孫明偉，趙統(tǒng)利，邵小斌，朱朋波，湯雪燕，王江英，慧林沖

(連云港市農(nóng)業(yè)科學(xué)院，江蘇 連云港 222000)

花不僅是觀賞植物重要的部分，也是植物發(fā)育的重要特征?；ㄆ鞴俚亩鄻有?、數(shù)目的增減及奇特性可影響花的觀賞性。對高等植物成花過程的研究一直是植物發(fā)育生物學(xué)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)，尤其是像百合這種以花器為主要觀賞對象的植物。對花發(fā)育的研究可以為植物培育、豐富品種等方面提供大量的理論依據(jù)[1]。百合花器變異不僅為花器官形態(tài)建成的比較發(fā)育遺傳學(xué)研究提供豐富的資源，也為百合進(jìn)行重瓣及無花粉性目標(biāo)育種具有重要意義。國外通過擬南芥、金魚草等植物的研究，建立了調(diào)控花器官發(fā)育的各種模型假說[2-3]。我國在有關(guān)被子植物系統(tǒng)發(fā)育方面的研究起步較晚，對花器官研究大多是利用化學(xué)處理或物理誘導(dǎo)等方法對花器官產(chǎn)生影響的研究或利用生物技術(shù)進(jìn)行基因的克隆與表達(dá)[4]。對于在自然生長條件下，花器官形成過程中發(fā)生變異的研究鮮有報(bào)道。

百合是百合科(Liliaceae)百合屬(Lilium)多年生草本植物，因花大而艷麗，深受世界人們的喜愛，據(jù)中國植物志記載百合正?；ǎū黄?片，通常披針形或匙形，成2輪、離生；雄蕊6枚，花藥大、橢圓形，背著，丁字狀；花柱1枚，子房有3爿，每爿2列。百合主要依靠球莖進(jìn)行無性繁殖，在連云港部分地區(qū)可自然生長。本研究以盆栽百合花器官為調(diào)查對象，發(fā)現(xiàn)了盆栽亞洲百合中部分品種的花被片、雄蕊數(shù)目及其他出現(xiàn)各種類型的變異。在進(jìn)行連續(xù)跟蹤觀察及統(tǒng)計(jì)的基礎(chǔ)上，對百合花器官數(shù)量變異進(jìn)行了分析。

1 材料與方法

1.1 供試材料

亞洲盆栽百合品種系列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個(gè)品種(種球規(guī)格：周徑12～14 cm)，均從荷蘭引進(jìn)。于2013年3月，在連云港市農(nóng)業(yè)科學(xué)院東辛農(nóng)場試驗(yàn)基地進(jìn)行露地種植，常規(guī)栽培管理，自然越冬。

1.2 試驗(yàn)方法

亞洲盆栽百合屬多年生鱗莖植物，花期從5月中旬至7月中旬。在2016年5月23日發(fā)現(xiàn)第一朵變異的花開始，每周1～2次對14個(gè)品種的花被片數(shù)目、雄蕊數(shù)目、變異類型等進(jìn)行觀察統(tǒng)計(jì)，并對典型變異的花朵進(jìn)行數(shù)碼拍照。同時(shí)，對變異較多的百合品種tiny bee，分別取發(fā)育正常和異常的花藥采用碘-碘化鉀法[5]測定花粉活力，并在普通光學(xué)Phenix顯微鏡下觀察正?；ㄋ幒彤惓；ㄋ幹谢ǚ哿５男螒B(tài)?；ū黄?片，雄蕊6枚，且花被片無花藥視為正?；?，花被片、雄蕊數(shù)目增多或減少及花被片上有花藥均為花器變異的異常小花。

花被片數(shù)目出現(xiàn)的頻率/%=花被片數(shù)目(1或2或3或4或5或6或7或8或9)變異的小花數(shù)/變異小花的總數(shù)×100%

雄蕊數(shù)目出現(xiàn)的頻率/%=雄蕊數(shù)目(1或2或3或4或5或6或7或8或9)變異的小花數(shù)/變異小花的總數(shù)×100%

雄蕊與雌蕊總和數(shù)目出現(xiàn)的頻率/%=雄蕊與雌蕊總和數(shù)目(8或9或10或11或12或13或14或15或16或17)變異的小花數(shù)/變異小花的總數(shù)×100%

