番荔枝开花进程和雌雄异熟性研究进展

孙漫莹，孟富宣，段元杰，阳世莹，方海东，刘海刚

（云南省农业科研学院热区生态农业研究所，元谋干热河谷植物园，云南 元谋 651300）

番荔枝是世界五大热带名果之一，属番荔枝科（Annonaceae）番荔枝属（Annona），又被称为释迦果、洋波罗、佛头果[1]。番荔枝为落叶小乔木，果肉白嫩香甜、营养丰富，其适应性强，是我国热带地区重要的珍稀水果之一[2]。原来番荔枝主要种植在热带美洲和西印度群岛，后来引种到世界各地[3]。番荔枝在我国栽种的历史悠久，目前在广东、广西、海南、福建、云南和台湾等地广泛种植[4]，主要种类有普通番荔枝（A. squamosaLinnaeus）、秘鲁番荔枝（A. cherimolaMiller）、牛心番荔枝（A. reticulataLinnaeus）、圆滑番荔枝（A. glabraLinnaeus）等。近年引自澳大利亚的非洲骄傲（African Pride，即AP）是生产上最具商业价值的品种，也是改良和培育番荔枝的首选品种[5]。凤梨释迦（A. cherimolia×A. squamosa）不仅口感好，还富含维生素C 等多种营养成分[6]，已在广西、云南、海南等地大量种植。但由于番荔枝是雌雄异熟植物[7]，雌、雄花发育成熟时期不同，花期无法同步相遇，导致自然授粉率和坐果率低，使得番荔枝产量较低，品质较差[8]。只有克服番荔枝雌雄异熟、花期不同步的障碍，才能够从根本上提高番荔枝的产量和品质。因此，研究番荔枝的雌雄异熟性、花芽分化进程、物候期特点和授粉习性等具有重要意义。于是，笔者综述了国内外关于番荔枝雌雄异熟性的相关研究进展。

1 番荔枝的开花进程与花期

番荔枝的花为典型的两性花，子房上位，花萼分离，花冠钟状；为单体雄蕊，全着药型花药，纵裂散粉；离生单雌蕊，湿柱头，短花柱。花色不艳丽，花冠在成熟前为绿色[9]，这不利于番荔枝通过自然媒介进行传粉与授粉。当花冠颜色从绿转黄时花瓣出现裂缝，雌蕊开始成熟，柱头开始出现粘液，花柱具有容受性，但此时花药尚未裂开；待24～48 h 后，花药才开始出现裂缝，散出花粉，但此时柱头已经失去容受性，然后花瓣开始萎蔫，开花过程也随之结束[10]。

番荔枝在修剪后10 d 叶芽开始萌动，剪后28 d左右开始花芽分化，花期持续时间不同月份有差异，不同品种的花期也有一定差异，一般为30～40 d[11]。根据郑颖颖[12]的研究结果，凤梨释迦和非洲骄傲在广西种植时，一般在4—5 月开始出现第一朵花，单朵花开花时间大约7 d，初花期、盛花期和末花期间隔1～2 d，整个花期持续50 d 左右，非洲骄傲的花期较凤梨释迦早5 d 左右。可见，不同品种番荔枝的花期有差异，且花期较长，这为人工辅助授粉克服番荔枝开花时同一株雌雄蕊花期无法相遇提供了便利。

2 番荔枝的雌雄异熟性特点

在植物的进化过程中，常进行非选型交配，雌雄异熟植物是非选型交配中的重要类型[13]。雌雄异熟（Dichogamy）是雌雄同株同花或异花植物中雌雄蕊不同时期成熟的现象[14]，包含雌花先熟个体（雌先型：在花粉散落前柱头已成熟处于可授期）和雄花先熟个体（雄先型：花粉在柱头成熟前已散落）2 种类型。雌雄异熟植物在有花植物中并不多见，仅在少量科属中发现，其中胡桃科具有很高的经济价值，相关研究也相对较多[15]。槭树科、樟科由于其生态价值的重要性，也被研究者视为极具研究价值的雌雄异熟类植物代表[16]。在雌雄异熟植物中，有的植物同一株植株的雌雄花开放时间完全错开，可有效避免自交，例如青钱柳[17]等；也有的植物雌雄花开放时间存在一定时间的重叠，如粗皮山核桃和毡毛山核桃的雌雄花期重叠达50%，槭树属中同一株雌雄花花期重叠能有效提高自交率[18]。番荔枝表现为雌雄异熟且为雌先型，当花准备开放时花瓣出现裂缝，当花瓣呈半开状态时雌蕊已成熟，柱头具有容受性；当花瓣完全张开时雄蕊成熟，但此时柱头已经失去容受性，然后花瓣逐渐萎蔫进入末花期[10]。基于番荔枝的这一雌雄异熟性特点，同株番荔枝的花柱无法获得自身的花粉授粉；同时，在柱头具有容受性时花瓣并未完全张开，不具有浓烈花香，无法吸引昆虫进行授粉。因此，番荔枝既不能自花授粉，又不能依靠自然媒介进行传粉，从而导致其授粉率低，坐果较少。

