数学者认为，这是适应风媒传粉的一种特性，然而板栗雌花簇柱头为针状结构，只有顶端很小的面积能够接受花粉[16]，仅依靠虫媒很难使板栗充分受精，而通过对板栗雌花序套防虫网试验表明，隔绝昆虫传粉大大减少了柱头上花粉的数量[17]。且也有学者指出，板栗雄花基部有褐色腺体，在盛花期散出特殊香气，能引诱昆虫，主要是甲虫、金龟子、金花虫、蜜蜂等，有虫媒花的特点，在试验过程中也发现板栗雄花序开花时香气浓郁，花序上有多种昆虫，表明板栗也具有虫媒传粉的特性。 　　总之，板栗雄花多，花粉数量大，开花散粉时间长，对于相对数量较少的雌花而言，是否为适应风媒传粉所需，还有待进一步研究。 　　参考文献： 　　[1] 刘国彬，兰彦平，曹 均.中国板栗生殖生物学研究进展[J].果树学报，2011，28（6）：1063-1070. 　　[2] 吕平会，李龙山，何佳林，等.中国板栗生产与加工[M].西安：陕西人民教育出版社，1999. 　　[3] 夏仁学，徐 娟，李国怀，等.板栗的开花结果习性与性别表现[J].武汉植物学研究，1998，16（2）：154-158. 　　[4] 任立中，杨其光，杜国华.板栗花性别和器官分化的研究（Ⅱ）板栗生殖器官的发育和分化[J].安徽农学院学报，1981（2）：41-50. 　　[5] 白志英，路丙社，张林平，等.板栗雄花芽分化研究[J].经济林研究，2000，18（3）：42-44. 　　[6] 张林平，李保国，白志英，等.板栗雌花簇分化过程观察[J].果树科学，1999，16（4）：280-283. 　　[7] 陈建华，曹 阳，李育忠，等.不同板栗品种的矿质元素含量与开花结实的关系[J].经济林研究，2005，23（2）：1-4. 　　[8] 徐 娟，夏仁学，李国怀，等.板栗氮素营养与花性的表现[J].华中农业大学学报，1998，17（3）：271-280. 　　[9] 陈顺伟，方新高，朱杭瑞，等.N、P和调花丰产素对板栗生长及花性别调控研究[J].林业科学研究，1999，12（3）：299-303. 　　[10] 黄宏文，张力田，卢 瑛，等.磷对板栗结实性能及产量的影响[J]. 园艺学报，1991，18（1）：21-26. 　　[11] 姜国高，张 毅，刘寄宪，等.关于板栗雌花促成的探讨[J].中国果树，1981（1）：3-6. 　　[12] 杨国顺，刘昆玉，倪建军，等.植物生长调节剂对板栗花芽性别分化及结果枝生长的影响[J].湖南农业大学学报（自然科学版），2001，27（6）：464-465. 　　[13] 李映志，夏仁学.板栗一次花冬前及冬后花序的分化发育研究[J]. 福建果树，2008（2）：4-8. 　　[14] 郭素萍，李保国，张守慧，等.太行山板栗化学疏雄实验初报[J].河北林果研究，1998，13（2）：170-173. 　　[15] 中川昌一.关于果树结果之诸问题（4）[J].农业及园艺，1973，48（7）：7-16. 　　[16] SHI Z，STOSSER R. 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