2 結(jié)果與分析

2.1 百合花器總體變異情況

在14個(gè)百合品種中,百合花器官產(chǎn)生變異的品種有6個(gè)分別為：victory joy、tiny sensation、tiny rocket、tiny bee、tiny desert、orange pixie等約占總品種數(shù)的42.9%，由于品種間變異類型重復(fù)，共計(jì)有22種變異類型。說明亞洲盆栽百合在江蘇連云港地區(qū)自然生長條件下，花器變異在亞洲百合中是普遍存在的現(xiàn)象。在所有花器變異品種中，只有tiny bee、victory joy兩個(gè)品種的變異率較為豐富,分別為25種與9種，而其余4個(gè)品種變異類型較小，只有1～3種；從植株變異率來看，tiny bee、victory joy分別為21.7%、7.0%，植株變異率較大。其余只有0.7%～1.9%，變異率較小，說明百合花器的變異跟品種本身密切相關(guān)，其變異的類型及植株變異率差異較大，有的品種易變異且種類豐富，有的穩(wěn)定性較好，基本保持物種的穩(wěn)定性，不易發(fā)生變異，如tiny toons、tiny dragon、tiny pearl等品種沒有找到變異的花朵，tiny sensation、tiny rocket、tiny desert、orange pixie等品種變異率較低，只有0.7%～1.9%(表1)。

表1 百合植株的整體變異率

2.2 不同類型花被片數(shù)目變異

通過對單朵變異小花中的花被片數(shù)目的觀察，發(fā)現(xiàn)一些小花花被片數(shù)目為3枚(圖1-A)、4枚(圖1-B)、5枚(圖1-C)，比正常百合小花的6枚(圖1-D,E,K,J)花被片分別少3、2、1枚。同時(shí)，也發(fā)現(xiàn)一些小花的花被片數(shù)目比正常小花花被片數(shù)目有所增加，增加至7枚(圖1-F)、8枚(圖1-G,H)、9枚(圖1-I)。其中，有些小花的花被片一側(cè)著生有花藥(圖1-F,J,I；圖2-A,B,C)而形成花藥瓣化的現(xiàn)象。

通過對不帶花藥的花被片、帶花藥的花被片、所有花被片等3種類型不同數(shù)目出現(xiàn)的頻率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)(表2)，在不帶花藥的花被片出現(xiàn)的頻率中，比例最高的是6枚，達(dá)41.0%，其次是減少的3枚、4枚與5枚合計(jì)為41.1%，7枚和8枚出現(xiàn)的頻率之和為18%，說明百合完整花被片數(shù)目以不變或減少為主，而自然條件下增加的花被片數(shù)目只有不到1/5。而帶花藥的花被片最高可同時(shí)出現(xiàn)3枚(圖2-C)，且出現(xiàn)頻率為5.1%，而1～2枚(圖2-A,B)的頻率卻達(dá)到61.2%，沒有出現(xiàn)的頻率也高達(dá)43.6%，說明在百合帶花藥的花被片變異類型中，以不變異或以增加1～2枚為主。在所有花被片變異頻率中，以花被片為6枚的只有17.9%，而7枚、8枚、9枚花被片出現(xiàn)的頻率總計(jì)為56.4%，其中以8枚花被片出現(xiàn)頻率最高達(dá)30.8%，說明在百合花變異類型中，以花被片數(shù)量增加為主。

2.3 不同類型雄蕊數(shù)目的變異

正常發(fā)育的百合小花中1枚雄蕊上面只有1枚花藥，即6枚雄蕊有6枚花藥，在觀察的百合小花中發(fā)現(xiàn)一些花藥的數(shù)目比正?；ㄋ幍臄?shù)目多1～2枚，即分別為7枚(圖1-L)、8枚(圖1-H)。同時(shí)，也發(fā)現(xiàn)一些花藥的數(shù)目減少至3枚(圖1-J)、4枚(圖1-B)、5枚(圖1-D,K)。