3 番荔枝雌雄配子发育与授粉特性

3.1 雌配子发育特点

番荔枝的花为离生单雌蕊，单室子房，边缘胎座，双珠被，厚珠心。在花蕾发育初期，雌蕊元基细胞逐渐分化形成柱头和子房，子房继续分化形成孢原细胞，之后分裂形成大孢子母细胞，经减数分裂形成二分体、四分体，四分体中经过消亡最终剩下一个分化成功能大孢子。功能大孢子形成后，细胞体积增大逐渐形成胚囊。胚囊逐渐发育成熟，具有反足细胞等功能细胞，后期逐渐退化[19]。甘阳英等[20]观察统计了番荔枝科12 属15 个种雌配子的发育特点，认为番荔枝科雌配子体发育类型为典型的蓼型，这与Matsuda 等[21]的研究结果一致。在被子植物生殖生物学中，双珠被、厚珠心、倒生胚珠及蓼型发育方式等雌配子体发育特点被认为是较古老的性状[22]。

3.2 雄配子发育特点

依照植物生理学中对被子植物的特征概述，番荔枝有小孢子囊4 个，具有多层细胞的完整花药壁，花药发育方式为基本型，符合被子植物的一般特征[23]。郑颖颖等[24]的研究认为，番荔枝的雄蕊为离生类型、全着药方式，具有雄蕊数多而花粉花药量少的遗传特性。番荔枝在花药发育初期，孢原细胞形成小孢子母细胞后，进行不完全同步的减数分裂，造成在不同的药室内形成二分体和四分体，导致花粉粒成熟时仍然存在着多种类型，大部分为以四分体形式聚在一起形成的四合花粉，少部分为以二分体形式聚在一起形成的二合花粉，同时还存在着三合体和单个花粉粒的形式[25]。另外，番荔枝的传粉室以及花部结构也与其他科植物不同。传粉室是开花阶段花瓣向花中心收缩形成的一个单独空间结构，番荔枝的传粉室形态多样。成梅等[26]将番荔枝科花粉室分为3 类：开放型、半闭合型和闭合型。不同的传粉室类型与其所处地理区域关系密切，同时也影响着不同传粉者的选择。

3.3 授粉特性

由于雌雄异熟性，番荔枝自然授粉的坐果率低，需进行人工辅助授粉，以提高坐果率，提高产量和品质。彭松兴等[27]的研究认为，人工授粉能提高坐果率，最简单有效的方法是用毛笔直接从花药裂开的花上取花粉并立即授到花药并未裂开的花上，其研究结果还证实了花药裂开后柱头完全失去容受性，此时授粉对提高坐果率的作用不大。邓穗生等[28]以杂交番荔枝为亲本，分别与普通番荔枝、秘鲁番荔枝、牛心番荔枝、圆滑番荔枝、山刺番荔枝进行杂交试验，结果表明，形态特征差异小的4 种番荔枝（即普通番荔枝、杂交番荔枝、秘鲁番荔枝和牛心番荔枝）之间亲和性较高，而与杂交番荔枝差异较大的圆滑番荔枝和山刺番荔枝表现出异花杂交不亲和，这与张蕾等[29]的研究结果相似，认为非洲骄傲与凤梨释迦的相似性较高，亲缘关系较近。由此可见，授粉品种间的花粉形态特征与授粉亲和性密切相关，形态相似性高其授粉亲和性通常也较高。另外，彭松兴等[30-31]的研究认为，授粉方法、被授粉花花瓣开张程度和被授粉花花药裂开时间均会影响坐果率。花药在傍晚自然裂开的花，其花粉在当天上午花瓣表现为超过半张开状态时就已经发育成熟，须在上午或下午进行人工授粉。以花药自然裂开前1 d（相当于花瓣呈半张开状态时）雌蕊容受性最强，人工授粉坐果率最高。

