不同温度条件下日光温室甜樱桃性器官发育与受精的差异_李秀珍.pdf

中国农业大学学报，（）： 不同温度条件下日光温室甜樱桃性器官发育与受精的差异李秀珍，李学强（中国农业大学 农学与生物技术学院，北京；河南科技大学 林学院，河南 洛阳）摘要为探讨不同温度条件下日光温室甜樱桃性器官发育及受精进程的差异，以年生甜樱桃红艳为试材，利用石蜡切片法和荧光显微技术对不同温度条件下甜樱桃的花芽形态分化、雌雄配子发育、受精过程进行了观察。结果表明：日光温室条件下，花芽在硬核期开始形态分化，高温区花芽形态分化时间短，花序间发育较整齐，单花分化需左右，而低温区则相反，且单花分化需左右；高温区次生造胞细胞持续分裂时间缩短、小孢子母细胞的持续时间短、雄配子体的形成速度快且整齐度高，低温区相反；高温区从造胞细胞到雌配子体形成需左右，而低温区需左右；不同温区胚的发育进程相似，但高温区从授粉到受精的时间比低温区延长约，达。日光温室条件下，高低温均影响甜樱桃的生殖生长，高温使甜樱桃的花芽分化开始早，花芽形态分化及雌雄配子的发育时间短，但受精进程减慢。关键词甜樱桃；温室；花芽分化；受精中图分类号 文章编号（） 文献标志码 收稿日期 ：基金项目 ：河南省基础与前沿研究项目 （）；河南科技大学基金项目 （，）第一作者 ：李秀珍 ，副教授 ，博士研究生 ，主要从事果树栽培生理研究 ，： ， （ ， ，；， ，） ， ， ， ， ， ， ， ， ； ； ；第 期 李秀珍等 ：不同温度条件下日光温室甜樱桃性器官发育与受精的差异甜樱桃在我国栽培面积和产量增长迅速 ，效益较好 ，特别是设施条件下栽培其效益比露地栽培可提高几倍至几十倍 。但设施条件下促早栽培由于温度 、光照等较难控制 ，从而影响了甜樱桃的坐果 ，尤其是温度会对花芽分化 、性细胞的形成 、受精过程及胚的发育等有较强的影响 ，进而影响甜樱桃的产量 。研究表明 ，甜樱桃开花前个月至落瓣期低温胚囊发育慢 ，高温加速胚囊的败育 ，花芽萌动期高温条件培养珠心和胚囊的降解速度显著加快 ，开花后胚囊快速退化，花芽萌动期及花药不同发育时期进行短时高温处理将导致绒毡层和中层细胞提前解体 ，花药异常 ，花粉粒萌芽率低 ，雌雄蕊变褐败育等，露地栽培条件下 ，甜樱桃的胚珠 、胚囊和花粉发育 ，是在春季伴随着温度逐渐升高完成的，以上研究说明花芽萌动期对温度非常敏感 。目前 ，关于设施条件下甜樱桃的丰产栽培技术研究较多 ，温度对甜樱桃花芽分化的研究也有一些报道，但在设施条件下温度对甜樱桃性器官的发育及授粉进程研究较少 。本试验以年生甜樱桃红艳 为试材 ，研究了日光温室条件下不同温度对雌雄配子的发育及授粉进程的影响 ，以期为甜樱桃的设施栽培提供理论依据 。 材料与方法 材料日光温室栽植的年生 红艳 甜樱桃 （）为试材 ，月日开始扣棚升温 ，月日开始设个温区 ，高温区 （用电热管加温 ）昼夜温度为 （）（），低温区 （对照区 ）（）（）（分别在个温区的中央位置挂一水银温度计 ，实时进行观测 ，超过或低于设定温度进行放风或加温 ）。选择长势一致的健壮植株 ，株为个小区 ，重复次 ，其他管理条件一致 。 方法 花芽的形态分化观察高温区从月日 （硬核末期 ）开始取样 ，低温区从月日 （硬核末期 ）开始取样 ，每隔取样次 ，取样后用固定 ，制作石蜡切片 ，用铁钒苏木精染色，型显微镜观察 、照相 。 雌雄配子体的形成观察从月日 （加温始期 ）开始取样 ，每取样次直到开花前 ，每次取花芽个 ，石蜡切片制作方法同，型显微镜观察并照相 。 花粉萌发、受精及胚的发育观察于授粉 后、和取花柱和子房 ，每次各个 ，取后用固定 ，用的溶液在条件下解离花柱，再用苯胺兰染色以上 ，然后将花柱平均纵分为两半 ，直接压片，用荧光显微镜观察并照相 ；将胚珠从子房中取出 ，用的石蜡切片法观察受精情况 。