李映志，余慶，李洪波，吳鈿，葉春海

(廣東海洋大學(xué)農(nóng)學(xué)院，廣東 湛江 524088)

菠蘿蜜(Artocarpus heterophyllus Lam.)，又名木菠蘿、樹菠蘿，屬?？乒鹉緦俪＞G喬木，其果大、果肉爽脆、香氣濃郁，含有較多的碳水化合物，是著名的熱帶水果之一[1]。菠蘿蜜起源于印度，1 000多年前引種至中國(guó)，在廣東、廣西、海南和云南等地均有分布和栽培[2]。

菠蘿蜜的花為單性花，雌雄同株，果實(shí)為雌花序發(fā)育而來的聚復(fù)果[3]，花序中的小花可發(fā)育形成果苞或果腱，而果苞的數(shù)量及分布與果實(shí)的大小及果實(shí)是否畸形密切相關(guān)。盡管國(guó)內(nèi)外學(xué)者在菠蘿蜜的種質(zhì)資源[4–6]、品質(zhì)生理[7–11]、形態(tài)特征[3,12–13]以及加工利用[14–15]等方面開展了較為詳細(xì)的研究，但有關(guān)菠蘿蜜受精和胚發(fā)育過程的研究少見報(bào)道，而菠蘿蜜受精和胚發(fā)育過程是研究菠蘿蜜果實(shí)、果苞和果腱形成機(jī)理及菠蘿蜜畸形果發(fā)生原因的基礎(chǔ)。為此，筆者采用熒光染色和整體透明技術(shù)結(jié)合顯微切片技術(shù)，觀察菠蘿蜜受精及胚發(fā)育的過程，以期為菠蘿蜜的栽培及育種研究提供依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 材料

試驗(yàn)材料選用位于廣東省湛江市南亞熱帶作物研究所內(nèi)的菠蘿蜜種質(zhì)圃(E21°08′、N110°16′，海拔45 m)的‘GHsj12S45’ 種質(zhì)，收集于雷州半島地區(qū)，8年生嫁接植株，砧木為濕苞種子實(shí)生苗。正常開花結(jié)果，常規(guī)管理。

1.2 方法

1.2.1 花粉萌發(fā)與花粉管生長(zhǎng)過程觀察

分別在人工自交授粉后1、2、4、6、12、24、48、72、96 和120 h 采集雌花序，按長(zhǎng)、寬約2 cm切塊后，用FAA 液固定。花柱的壓片參照李和平[16]的方法并略作改動(dòng)：雌花序塊固定24 h 后剝出雌蕊，蒸餾水沖洗3次后，用1 mol/L 的NaOH 于45℃水浴下軟化15min，用0.1%的苯胺藍(lán)染液染色3 h，蒸餾水洗去浮色和雜質(zhì)后壓片，最后顯微鏡下觀察拍照。

圖1 菠蘿蜜花粉萌發(fā)及花粉管生長(zhǎng)進(jìn)程 Fig.1 Pollengermination and pollen tubegrowth of jackfruit

1.2.2 受精及胚發(fā)育過程觀察

采集自然授粉下菠蘿蜜謝花后0、5、9、13、16、18、21、26 d 的雌花序，按長(zhǎng)、寬約2 cm 切塊后，用FAA 固定液固定。采用透明整染法[17]和石蠟切片法[16]觀察受精及胚發(fā)育的過程。

1.2.3 顯微照像

所有制片后的材料均在Olympus BX51 型顯微鏡下觀察，DP71 冷CCD 芯片成像，DP–BSW 軟件采集圖像。

2 結(jié)果與分析

2.1 花粉萌發(fā)與花粉管生長(zhǎng)