4 番荔枝雌雄异熟性的激素调控

激素在植物生长发育过程中起重要作用，能影响植物的花芽分化进程。大量研究表明，植物的花芽分化是在遗传信息的控制下，由植物营养和植物激素共同作用完成。植物激素不仅参与花芽分化进程，而且在植物的雌雄异熟性上也有一定影响。细胞分裂素（CTK）对花芽分化有促进作用，苹果、柑橘等果树在花芽分化期体内细胞分裂素的含量逐渐升高，并在分化开始时达到最高[32-33]。李学柱等[34]研究发现，柑橘喷施BA 能促进花器官的发育及成花数量。赤霉素（GA）对果树的花芽分化存在抑制作用。曹尚银等[35]的研究表明，苹果喷施GA3可延迟花芽形态分化进程，但喷施PP333可加速花芽形态分化进程。郭成圆[36]认为，在板栗芽萌动之前喷施GA3能够促进雌花分化，减弱GA3对枝条伸长生长的影响，达到人为控制雌雄花比例、提高产量的目的。生长素（IAA）对果树花芽分化进程、雌雄发育的影响与果树的品种相关。一般认为IAA 与花芽孕育有关，可抑制花芽分化，但也有研究认为一定含量的IAA 能够促进花芽分化。王玉华等[37]对大樱桃花芽分化的研究表明，IAA在花芽分化进程中含量低且变化不大，花芽中的含量低于叶芽的含量。脱落酸（ABA）对花芽分化有促进作用，罗羽洧等[38]对无花果花芽分化的研究表明，ABA 是4 种激素中含量最少的，但在花芽分化时其含量逐渐上升；但黄羌维[39]对龙眼的研究结果却相反，认为ABA 不利于花芽分化。王企等[40]对核桃雌雄异熟性的研究结果表明，喷施乙烯利可以抑制萌芽和开花期，萌芽期可推迟3～4 d，花期可推迟2～3 d；用CTK 和萘乙酸（NAA）处理时萌芽期变化不明显，但花期提前2～3 d，但都不能使雌雄异熟性的花期相遇，雌雄异熟次序未发生改变。目前，对于植物激素调控番荔枝雌雄异熟性的研究较少，但根据上述研究结果，推测植物激素对于番荔枝的开花物候期和花芽分化进程都会有一定的影响，但是否能够改变雌雄异熟进程，使雌雄花期相遇还有待进一步研究。

5 番荔枝雌雄异熟性的遗传分析

番荔枝由于花的雌雄异熟性导致其坐果率低，从而制约了番荔枝产业的发展。番荔枝的花器结构和传粉室都与其他果树存在明显差异，其雄蕊顶端花丝粗且有凸起物[27]、传粉室结构独特且类型多样[26]。在番荔枝的花器官发育过程中，涉及到大量的基因调控与表达。田云芳等[41]把控制花器官发育的大部分基因分为A、B、C、D、E 五类，其中控制雄蕊发育的主要是B、C、E 三类基因，雌蕊发育主要依靠C、D、E 三类基因共同调控，A、B、C、D、E 这五类基因大多数属于MADS-box基因。MADS-box基因是一种重要的调控基因，在植物的生长发育过程中起着重要的调节作用[42]。MADS-box 蛋白作为重要的转录调控因子，在植物花器官发育、开花时期等都发挥着重要作用[43]，其中AGAMOUS（简称AG）作为C 类MADS-box基因家族中重要的转录因子，对于调控雌雄蕊的发育起着关键性作用。刘锴栋等[44]成功克隆了1 个番荔枝花器官发育相关基因AsAG，并通过检测该基因的特异性表达谱，发现其在开花阶段的各个时期均有表达，其中在花器官发育的关键时期中表达最为强烈，且在雌雄蕊中表达量最多，在萼片和花瓣中表达量较低。番荔枝AsAG基因的这一表达模式与相应的AG同源基因在拟南芥[45]、黄金树[46]、蕙兰[47]、红花玉兰[48]中的表达模式相同。这说明番荔枝AsAG对于雌蕊和雄蕊的正常发育形成作用明显。刘锴栋等[49]的研究还显示，AsAG基因的表达受外源激素信号分子的影响，GA 抑制该基因的表达，ABA 却能够促进该基因的表达。这说明番荔枝AsAG可能参与雌蕊和雄蕊的发育及激素信号的响应。但目前对于番荔枝雌雄异熟性的遗传机理研究较少，还有待进一步研究。

6 展 望

近年来，番荔枝的推广面积不断增大，但番荔枝的坐果率低是制约番荔枝产业发展的主要因素。深入研究番荔枝的开花进程和雌雄异熟性机理具有重要意义。例如通过对番荔枝开花进程的研究可以预测花期，为授粉树的合理配置提供依据；对雌雄异熟性机理的研究有助于合理控制雌雄花开花时间和比例，从而制定有效的授粉措施以提高授粉效率和坐果率。另外，有关番荔枝成花基因的调控机理以及受内、外源因子的影响等尚不明确，还有待进一步研究，以阐明番荔枝花器官发育和雌雄异熟性的调控机理，为解决番荔枝生产上的实际问题奠定基础。