盆栽亚洲百合花器官数量变异研究

孙明伟，赵统利，邵小斌，朱朋波，汤雪燕，王江英，慧林冲

(连云港市农业科学院，江苏 连云港 222000)

花不仅是观赏植物重要的部分，也是植物发育的重要特征。花器官的多样性、数目的增减及奇特性可影响花的观赏性。对高等植物成花过程的研究一直是植物发育生物学领域研究的热点，尤其是像百合这种以花器为主要观赏对象的植物。对花发育的研究可以为植物培育、丰富品种等方面提供大量的理论依据[1]。百合花器变异不仅为花器官形态建成的比较发育遗传学研究提供丰富的资源，也为百合进行重瓣及无花粉性目标育种具有重要意义。国外通过拟南芥、金鱼草等植物的研究，建立了调控花器官发育的各种模型假说[2-3]。我国在有关被子植物系统发育方面的研究起步较晚，对花器官研究大多是利用化学处理或物理诱导等方法对花器官产生影响的研究或利用生物技术进行基因的克隆与表达[4]。对于在自然生长条件下，花器官形成过程中发生变异的研究鲜有报道。

百合是百合科(Liliaceae)百合属(Lilium)多年生草本植物，因花大而艳丽，深受世界人们的喜爱，据中国植物志记载百合正常花，花被片6片，通常披针形或匙形，成2轮、离生；雄蕊6枚，花药大、椭圆形，背着，丁字状；花柱1枚，子房有3爿，每爿2列。百合主要依靠球茎进行无性繁殖，在连云港部分地区可自然生长。本研究以盆栽百合花器官为调查对象，发现了盆栽亚洲百合中部分品种的花被片、雄蕊数目及其他出现各种类型的变异。在进行连续跟踪观察及统计的基础上，对百合花器官数量变异进行了分析。

1 材料与方法

1.1 供试材料

亚洲盆栽百合品种系列victory joy、tiny sensation、tiny toons、tiny dragon、tiny pearl、tiny rocket、tiny bee、tiny desert、tiny glow、Tiny dancers、tiny spider、tiny padhye、orange pixie、lollypop等13个品种(种球规格：周径12～14 cm)，均从荷兰引进。于2013年3月，在连云港市农业科学院东辛农场试验基地进行露地种植，常规栽培管理，自然越冬。

1.2 试验方法

亚洲盆栽百合属多年生鳞茎植物，花期从5月中旬至7月中旬。在2016年5月23日发现第一朵变异的花开始，每周1～2次对14个品种的花被片数目、雄蕊数目、变异类型等进行观察统计，并对典型变异的花朵进行数码拍照。同时，对变异较多的百合品种tiny bee，分别取发育正常和异常的花药采用碘-碘化钾法[5]测定花粉活力，并在普通光学Phenix显微镜下观察正常花药和异常花药中花粉粒的形态。花被片6片，雄蕊6枚，且花被片无花药视为正常花，花被片、雄蕊数目增多或减少及花被片上有花药均为花器变异的异常小花。

花被片数目出现的频率/%=花被片数目(1或2或3或4或5或6或7或8或9)变异的小花数/变异小花的总数×100%

雄蕊数目出现的频率/%=雄蕊数目(1或2或3或4或5或6或7或8或9)变异的小花数/变异小花的总数×100%

雄蕊与雌蕊总和数目出现的频率/%=雄蕊与雌蕊总和数目(8或9或10或11或12或13或14或15或16或17)变异的小花数/变异小花的总数×100%

2 结果与分析

2.1 百合花器总体变异情况

在14个百合品种中,百合花器官产生变异的品种有6个分别为：victory joy、tiny sensation、tiny rocket、tiny bee、tiny desert、orange pixie等约占总品种数的42.9%，由于品种间变异类型重复，共计有22种变异类型。说明亚洲盆栽百合在江苏连云港地区自然生长条件下，花器变异在亚洲百合中是普遍存在的现象。在所有花器变异品种中，只有tiny bee、victory joy两个品种的变异率较为丰富,分别为25种与9种，而其余4个品种变异类型较小，只有1～3种；从植株变异率来看，tiny bee、victory joy分别为21.7%、7.0%，植株变异率较大。其余只有0.7%～1.9%，变异率较小，说明百合花器的变异跟品种本身密切相关，其变异的类型及植株变异率差异较大，有的品种易变异且种类丰富，有的稳定性较好，基本保持物种的稳定性，不易发生变异，如tiny toons、tiny dragon、tiny pearl等品种没有找到变异的花朵，tiny sensation、tiny rocket、tiny desert、orange pixie等品种变异率较低，只有0.7%～1.9%(表1)。

