不同溫度條件下日光溫室甜櫻桃性器官發(fā)育與受精的差異_李秀珍.pdf

中國農業(yè)大學學報，（）： 不同溫度條件下日光溫室甜櫻桃性器官發(fā)育與受精的差異李秀珍，李學強（中國農業(yè)大學 農學與生物技術學院，北京；河南科技大學 林學院，河南 洛陽）摘要為探討不同溫度條件下日光溫室甜櫻桃性器官發(fā)育及受精進程的差異，以年生甜櫻桃紅艷為試材，利用石蠟切片法和熒光顯微技術對不同溫度條件下甜櫻桃的花芽形態(tài)分化、雌雄配子發(fā)育、受精過程進行了觀察。結果表明：日光溫室條件下，花芽在硬核期開始形態(tài)分化，高溫區(qū)花芽形態(tài)分化時間短，花序間發(fā)育較整齊，單花分化需左右，而低溫區(qū)則相反，且單花分化需左右；高溫區(qū)次生造胞細胞持續(xù)分裂時間縮短、小孢子母細胞的持續(xù)時間短、雄配子體的形成速度快且整齊度高，低溫區(qū)相反；高溫區(qū)從造胞細胞到雌配子體形成需左右，而低溫區(qū)需左右；不同溫區(qū)胚的發(fā)育進程相似，但高溫區(qū)從授粉到受精的時間比低溫區(qū)延長約，達。日光溫室條件下，高低溫均影響甜櫻桃的生殖生長，高溫使甜櫻桃的花芽分化開始早，花芽形態(tài)分化及雌雄配子的發(fā)育時間短，但受精進程減慢。關鍵詞甜櫻桃；溫室；花芽分化；受精中圖分類號 文章編號（） 文獻標志碼 收稿日期 ：基金項目 ：河南省基礎與前沿研究項目 （）；河南科技大學基金項目 （，）第一作者 ：李秀珍 ，副教授 ，博士研究生 ，主要從事果樹栽培生理研究 ，： ， （ ， ，；， ，） ， ， ， ， ， ， ， ， ； ； ；第 期 李秀珍等 ：不同溫度條件下日光溫室甜櫻桃性器官發(fā)育與受精的差異甜櫻桃在我國栽培面積和產(chǎn)量增長迅速 ，效益較好 ，特別是設施條件下栽培其效益比露地栽培可提高幾倍至幾十倍 。但設施條件下促早栽培由于溫度 、光照等較難控制 ，從而影響了甜櫻桃的坐果 ，尤其是溫度會對花芽分化 、性細胞的形成 、受精過程及胚的發(fā)育等有較強的影響 ，進而影響甜櫻桃的產(chǎn)量 。研究表明 ，甜櫻桃開花前個月至落瓣期低溫胚囊發(fā)育慢 ，高溫加速胚囊的敗育 ，花芽萌動期高溫條件培養(yǎng)珠心和胚囊的降解速度顯著加快 ，開花后胚囊快速退化，花芽萌動期及花藥不同發(fā)育時期進行短時高溫處理將導致絨氈層和中層細胞提前解體 ，花藥異常 ，花粉粒萌芽率低 ，雌雄蕊變褐敗育等，露地栽培條件下 ，甜櫻桃的胚珠 、胚囊和花粉發(fā)育 ，是在春季伴隨著溫度逐漸升高完成的，以上研究說明花芽萌動期對溫度非常敏感 。目前 ，關于設施條件下甜櫻桃的豐產(chǎn)栽培技術研究較多 ，溫度對甜櫻桃花芽分化的研究也有一些報道，但在設施條件下溫度對甜櫻桃性器官的發(fā)育及授粉進程研究較少 。本試驗以年生甜櫻桃紅艷 為試材 ，研究了日光溫室條件下不同溫度對雌雄配子的發(fā)育及授粉進程的影響 ，以期為甜櫻桃的設施栽培提供理論依據(jù) 。 材料與方法 材料日光溫室栽植的年生 紅艷 甜櫻桃 （）為試材 ，月日開始扣棚升溫 ，月日開始設個溫區(qū) ，高溫區(qū) （用×電熱管加溫 ）晝夜溫度為 （±）（±），低溫區(qū) （對照區(qū) ）（±）（±）（分別在個溫區(qū)的中央位置掛一水銀溫度計 ，實時進行觀測 ，超過或低于設定溫度進行放風或加溫 ）。