之后每取样次 ，硬核开始后每取样一次 ，每次取个果 ，按观察受精的方法观察胚的发育并照相 。 结果与分析 不同温度条件下日光温室甜樱桃花芽形态分化高温条件下 ，月日 （硬核末期 ）即观察到小花原基出现 ，并已分化出萼片原基 （图（），说明在此之前花芽已开始分化 ，但此时仍可观察到刚刚长出的小花原基 （图（）、未出现萼片原基的小花原基 （图（）；图（）所示为含有苞片原基和个小花原基的花芽 ；月日出现花 瓣 原 基 （图（）；月日观察到雌蕊原基和雄蕊原基 （图（）；月日后雌蕊原基和雄蕊原基进一步发育（图（）；到月日各花器官基本形成 （图（）；月日 ，完成各部分分化 （图（）。在高温条件下花芽分化时间短 ，不同花序之间发育比较整齐 ，单花发育需左右 。低温条件下 ，月日 （硬核末期 ）可观察到刚分化出的苞片原基和小花原基 ，观察结果与高温条件下月日观察到的部分结果相似 ；月日大部分小花原基分化出萼片原基 （图（），但此时已有个别小花正分化出花瓣原基和雄蕊原基 ；月日萼片内侧分化出花瓣原基 ，同时看到部分小花内分化出雄蕊原基及雌蕊原基 （图（），但此期内仍可看到有的小花刚分化出苞片原基 ；月日明显看到各个原基增大 （图（），到月日各原基进一步发育 （图（）。在同一花序内不同的花发育不同步 （见图（）；月日花药呈蝶形 （图（）；月日发育基本完成 。在低温条件下 ，花芽分化时间长 ，单花发育需左右 ，不同花之间差别大 。中 国 农 业 大 学 学 报 年 第 卷（）刚长出的小花原基 ；（）未出现萼片原基的小花原基 ；（）、（）小花原基的萼片原基 ；（）萼片原基内出现花瓣原基 ；（）刚分化出雌蕊原基和雄蕊原基 ；（）、（）、（）和 （）雌蕊原基 、雄蕊原基进一步发育 ；（）和 （）花药成蝶形 ，花芽分化基本完成 ；（）同一花序内的花发育不一致 ；（）花芽分化完成 。（） ；（） ；（）（） ；（） ；（） ；（）（），（）（） ；（）（） ， ；（） ；（） （）为；其余均为。（） ； 图 不同温度条件下日光温室甜樱桃花芽形态分化 不同温度条件下日光温室甜樱桃雌雄配子体发育 不同温度条件下日光温室甜樱桃雄配子体发育月日加温开始时即观察到小孢子母细胞 ，最初小孢子母细胞排列紧密 ，多边形 ，核大 、染色深 ，明显不同于绒毡层细胞 （图（）。在高温条件下 ，从月日到月日 ，细胞排列均很紧密 ，到月日小孢子母细胞排列比较松散 （图（）；月日可看到小孢子母细胞进行第一次分裂 ，此时部分细胞中有个核 ，但中间无细胞壁 （图（）；月日出现四分体 （图（），此期仍可观察到核细胞 （图（），随着核的分裂 ，细胞壁的出现 ，形成四分体 ，且四分体出现的时期比较一致 ，此前后均无观察到四分体 ；月日观察到单核 花 粉 粒 （图（），此时花粉粒小 ，排列拥挤 ，核较小 ；月日 ，观察到核圆形花粉粒 （图（），其内有一大一小个核 ，大核靠内是营养核 ，小核靠近花粉壁是生殖核 ；月日看到三角形花粉粒出现 （图（），花药中间隔膜开始断裂 ，花粉发育基本完成 。在高温条件下雄配子体发育整齐 ，速度快 ，从小孢子母细胞开始分裂到花粉发育完成历时左右 。低温条件下 ，小孢子母细胞形成持续时间长 ，直到月日仍能观察到小孢子母细胞的形成 ，即正分裂的次生造孢细胞 （图（）；有的在月日仍处于小孢子母细胞阶段 ，即细胞排列紧 、核大 、细胞质浓 （图（）；在此期间部分小孢子母细胞已开始减数分裂 ，且于月日即观察到一些小孢子母细胞已完成第一次减数分裂 （图（），此时小孢子母细胞间隙较大 ；月日 ，可以看到小孢子母细胞第 期 李秀珍等 ：不同温度条件下日光温室甜樱桃性器官发育与受精的差异相离较远 ，部分细胞已完成第一次分裂 ，第二次分裂似在进行 （图（），一部分细胞已进入四分体期 （图（）；同一花序中 ，有的处于小孢子母细胞期 ，未进行分裂 ，有的分裂次 ，有的分裂次进入四分体期 ，有的四分体刚结束进入单核花粉期 （图（）。