A.變異小花中花被片數(shù)目為3，雄蕊為6；B. 變異小花中花被片數(shù)目為4，雄蕊為4；C.變異小花中花被片數(shù)目為5，雄蕊為6；D.變異小花中花被片數(shù)目為6，雄蕊為5；E. 正常小花；F.變異小花中花被片數(shù)目為6，雄蕊瓣化為1，雄蕊為6；G.變異小花中花被片數(shù)目為7，花藥瓣化為1，雄蕊為7；H.變異小花中花被片數(shù)目為8，雄蕊為8；I.變異小花中花被片數(shù)目為8，花藥瓣化為1，雄蕊為7；J.變異小花中花被片數(shù)目為6，雄蕊為3;K.變異小花中花被片數(shù)目為6，雄蕊為5;L.變異小花中花被片數(shù)目為8，雄蕊為7。

圖1變異小花中花被片與花藥數(shù)目的變異

表2 不同類型花被片數(shù)目的變異頻率 %

通過對3種類型不同花藥數(shù)目出現(xiàn)的頻率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)(表3)，發(fā)現(xiàn)花藥著生于正常雄蕊上出現(xiàn)頻率中，花藥數(shù)目為5枚時(shí)出現(xiàn)的頻率最高為35.9%，而花藥數(shù)目分別為3、4、5枚等3種類型出現(xiàn)的頻率之和為69.2%，而花藥數(shù)增加至7、8枚出現(xiàn)的頻率之和為10.2%，說明百合正常發(fā)育的雄蕊，在自然條件下通常向減少的方面變異。百合變異小花中花被片上著生花藥的變異類型通常為1～3枚，其變異率為56.3%，高于花被片上未著生花藥的變異類型達(dá)12.7%，說明花被片上著生花藥是百合小花主要變異類型之一。在所有花藥出現(xiàn)的頻率中，以6枚花藥出現(xiàn)最多為51.3%、其次是減少1～2枚的花藥總計(jì)為30.8%，而花藥增加1～2枚的頻率只有18%，說明百合花藥在變異中以不變或減少為主，只有不到1/5的變異類型是花藥增加的。

2.4 小花中的雄蕊瓣化現(xiàn)象

通過對百合變異小花中雄蕊瓣化的觀察，發(fā)現(xiàn)有的雄蕊可以明顯看到花絲、花瓣、花藥等3部分，有的只是在花瓣一側(cè)著生花藥，有的測是花藥及花瓣在一起未發(fā)育完全，有明顯的過度痕跡(圖2-D,E,F,I,G,H,I,J,K)。通過顯微鏡觀察品種tiny bee在正常雄蕊上的花。

2.5 花被片與雄蕊的變異關(guān)系及雌蕊的變異

正常的百合小花有6枚花被片及6枚雄蕊，共計(jì)12枚，在觀察的變異小花中，發(fā)現(xiàn)花被片與雄蕊總和比正?；ū黄c雄蕊的總和增加或減少一些，從8枚至16枚均有出現(xiàn)(表4)，其中花被片與雄蕊總和為12枚的頻率為28.2%，8～11枚的頻率總計(jì)為51.3%，而13～16枚的頻率總計(jì)為20.8%。說明花被片與雄蕊的總數(shù)在百合小花變異中有1/2是減少的，花瓣和雄蕊之和有1/5的頻率是增加的，只有不到30%的頻率是花瓣與雄蕊總數(shù)是不變的。

A.小花中有1個(gè)花藥瓣化；B.小花中有2個(gè)花藥瓣化；C.小花中有3個(gè)花藥瓣化;D.正常的雄蕊；E～K.不同程度的花藥瓣化；L.發(fā)育畸形的雌蕊；M.正常雄蕊中的花粉粒形態(tài)；N.雄蕊瓣化中的花粉粒形態(tài)。

圖2小花中花藥瓣化的數(shù)目及不同程度和花粉粒差異

表3 不同類型雄蕊數(shù)目的變異頻率 %

花被片與雄蕊總和的數(shù)目，有的是來源于雄蕊瓣化(圖2-A,B,C)；有的是花被片增加與雄蕊瓣化共同作用(圖1-F,I)；有的是花被片與雄蕊同時(shí)增加(圖1-H,L)；有的是花被片與雄蕊同時(shí)減少(圖1-B)。當(dāng)雄蕊或花被片為6枚時(shí)，相對應(yīng)的花被片(圖1-C)或雄蕊(圖1-D,K,J)，一般不超過6枚，對于這一現(xiàn)象有待進(jìn)一步研究。在所有花器官變異中，雌蕊只有形態(tài)的變化，數(shù)量上沒有變化，均是1枚(圖2-L)。