選擇長勢一致的健壯植株 ，株為個小區(qū) ，重復次 ，其他管理條件一致 。 方法 花芽的形態(tài)分化觀察高溫區(qū)從月日 （硬核末期 ）開始取樣 ，低溫區(qū)從月日 （硬核末期 ）開始取樣 ，每隔取樣次 ，取樣后用固定 ，制作石蠟切片 ，用鐵釩蘇木精染色，型顯微鏡觀察 、照相 。 雌雄配子體的形成觀察從月日 （加溫始期 ）開始取樣 ，每取樣次直到開花前 ，每次取花芽個 ，石蠟切片制作方法同，型顯微鏡觀察并照相 。 花粉萌發(fā)、受精及胚的發(fā)育觀察于授粉 后、和取花柱和子房 ，每次各個 ，取后用固定 ，用的溶液在條件下解離花柱，再用苯胺蘭染色以上 ，然后將花柱平均縱分為兩半 ，直接壓片，用熒光顯微鏡觀察并照相 ；將胚珠從子房中取出 ，用的石蠟切片法觀察受精情況 。之后每取樣次 ，硬核開始后每取樣一次 ，每次取個果 ，按觀察受精的方法觀察胚的發(fā)育并照相 。 結果與分析 不同溫度條件下日光溫室甜櫻桃花芽形態(tài)分化高溫條件下 ，月日 （硬核末期 ）即觀察到小花原基出現(xiàn) ，并已分化出萼片原基 （圖（），說明在此之前花芽已開始分化 ，但此時仍可觀察到剛剛長出的小花原基 （圖（）、未出現(xiàn)萼片原基的小花原基 （圖（）；圖（）所示為含有苞片原基和個小花原基的花芽 ；月日出現(xiàn)花 瓣 原 基 （圖（）；月日觀察到雌蕊原基和雄蕊原基 （圖（）；月日后雌蕊原基和雄蕊原基進一步發(fā)育（圖（）；到月日各花器官基本形成 （圖（）；月日 ，完成各部分分化 （圖（）。在高溫條件下花芽分化時間短 ，不同花序之間發(fā)育比較整齊 ，單花發(fā)育需左右 。低溫條件下 ，月日 （硬核末期 ）可觀察到剛分化出的苞片原基和小花原基 ，觀察結果與高溫條件下月日觀察到的部分結果相似 ；月日大部分小花原基分化出萼片原基 （圖（），但此時已有個別小花正分化出花瓣原基和雄蕊原基 ；月日萼片內側分化出花瓣原基 ，同時看到部分小花內分化出雄蕊原基及雌蕊原基 （圖（），但此期內仍可看到有的小花剛分化出苞片原基 ；月日明顯看到各個原基增大 （圖（），到月日各原基進一步發(fā)育 （圖（）。在同一花序內不同的花發(fā)育不同步 （見圖（）；月日花藥呈蝶形 （圖（）；月日發(fā)育基本完成 。在低溫條件下 ，花芽分化時間長 ，單花發(fā)育需左右 ，不同花之間差別大 。中 國 農 業(yè) 大 學 學 報 年 第 卷（）剛長出的小花原基 ；（）未出現(xiàn)萼片原基的小花原基 ；（）、（）小花原基的萼片原基 ；（）萼片原基內出現(xiàn)花瓣原基 ；（）剛分化出雌蕊原基和雄蕊原基 ；（）、（）、（）和 （）雌蕊原基 、雄蕊原基進一步發(fā)育 ；（）和 （）花藥成蝶形 ，花芽分化基本完成 ；（）同一花序內的花發(fā)育不一致 ；（）花芽分化完成 。（） ；（） ；（）（） ；（） ；（） ；（）（），（）（） ；（）（） ， ；（） ；（） （）為×；其余均為×。（） ； 圖 不同溫度條件下日光溫室甜櫻桃花芽形態(tài)分化 不同溫度條件下日光溫室甜櫻桃雌雄配子體發(fā)育 不同溫度條件下日光溫室甜櫻桃雄配子體發(fā)育月日加溫開始時即觀察到小孢子母細胞 ，最初小孢子母細胞排列緊密 ，多邊形 ，核大 、染色深 ，明顯不同于絨氈層細胞 （圖（）。