表1 百合植株的整体变异率

2.2 不同类型花被片数目变异

通过对单朵变异小花中的花被片数目的观察，发现一些小花花被片数目为3枚(图1-A)、4枚(图1-B)、5枚(图1-C)，比正常百合小花的6枚(图1-D,E,K,J)花被片分别少3、2、1枚。同时，也发现一些小花的花被片数目比正常小花花被片数目有所增加，增加至7枚(图1-F)、8枚(图1-G,H)、9枚(图1-I)。其中，有些小花的花被片一侧着生有花药(图1-F,J,I；图2-A,B,C)而形成花药瓣化的现象。

通过对不带花药的花被片、带花药的花被片、所有花被片等3种类型不同数目出现的频率进行统计(表2)，在不带花药的花被片出现的频率中，比例最高的是6枚，达41.0%，其次是减少的3枚、4枚与5枚合计为41.1%，7枚和8枚出现的频率之和为18%，说明百合完整花被片数目以不变或减少为主，而自然条件下增加的花被片数目只有不到1/5。而带花药的花被片最高可同时出现3枚(图2-C)，且出现频率为5.1%，而1～2枚(图2-A,B)的频率却达到61.2%，没有出现的频率也高达43.6%，说明在百合带花药的花被片变异类型中，以不变异或以增加1～2枚为主。在所有花被片变异频率中，以花被片为6枚的只有17.9%，而7枚、8枚、9枚花被片出现的频率总计为56.4%，其中以8枚花被片出现频率最高达30.8%，说明在百合花变异类型中，以花被片数量增加为主。

2.3 不同类型雄蕊数目的变异

正常发育的百合小花中1枚雄蕊上面只有1枚花药，即6枚雄蕊有6枚花药，在观察的百合小花中发现一些花药的数目比正常花药的数目多1～2枚，即分别为7枚(图1-L)、8枚(图1-H)。同时，也发现一些花药的数目减少至3枚(图1-J)、4枚(图1-B)、5枚(图1-D,K)。

A.变异小花中花被片数目为3，雄蕊为6；B. 变异小花中花被片数目为4，雄蕊为4；C.变异小花中花被片数目为5，雄蕊为6；D.变异小花中花被片数目为6，雄蕊为5；E. 正常小花；F.变异小花中花被片数目为6，雄蕊瓣化为1，雄蕊为6；G.变异小花中花被片数目为7，花药瓣化为1，雄蕊为7；H.变异小花中花被片数目为8，雄蕊为8；I.变异小花中花被片数目为8，花药瓣化为1，雄蕊为7；J.变异小花中花被片数目为6，雄蕊为3;K.变异小花中花被片数目为6，雄蕊为5;L.变异小花中花被片数目为8，雄蕊为7。

图1变异小花中花被片与花药数目的变异

表2 不同类型花被片数目的变异频率 %

通过对3种类型不同花药数目出现的频率进行统计(表3)，发现花药着生于正常雄蕊上出现频率中，花药数目为5枚时出现的频率最高为35.9%，而花药数目分别为3、4、5枚等3种类型出现的频率之和为69.2%，而花药数增加至7、8枚出现的频率之和为10.2%，说明百合正常发育的雄蕊，在自然条件下通常向减少的方面变异。百合变异小花中花被片上着生花药的变异类型通常为1～3枚，其变异率为56.3%，高于花被片上未着生花药的变异类型达12.7%，说明花被片上着生花药是百合小花主要变异类型之一。在所有花药出现的频率中，以6枚花药出现最多为51.3%、其次是减少1～2枚的花药总计为30.8%，而花药增加1～2枚的频率只有18%，说明百合花药在变异中以不变或减少为主，只有不到1/5的变异类型是花药增加的。

2.4 小花中的雄蕊瓣化现象

通过对百合变异小花中雄蕊瓣化的观察，发现有的雄蕊可以明显看到花丝、花瓣、花药等3部分，有的只是在花瓣一侧着生花药，有的测是花药及花瓣在一起未发育完全，有明显的过度痕迹(图2-D,E,F,I,G,H,I,J,K)。通过显微镜观察品种tiny bee在正常雄蕊上的花。