表4 雄蕊與花被片總和數(shù)目的變化頻率 %

3 討論

百合作為以花器官為主要觀賞對象的植物，花被片是百合觀賞的重要器官，花器官數(shù)量的增加對百合觀賞是有利的。由于百合花粉污染花瓣，同時(shí)雄蕊數(shù)目的減少既花粉量減少又可以增加百合花的品質(zhì)。因此，培養(yǎng)無花粉的百合重瓣花對提高百合的觀賞性具有重要意義，在研究過程中發(fā)現(xiàn)，百合花被片的增加及雄蕊瓣化的形成均與重瓣花起源[6]中的積累起源、雌雄蕊起源等現(xiàn)象相同，說明百合花被片的變異可通過重瓣花的起源進(jìn)行合理的解釋與利用。

花的發(fā)育可分為2個(gè)階段：花分生組織的形成和花器官的發(fā)生。當(dāng)花原基中細(xì)胞的數(shù)目確定后，花分生組織被分為花萼、花瓣、雄蕊和心皮等4個(gè)同心圓的花亞區(qū)。當(dāng)花分生組織分別形成不同器官的同心域后，在同一區(qū)域中的細(xì)胞進(jìn)一步分裂產(chǎn)生花器官原基[7]?；ㄆ鲾?shù)目的次生性變化，可通過花原基分裂、融合及次生原基的形成產(chǎn)生，花原基數(shù)目的增減導(dǎo)致花器官數(shù)目的增減[8]。在6個(gè)百合品種花器官變異的植株中，發(fā)現(xiàn)花被片、雄蕊數(shù)目的增減可能與花器官亞區(qū)細(xì)胞數(shù)目的增減有關(guān)。細(xì)胞數(shù)目的增減是由細(xì)胞分裂速度左右，最終導(dǎo)致百合花被片及雄蕊數(shù)目的增減，這與王祖秀等[9]研究發(fā)現(xiàn)韭蘭的幾種花形變異基本一致。

植物花器官的形成是一個(gè)由遺傳和環(huán)境因子共同作用產(chǎn)生的一種表型。通過對擬南芥及金魚草等花器官的研究，國外已提出多種控制花發(fā)育的模型。百合的花器官變異既不是基因突變產(chǎn)生的穩(wěn)定遺傳變異，也不是花器官的錯(cuò)位發(fā)育，適用于單子葉、雙子葉植物的“ABC模型”及在此基礎(chǔ)發(fā)展的“ABCD模型”及“ABCDE模型”均不能充分解釋[2,3,10]?；ㄆ鞴俚奶卣鳌?shù)目和位置的確定在花原基分化期形成，擬南芥各輪花器官數(shù)目的增加是由花分生組織過度增生引起的[11-12]。

由于百合花器官變異不穩(wěn)定，在變異的單株中一般有4～7朵小花，這些小花中既有沒變異的小花，也有小花變異性狀不一樣的現(xiàn)象。因此控制百合花器官變異的因素可能是控制百合花被片與雄蕊細(xì)胞分裂速度與細(xì)胞分裂模式的基因表達(dá)受到某環(huán)境因子的影響造成的。同時(shí)環(huán)境因素也可能影響不同百合小花花器數(shù)目變異的頻率。亞洲百合屬經(jīng)過低溫后在種植前已完成花芽分化，因此低溫是百合花器官產(chǎn)生變異的誘導(dǎo)因素。研究過程中發(fā)現(xiàn)百合小花中雄蕊和花被片數(shù)目的變異雖然沒有一定的方向性，但當(dāng)花被片有6枚時(shí)，雄蕊的數(shù)目最多為6枚，這說明花被片與雄蕊發(fā)育既有一定的獨(dú)立性又有相互影響。

在本研究過程中，大多變異嚴(yán)重影響了百合花的品質(zhì)，給生產(chǎn)者造成一定的經(jīng)濟(jì)損失，但卻為百合育種及科研提供材料基礎(chǔ)，如何利用及避免這些變異的發(fā)生需要進(jìn)一步研究。

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