在高溫條件下 ，從月日到月日 ，細胞排列均很緊密 ，到月日小孢子母細胞排列比較松散 （圖（）；月日可看到小孢子母細胞進行第一次分裂 ，此時部分細胞中有個核 ，但中間無細胞壁 （圖（）；月日出現(xiàn)四分體 （圖（），此期仍可觀察到核細胞 （圖（），隨著核的分裂 ，細胞壁的出現(xiàn) ，形成四分體 ，且四分體出現(xiàn)的時期比較一致 ，此前后均無觀察到四分體 ；月日觀察到單核 花 粉 粒 （圖（），此時花粉粒小 ，排列擁擠 ，核較小 ；月日 ，觀察到核圓形花粉粒 （圖（），其內有一大一小個核 ，大核靠內是營養(yǎng)核 ，小核靠近花粉壁是生殖核 ；月日看到三角形花粉粒出現(xiàn) （圖（），花藥中間隔膜開始斷裂 ，花粉發(fā)育基本完成 。在高溫條件下雄配子體發(fā)育整齊 ，速度快 ，從小孢子母細胞開始分裂到花粉發(fā)育完成歷時左右 。低溫條件下 ，小孢子母細胞形成持續(xù)時間長 ，直到月日仍能觀察到小孢子母細胞的形成 ，即正分裂的次生造孢細胞 （圖（）；有的在月日仍處于小孢子母細胞階段 ，即細胞排列緊 、核大 、細胞質濃 （圖（）；在此期間部分小孢子母細胞已開始減數(shù)分裂 ，且于月日即觀察到一些小孢子母細胞已完成第一次減數(shù)分裂 （圖（），此時小孢子母細胞間隙較大 ；月日 ，可以看到小孢子母細胞第 期 李秀珍等 ：不同溫度條件下日光溫室甜櫻桃性器官發(fā)育與受精的差異相離較遠 ，部分細胞已完成第一次分裂 ，第二次分裂似在進行 （圖（），一部分細胞已進入四分體期 （圖（）；同一花序中 ，有的處于小孢子母細胞期 ，未進行分裂 ，有的分裂次 ，有的分裂次進入四分體期 ，有的四分體剛結束進入單核花粉期 （圖（）。在同一花藥的不同藥室 ，小孢子母細胞的發(fā)育階段不同 （圖（），有的處于四分體期 ，有的則進入單核期 。同一花序 、不同花朵的發(fā)育時期不同 ，直到月日仍能看到四分體的存在 ，至月日 ，基本都進入單核花粉期 ，月日觀察到核花粉粒存在 ，月日大部分細胞進入核花粉期 ，月日出現(xiàn)發(fā)育成熟的花粉粒 。在低溫條件下雄配子體發(fā)育極不整齊 ，速度慢 ，從小孢子母細胞開始分裂到花粉發(fā)育完成歷時左右 。（）和 （）花藥內的小孢子母細胞 ；（）小孢子母細胞第一次分裂 ；（）四分體 ；（）四核細胞 、二核細胞同時存在 ；（）四分體結束后的單核花粉粒 ；（）二核花粉粒 ；（）成熟花粉粒 ；（）低溫條件下次生造孢細胞仍在分裂 ；（）低溫條件下的小孢子母細胞 ；（）第一次減數(shù)分裂的小孢子母細胞 ；（）小孢子母細胞進行第二次分裂 ；（）低溫條件下四分體 ；（）剛結束四分體 ；（）同一花藥不同藥室的細胞發(fā)育不同 。（）（） ；（） ；（） ；（） ；（） ；（） ；（） ；（） ；（） ；（） ；（） ；（） ；（） ；（） （）、（）、（）和 （）為×；（）為×；（）和 （）為×；（）為×。（），（），（）（） ；（），（），（）（） ， 圖 不同溫度條件下日光溫室甜櫻桃雄配子體發(fā)育 × 不同溫度條件下日光溫室甜櫻桃雌配子體發(fā)育低溫條件下 ，月日 （開始加溫 ）已在子房內壁觀察到珠心突起 ，此后進一步發(fā)育 ，到月日分化出珠被原基 ，同時觀察到造孢細胞和周緣細胞 ，造孢細胞體積較大 ，細胞質濃 ，細胞核和核仁均較大（圖（）；到月日觀察到大孢子母細胞 ，該細胞明顯大于周圍細胞 ，以后發(fā)育成胚囊 （圖（）；月日花序伸出出現(xiàn)核胚囊 （圖（），同期觀察到核胚囊 （圖（），至此胚發(fā)育成熟 。