菠蘿蜜的花粉及花粉管經(jīng)0.1%水溶性苯胺藍(lán)染色后，在熒光顯微鏡下發(fā)出黃綠色熒光。授粉1 h后，可見有菠蘿蜜花粉粒黏附在柱頭表面，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，柱頭上黏附的花粉粒增加1～5 倍，但至4 h 時(shí)仍未見有花粉粒萌發(fā)(圖1–1)；授粉6 h 后，花粉粒開始萌發(fā)，花粉管伸長(zhǎng)(圖1–2)；授粉12 h 后，柱頭上可見視野內(nèi)90%以上花粉粒萌發(fā)形成花粉管(圖1–3)；授粉后24～48 h，在所觀察的柱頭中，有86.3%的柱頭可見有花粉管生長(zhǎng)至花柱中部(圖1–4)。授粉72 h 后，花粉管進(jìn)入胚囊(圖1–5)。

2.2 菠蘿蜜受精及胚發(fā)育過程觀察結(jié)果

2.2.1 菠蘿蜜成熟胚囊的結(jié)構(gòu)

菠蘿蜜的胚珠為典型的倒生胚珠。謝花當(dāng)天，可見有發(fā)育完全的胚囊。胚囊腔外層為珠心，合點(diǎn)端的珠心細(xì)胞多且厚，染色較深，近珠孔端的珠心細(xì)胞少，染色較淺。珠心外層細(xì)胞與珠被絨氈層排列緊密，僅珠孔端分開(圖2–1)。在胚囊中，靠近合點(diǎn)端的3個(gè)反足細(xì)胞呈品字形排列(圖2–2)；近珠孔端為卵器，2個(gè)助細(xì)胞與1個(gè)較大的卵細(xì)胞緊靠在一起，呈三角形排列(圖2–3)；胚囊中央是2 核的中央細(xì)胞(圖2–4)。菠蘿蜜大多數(shù)胚囊的2個(gè)極核在受精前融合成一個(gè)二倍體次生核(圖2–5)。

2.2.2 菠蘿蜜胚及胚乳的發(fā)育過程

謝花后第5天，受精極核變大，細(xì)胞質(zhì)變濃(圖2–6)，此時(shí)初生胚乳細(xì)胞和合子細(xì)胞均未分裂，反足細(xì)胞完全退化。謝花后第9天，受精極核開始分裂，并隨即產(chǎn)生細(xì)胞壁，形成胚乳細(xì)胞(圖2–7)；此時(shí)合子也開始分裂(圖2–8)，橫向分裂成遠(yuǎn)珠孔端的頂細(xì)胞和近珠孔端的基細(xì)胞。

謝花后第13天，胚囊體積增大，胚乳細(xì)胞繼續(xù)分裂，呈長(zhǎng)條形，占據(jù)大部分胚囊(圖2–9)。謝花后第16天，頂細(xì)胞經(jīng)過多次分裂，細(xì)胞排列緊密，胚發(fā)育到達(dá)球形胚時(shí)期，與周圍的胚乳細(xì)胞間存在間隙，同時(shí)，胚乳細(xì)胞也不斷分裂、增多，分布在胚囊壁的內(nèi)側(cè)周圍(圖2–10)。

謝花后第18天，胚細(xì)胞繼續(xù)分裂，細(xì)胞排列緊密，球形胚頂部?jī)蓚?cè)的細(xì)胞分裂較中間快，形成2個(gè)突起，進(jìn)入早期心形胚階段(圖2–11)。

謝花后第21天，大部分胚發(fā)育至子葉胚階段，兩片子葉大小不等，子葉間形成胚芽，胚乳仍充滿整個(gè)胚囊(圖2–12)。

2.2.3 菠蘿蜜胚形成中的敗育現(xiàn)象

本研究中共觀察到以下5 種菠蘿蜜胚形成中的敗育現(xiàn)象。

謝花后當(dāng)天，在雌花序中，除正常胚囊外，可見有部分胚珠未形成胚囊(圖3–1)，另外一些胚珠雖能形成胚囊，但胚囊腔內(nèi)無任何細(xì)胞結(jié)構(gòu)(圖3–2)。