在同一花药的不同药室 ，小孢子母细胞的发育阶段不同 （图（），有的处于四分体期 ，有的则进入单核期 。同一花序 、不同花朵的发育时期不同 ，直到月日仍能看到四分体的存在 ，至月日 ，基本都进入单核花粉期 ，月日观察到核花粉粒存在 ，月日大部分细胞进入核花粉期 ，月日出现发育成熟的花粉粒 。在低温条件下雄配子体发育极不整齐 ，速度慢 ，从小孢子母细胞开始分裂到花粉发育完成历时左右 。（）和 （）花药内的小孢子母细胞 ；（）小孢子母细胞第一次分裂 ；（）四分体 ；（）四核细胞 、二核细胞同时存在 ；（）四分体结束后的单核花粉粒 ；（）二核花粉粒 ；（）成熟花粉粒 ；（）低温条件下次生造孢细胞仍在分裂 ；（）低温条件下的小孢子母细胞 ；（）第一次减数分裂的小孢子母细胞 ；（）小孢子母细胞进行第二次分裂 ；（）低温条件下四分体 ；（）刚结束四分体 ；（）同一花药不同药室的细胞发育不同 。（）（） ；（） ；（） ；（） ；（） ；（） ；（） ；（） ；（） ；（） ；（） ；（） ；（） ；（） （）、（）、（）和 （）为；（）为；（）和 （）为；（）为。（），（），（）（） ；（），（），（）（） ， 图 不同温度条件下日光温室甜樱桃雄配子体发育 不同温度条件下日光温室甜樱桃雌配子体发育低温条件下 ，月日 （开始加温 ）已在子房内壁观察到珠心突起 ，此后进一步发育 ，到月日分化出珠被原基 ，同时观察到造孢细胞和周缘细胞 ，造孢细胞体积较大 ，细胞质浓 ，细胞核和核仁均较大（图（）；到月日观察到大孢子母细胞 ，该细胞明显大于周围细胞 ，以后发育成胚囊 （图（）；月日花序伸出出现核胚囊 （图（），同期观察到核胚囊 （图（），至此胚发育成熟 。在低温中 国 农 业 大 学 学 报 年 第 卷条件下 ，从观察到造孢细胞到雌配子体发育成熟需左右 。高温条件下 ，雌配子体的发育进程较快 ，月日观察到造孢细胞 ，月日观察到大孢子母细胞 ，月日形成核胚囊 （图（）。月日观察到核胚囊 ，月日即观察到核胚囊 。高温条件下从观察到造孢细胞到雌配子体发育成熟需左右 。（）造孢细胞 ；（）大孢子母细胞 ；（）四核胚囊 ；（）七核胚囊 ；（）二核胚囊 。（） ；（） ；（） ；（） ；（） 图 不同温度条件下日光温室甜樱桃雌配子体发育 不同温度条件下日光温室甜樱桃受精过程及胚的发育观察发现 ，高温条件下授粉后花粉已萌发 ，花粉管进入柱头 （图（）；授粉后，花粉管大量萌发 、伸长并已达柱头处 （图（）；授粉后，在花柱基部即可看到花粉管 （图（）；图（）所（）授粉后花粉萌发花粉管进入柱头；（）授粉后花粉萌发状；（）授粉后到达花柱基部的花粉管；（）授粉后花柱中下部的花粉管 （）；授粉后 精核接近卵核 ；（）授粉后 看到合子分裂为 个细胞 ；（）授粉后，成多细胞球胚 ；（）授粉后发育成子叶胚。（） ；（） ；（） ；（） ；（） ；（） ；（） ；（） （）、（）、（）和 （）为；（）为；（）、（）为；（）为图 不同温度条件下日光温室甜樱桃受精过程及胚的发育 第 期 李秀珍等 ：不同温度条件下日光温室甜樱桃性器官发育与受精的差异示是授粉后时花柱中花粉管 ；授粉后可看到精核向卵核靠近 （图（）。授粉后，观察到合子发育成个细胞 （图（）；授粉后合子变成个细胞 ，授粉后后呈多细胞球状胚（图），授粉后发育成子叶胚 （图（）。低温条件下授粉进程与高温相似 ，不同的是授粉后萌发 ，花粉管进入柱头 ，授粉后大量萌发并在花柱基部看到花粉管 ，授粉后靠近核 ，合子已发育成个细胞 。低温条件下授精所用的时间比高温短 。 不同温度条件下日光温室甜樱桃性器官发育及受精状况比较温度对日光温室甜樱桃性器官发育及受精时间影响较大 （表），高温加快了性器官的发育速度 ，但使受精时间加长 。