在低溫中 國 農 業(yè) 大 學 學 報 年 第 卷條件下 ，從觀察到造孢細胞到雌配子體發(fā)育成熟需左右 。高溫條件下 ，雌配子體的發(fā)育進程較快 ，月日觀察到造孢細胞 ，月日觀察到大孢子母細胞 ，月日形成核胚囊 （圖（）。月日觀察到核胚囊 ，月日即觀察到核胚囊 。高溫條件下從觀察到造孢細胞到雌配子體發(fā)育成熟需左右 。（）造孢細胞 ；（）大孢子母細胞 ；（）四核胚囊 ；（）七核胚囊 ；（）二核胚囊 。（） ；（） ；（） ；（） ；（） 圖 不同溫度條件下日光溫室甜櫻桃雌配子體發(fā)育 × 不同溫度條件下日光溫室甜櫻桃受精過程及胚的發(fā)育觀察發(fā)現(xiàn) ，高溫條件下授粉后花粉已萌發(fā) ，花粉管進入柱頭 （圖（）；授粉后，花粉管大量萌發(fā) 、伸長并已達柱頭處 （圖（）；授粉后，在花柱基部即可看到花粉管 （圖（）；圖（）所（）授粉后花粉萌發(fā)花粉管進入柱頭；（）授粉后花粉萌發(fā)狀；（）授粉后到達花柱基部的花粉管；（）授粉后花柱中下部的花粉管 （）；授粉后 精核接近卵核 ；（）授粉后 看到合子分裂為 個細胞 ；（）授粉后，成多細胞球胚 ；（）授粉后發(fā)育成子葉胚。（） ；（） ；（） ；（） ；（） ；（） ；（） ；（） （）、（）、（）和 （）為×；（）為×；（）、（）為×；（）為×圖 不同溫度條件下日光溫室甜櫻桃受精過程及胚的發(fā)育 第 期 李秀珍等 ：不同溫度條件下日光溫室甜櫻桃性器官發(fā)育與受精的差異示是授粉后時花柱中花粉管 ；授粉后可看到精核向卵核靠近 （圖（）。授粉后，觀察到合子發(fā)育成個細胞 （圖（）；授粉后合子變成個細胞 ，授粉后后呈多細胞球狀胚（圖），授粉后發(fā)育成子葉胚 （圖（）。低溫條件下授粉進程與高溫相似 ，不同的是授粉后萌發(fā) ，花粉管進入柱頭 ，授粉后大量萌發(fā)并在花柱基部看到花粉管 ，授粉后靠近核 ，合子已發(fā)育成個細胞 。低溫條件下授精所用的時間比高溫短 。 不同溫度條件下日光溫室甜櫻桃性器官發(fā)育及受精狀況比較溫度對日光溫室甜櫻桃性器官發(fā)育及受精時間影響較大 （表），高溫加快了性器官的發(fā)育速度 ，但使受精時間加長 。此外 ，溫度還影響性器官發(fā)育及受精的整齊度 ，在高溫條件下 ，性器官發(fā)育及受精的整齊度較高 。表明在進行日光溫室甜櫻桃栽培時 ，為提高性器官的發(fā)育速度及整齊度 ，花前的晝夜溫表 不同溫度條件下日光溫室甜櫻桃性器官發(fā)育與受精時間比較 溫度條件單花發(fā)育 花粉發(fā)育 雌配子體發(fā)育 受精時間 高溫 低溫 度應適當高一點 。 討論研究表明 ，日光溫室條件下 ，溫度影響甜櫻桃花粉的萌發(fā)和受精過程 ，高溫區(qū)授粉后花粉萌發(fā) ，雌雄性核接近 ，低溫區(qū)授粉后萌發(fā) ，授粉后靠近核 ，高溫使甜櫻桃的受精進程減慢 。