謝花后第5天，雌花序中仍存在3 種不正常胚囊。第1 種為空腔胚囊，胚囊腔內(nèi)無任何細(xì)胞結(jié)構(gòu)；第2 種為胚囊退化、敗育，即胚囊腔內(nèi)留下“線狀”痕跡，或者胚囊腔內(nèi)被珠心細(xì)胞“充滿”(圖3–3)；第3 種為胚珠敗育，珠柄端胚珠組織皺縮程度較高，整個(gè)胚珠呈黃褐色，蘇木精染液染不上色(圖3–4)。

謝花后第9天至第13天，雌花序中除上述3種不正常胚囊外，還有大量未受精胚囊，中央細(xì)胞清晰可見(圖3–5)。

謝花后第16天，肉眼下正常胚囊體積明顯大于敗育胚囊，此時(shí)，雌花序中仍存在未受精胚囊，其中央細(xì)胞仍可見。

謝花后第18天，未受精胚囊的腔內(nèi)細(xì)胞解體，形成中空胚囊(圖3–6)。

圖3 菠蘿蜜胚體的敗育現(xiàn)象 Fig.3 Abortion in embryo fomation of jackfruit

3 結(jié)論與討論

菠蘿蜜花粉粒黏附在柱頭上6 h 后才開始萌發(fā)，授粉72 h 后，花粉管伸入子房。然而許多植物如獼猴桃[18]、臘梅[19]、桔梗[20]等，授粉2 h 后花粉粒就已開始萌發(fā)，授粉后24～36 h 內(nèi)，花粉管已伸入子房?jī)?nèi)。菠蘿蜜與其他植物相比，其花粉萌發(fā)及花粉管伸長(zhǎng)較為緩慢，這可能是由于物種間差異或其他原因造成的，其內(nèi)在機(jī)理有待進(jìn)一步研究。

由于菠蘿蜜是聚復(fù)果，1個(gè)雌花序由多個(gè)雌花構(gòu)成，每朵雌花的子房很小，因此，常規(guī)的石蠟切片法很難觀察菠蘿蜜胚囊的發(fā)育以及受精后胚的早期發(fā)育過程。透明整染法是觀察胚囊及胚發(fā)育的重要手段[17]。本研究的觀察結(jié)果表明，菠蘿蜜的成熟胚囊是由8 核7 細(xì)胞構(gòu)成，胚囊在受精前中央細(xì)胞融合成1個(gè)二倍體次生核，這與番木瓜[21]、荔枝[22]等的胚囊發(fā)育類型一致。同一菠蘿蜜雌花序中，不同小花的胚囊發(fā)育程度不同。謝花當(dāng)天的雌花序中，部分胚珠已形成成熟胚囊，而部分發(fā)育較遲的胚珠還未形成成熟胚囊，直到謝花后第5天，仍有未成熟胚囊存在。

菠蘿蜜的胚囊雙受精后，經(jīng)過短暫的休眠，至謝花后第9天，初生胚乳核先于合子分裂，然后合子才首次分裂成頂細(xì)胞和基細(xì)胞。菠蘿蜜的胚乳發(fā)育類型為細(xì)胞型胚乳。謝花后第16天，胚發(fā)育到達(dá)球形胚階段，胚乳細(xì)胞繼續(xù)分裂，且液泡化。謝花后第18天，胚發(fā)育至心形胚階段。謝花后第21天，胚發(fā)育至子葉胚階段。同一雌花序中，不同小花的胚發(fā)育過程不完全一致。

本試驗(yàn)觀察到了4 種導(dǎo)致胚敗育的現(xiàn)象：空腔胚囊、退化胚囊、胚珠敗育以及胚囊未受精。它們與菠蘿蜜果苞及果腱發(fā)育的關(guān)系密切，但其產(chǎn)生的原因還有待進(jìn)一步研究。Farid 等[23]的研究表明，噴硼可以減少菠蘿蜜畸形果的發(fā)生率，硼可能影響了菠蘿蜜的花粉萌發(fā)力或胚敗育率。

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