此外 ，温度还影响性器官发育及受精的整齐度 ，在高温条件下 ，性器官发育及受精的整齐度较高 。表明在进行日光温室甜樱桃栽培时 ，为提高性器官的发育速度及整齐度 ，花前的昼夜温表 不同温度条件下日光温室甜樱桃性器官发育与受精时间比较 温度条件单花发育 花粉发育 雌配子体发育 受精时间 高温 低温 度应适当高一点 。 讨论研究表明 ，日光温室条件下 ，温度影响甜樱桃花粉的萌发和受精过程 ，高温区授粉后花粉萌发 ，雌雄性核接近 ，低温区授粉后萌发 ，授粉后靠近核 ，高温使甜樱桃的受精进程减慢 。该结果与赵德英等在日光温室条件下的研究结果相似 ；与许方等发现的在露地条件下授粉后多数花粉管到达胚囊进行受精 ，雌雄性核的融合约需不同 ；与 等认为的花粉在柱头上萌发的最适温度是，在这一温度下授粉后花粉管即可到达珠孔 ，但在和时 ，授粉后花粉管仍在柱头中也不同 ；则认为高温对不同甜樱桃品种均促进了花粉管的伸长 ；黄镜浩等研究芒果时发现低温条件下 ，授粉后花粉管虽能进入胚珠 ，但未能到达胚囊 。以上研究结果的差异可能是由于试验条件及种类品种间的差异造成 。温度影响雌雄配子的发育在甜樱桃及其他果树上均有研究 。边卫东认为春季温度升高有利于甜樱桃胚珠和胚囊发育 ，本试验条件下高温缩短了甜樱桃雌雄配子体的发育进程 ，这与李燕等的研究结果一致 ，但过高温度导致甜樱桃的胚囊停留在未发育阶段或胚珠 、胚囊发育不完全，的高温还将造成花粉发育受阻 ，甚至雄性的完全败育；低温条件下雌雄配子发育的速度慢且雄配子体发育极不整齐 ，这与张永科等在麦类作物的研究结果一致 。日光温室条件下 ，花芽分化在硬核期开始 ，较高温度花芽分化速度快而整齐 ，较低温度时花芽分化时间长且各花的分化速度不同 。这与过去一直认为的甜樱桃在采果后左右开始花芽分化不相符；但与刘婧的研究结果促成栽培使甜樱桃花芽形态分化的开始时期明显提前 ，且花芽形态分化速度快而整齐一致 。 结论日光温室条件下 ，高低温均影响甜樱桃的生殖生长 ，但花芽形态分化均在硬核期开始 。高温使花芽形态分化及雌雄配子的发育时间短 ，但受精进程减慢 ；而低温则相反 。参考文献 ， ， ，：中 国 农 业 大 学 学 报 年 第 卷 ， ， ， ，（）： ， ， （ ）， ，（）：李燕 ，李玲 ，李少旋 ，等 高温对设施甜樱桃花器官发育的影响中国农业科学，（）：李燕 ，李玲 ，陈修德 ，等 高温对设施甜樱桃花药发育和花粉粒形成的影响 园艺学报 ，（）：边卫东 ，邓艳华 ，朱育贤 ，等 甜樱桃胚珠 、花粉发育与温度变化的关系 果树学报 ，（）：姜建福 甜樱桃花芽分化及温度对其影响的研究 北京 ：中国农业科学院 ， ， ， ， ，（）：王蔚魁 植物胚胎学研究中石蜡切片的几种整体染色法 遗传 ，（）：胡适宜植物胚胎学实验方法（五 ）检查花粉在柱头上萌发和花粉管在柱头中生长的制片法 植物学通报 ，：赵德英 ，刘国成 ，吕德国 ，等日光温室条件下甜樱桃授粉受精期间环境因子对花粉行为的影响 果树学报 ，（）：许方 ，姚宜轩 ，曹玉芳 ，等甜樱桃的受精作用莱阳农学院学报 ，（）： ， ，： ， ， ，（）， ，（）：黄镜浩 ，王松标 ，武红霞 ，等低温对芒果授粉生物学的影响西南大学学报：自然科学版 ，（）：叶正文 ，杜纪红 ，苏明申高温对桃花粉发育及小孢子产生的影响 园艺学报 ，（）：王世平 ，袁彩娟 ，戴韵婷 ，等上海地区栽培的欧洲甜樱桃花器发育的观察 园艺学报 ，（）：沈元月 ，郭家选 ，刘成连 ，等温度对桃花器官发育的影响园艺学报 ，（）：张永科 ，穆养民温度对小麦和大麦杂交种的结实和胚发育的影响 麦类作物学报 ，（）：张玉星果树栽培学各论版 北京：中国农业出版社 ，：刘婧设施栽培对甜樱桃花芽形态分化和生理特性的影响泰安：山东农业大学 ，责任编辑：王燕华