該結果與趙德英等在日光溫室條件下的研究結果相似 ；與許方等發(fā)現(xiàn)的在露地條件下授粉后多數(shù)花粉管到達胚囊進行受精 ，雌雄性核的融合約需不同 ；與 等認為的花粉在柱頭上萌發(fā)的最適溫度是，在這一溫度下授粉后花粉管即可到達珠孔 ，但在和時 ，授粉后花粉管仍在柱頭中也不同 ；則認為高溫對不同甜櫻桃品種均促進了花粉管的伸長 ；黃鏡浩等研究芒果時發(fā)現(xiàn)低溫條件下 ，授粉后花粉管雖能進入胚珠 ，但未能到達胚囊 。以上研究結果的差異可能是由于試驗條件及種類品種間的差異造成 。溫度影響雌雄配子的發(fā)育在甜櫻桃及其他果樹上均有研究 。邊衛(wèi)東認為春季溫度升高有利于甜櫻桃胚珠和胚囊發(fā)育 ，本試驗條件下高溫縮短了甜櫻桃雌雄配子體的發(fā)育進程 ，這與李燕等的研究結果一致 ，但過高溫度導致甜櫻桃的胚囊停留在未發(fā)育階段或胚珠 、胚囊發(fā)育不完全，的高溫還將造成花粉發(fā)育受阻 ，甚至雄性的完全敗育；低溫條件下雌雄配子發(fā)育的速度慢且雄配子體發(fā)育極不整齊 ，這與張永科等在麥類作物的研究結果一致 。日光溫室條件下 ，花芽分化在硬核期開始 ，較高溫度花芽分化速度快而整齊 ，較低溫度時花芽分化時間長且各花的分化速度不同 。這與過去一直認為的甜櫻桃在采果后左右開始花芽分化不相符；但與劉婧的研究結果促成栽培使甜櫻桃花芽形態(tài)分化的開始時期明顯提前 ，且花芽形態(tài)分化速度快而整齊一致 。 結論日光溫室條件下 ，高低溫均影響甜櫻桃的生殖生長 ，但花芽形態(tài)分化均在硬核期開始 。高溫使花芽形態(tài)分化及雌雄配子的發(fā)育時間短 ，但受精進程減慢 ；而低溫則相反 。參考文獻 ， ， ，：中 國 農 業(yè) 大 學 學 報 年 第 卷 ， ， ， ，（）： ， ， （ ）， ，（）：李燕 ，李玲 ，李少旋 ，等 高溫對設施甜櫻桃花器官發(fā)育的影響中國農業(yè)科學，（）：李燕 ，李玲 ，陳修德 ，等 高溫對設施甜櫻桃花藥發(fā)育和花粉粒形成的影響 園藝學報 ，（）：邊衛(wèi)東 ，鄧艷華 ，朱育賢 ，等 甜櫻桃胚珠 、花粉發(fā)育與溫度變化的關系 果樹學報 ，（）：姜建福 甜櫻桃花芽分化及溫度對其影響的研究 北京 ：中國農業(yè)科學院 ， ， ， ， ，（）：王蔚魁 植物胚胎學研究中石蠟切片的幾種整體染色法 遺傳 ，（）：胡適宜植物胚胎學實驗方法（五 ）檢查花粉在柱頭上萌發(fā)和花粉管在柱頭中生長的制片法 植物學通報 ，：趙德英 ，劉國成 ，呂德國 ，等日光溫室條件下甜櫻桃授粉受精期間環(huán)境因子對花粉行為的影響 果樹學報 ，（）：許方 ，姚宜軒 ，曹玉芳 ，等甜櫻桃的受精作用萊陽農學院學報 ，（）： ， ，： ， ， ，（）， ，（）：黃鏡浩 ，王松標 ，武紅霞 ，等低溫對芒果授粉生物學的影響西南大學學報：自然科學版 ，（）：葉正文 ，杜紀紅 ，蘇明申高溫對桃花粉發(fā)育及小孢子產(chǎn)生的影響 園藝學報 ，（）：王世平 ，袁彩娟 ，戴韻婷 ，等上海地區(qū)栽培的歐洲甜櫻桃花器發(fā)育的觀察 園藝學報 ，（）：沈元月 ，郭家選 ，劉成連 ，等溫度對桃花器官發(fā)育的影響園藝學報 ，（）：張永科 ，穆養(yǎng)民溫度對小麥和大麥雜交種的結實和胚發(fā)育的影響 麥類作物學報 ，（）：張玉星果樹栽培學各論版 北京：中國農業(yè)出版社 ，：劉婧設施栽培對甜櫻桃花芽形態(tài)分化和生理特性的影響泰安：山東農業(yè)大學 ，責任編輯：王燕華