2.5 花被片与雄蕊的变异关系及雌蕊的变异

正常的百合小花有6枚花被片及6枚雄蕊，共计12枚，在观察的变异小花中，发现花被片与雄蕊总和比正常花被片与雄蕊的总和增加或减少一些，从8枚至16枚均有出现(表4)，其中花被片与雄蕊总和为12枚的频率为28.2%，8～11枚的频率总计为51.3%，而13～16枚的频率总计为20.8%。说明花被片与雄蕊的总数在百合小花变异中有1/2是减少的，花瓣和雄蕊之和有1/5的频率是增加的，只有不到30%的频率是花瓣与雄蕊总数是不变的。

A.小花中有1个花药瓣化；B.小花中有2个花药瓣化；C.小花中有3个花药瓣化;D.正常的雄蕊；E～K.不同程度的花药瓣化；L.发育畸形的雌蕊；M.正常雄蕊中的花粉粒形态；N.雄蕊瓣化中的花粉粒形态。

图2小花中花药瓣化的数目及不同程度和花粉粒差异

表3 不同类型雄蕊数目的变异频率 %

花被片与雄蕊总和的数目，有的是来源于雄蕊瓣化(图2-A,B,C)；有的是花被片增加与雄蕊瓣化共同作用(图1-F,I)；有的是花被片与雄蕊同时增加(图1-H,L)；有的是花被片与雄蕊同时减少(图1-B)。当雄蕊或花被片为6枚时，相对应的花被片(图1-C)或雄蕊(图1-D,K,J)，一般不超过6枚，对于这一现象有待进一步研究。在所有花器官变异中，雌蕊只有形态的变化，数量上没有变化，均是1枚(图2-L)。

表4 雄蕊与花被片总和数目的变化频率 %

3 讨论

百合作为以花器官为主要观赏对象的植物，花被片是百合观赏的重要器官，花器官数量的增加对百合观赏是有利的。由于百合花粉污染花瓣，同时雄蕊数目的减少既花粉量减少又可以增加百合花的品质。因此，培养无花粉的百合重瓣花对提高百合的观赏性具有重要意义，在研究过程中发现，百合花被片的增加及雄蕊瓣化的形成均与重瓣花起源[6]中的积累起源、雌雄蕊起源等现象相同，说明百合花被片的变异可通过重瓣花的起源进行合理的解释与利用。

花的发育可分为2个阶段：花分生组织的形成和花器官的发生。当花原基中细胞的数目确定后，花分生组织被分为花萼、花瓣、雄蕊和心皮等4个同心圆的花亚区。当花分生组织分别形成不同器官的同心域后，在同一区域中的细胞进一步分裂产生花器官原基[7]。花器数目的次生性变化，可通过花原基分裂、融合及次生原基的形成产生，花原基数目的增减导致花器官数目的增减[8]。在6个百合品种花器官变异的植株中，发现花被片、雄蕊数目的增减可能与花器官亚区细胞数目的增减有关。细胞数目的增减是由细胞分裂速度左右，最终导致百合花被片及雄蕊数目的增减，这与王祖秀等[9]研究发现韭兰的几种花形变异基本一致。

植物花器官的形成是一个由遗传和环境因子共同作用产生的一种表型。通过对拟南芥及金鱼草等花器官的研究，国外已提出多种控制花发育的模型。百合的花器官变异既不是基因突变产生的稳定遗传变异，也不是花器官的错位发育，适用于单子叶、双子叶植物的“ABC模型”及在此基础发展的“ABCD模型”及“ABCDE模型”均不能充分解释[2,3,10]。花器官的特征、数目和位置的确定在花原基分化期形成，拟南芥各轮花器官数目的增加是由花分生组织过度增生引起的[11-12]。

由于百合花器官变异不稳定，在变异的单株中一般有4～7朵小花，这些小花中既有没变异的小花，也有小花变异性状不一样的现象。因此控制百合花器官变异的因素可能是控制百合花被片与雄蕊细胞分裂速度与细胞分裂模式的基因表达受到某环境因子的影响造成的。同时环境因素也可能影响不同百合小花花器数目变异的频率。亚洲百合属经过低温后在种植前已完成花芽分化，因此低温是百合花器官产生变异的诱导因素。研究过程中发现百合小花中雄蕊和花被片数目的变异虽然没有一定的方向性，但当花被片有6枚时，雄蕊的数目最多为6枚，这说明花被片与雄蕊发育既有一定的独立性又有相互影响。

在本研究过程中，大多变异严重影响了百合花的品质，给生产者造成一定的经济损失，但却为百合育种及科研提供材料基础，如何利用及避免这些变异的发生需要进一步研究。

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