北美冬青奥斯特在滇中地区引种的坐果特性

Fruit-Setting Characteristics of Ilex verticillat Oosterwijk Introduced in the Central Yunnan Region

摘要

滇中地区已成为我国重要的北美冬青种植区域。为解决当地北美冬青切枝/盆栽质量参差不齐的问题，为滇中地区北美冬青奥斯特的栽培措施制定及挂果期管理提供参考，以安宁种植的北美冬青奥斯特为试验材料，观察其物候期，测定其雄花的花粉活力及雌花的柱头可授性，并通过人工授粉方式观测其果实生长发育特性。结果表明，滇中地区种植的北美冬青奥斯特于3月中旬萌发，4月上旬长梢，5月中旬开花，6月上旬至9月上旬果实膨大，9月中旬至10月上旬果实成熟；雄花新鲜花粉离体培养1 h的萌发率为8.68%,培养6 h的萌发率为25.12%；新鲜花粉授粉于雌花柱头2 d后的萌发率可达75.23%，平均花粉管长度为1 088.70 μm，且进入胚珠，结果显示,其雌/雄花育性正常；从人工授粉到果实显红大约需要100 d，到果实成熟大约需要125 d，果实生长呈先快后慢的单S生长曲线。

Abstract

The central Yunnan region has become an important planting area of Ilex verticillat in China. In order to solve the problem of uneven Ilex verticillat cut/potted quality in the local area, provide reference for the formation of cultivation measures and the management of fruit-setting stage for Ilex verticillat Oosterwijk in the central Yunnan region, in this study, taking Ilex verticillat Oosterwijk planted in Anning as the test material, its phenology was observed，the pollen vitality of male flowers and the stigma receptivity of female flowers were measured, and the fruit growth and development was observed through artificial pollination. The results showed that Ilex verticillat Oosterwijk planted in the central Yunnan region sprouted in the middle of March，branched in the early of April，bloomed in the middle of May， fruit-enlarged from the early of June to the early of September， and fruit-ripened from the middle of September to the early of October. The germination rate of fresh pollen from male flowers was 8.68% by cultured in vitro for 1 hour and 25.12% by cultured in vitro for 6 hours，and the fresh pollen germination rate on the female stigma reached 75.23%, the average length of pollen tubes was 1 088.70 μm at 2 days after pollination and entered the ovules，which indicated that the female and male flower had normal fertility. And it took approximately 100 days to getting-red fruits and 125 days to the ripen fruits after the artificial pollination. And its dynamic growth curve was fast at first and then slow，showing a single S curve.

Graphical abstract

关键词

北美冬青 / 滇中地区 / 物候 / 育性 / 果实生长发育

Key words

Ilex verticillat / central Yunnan region / phenology / fertility / fruit growth and development

Author summay

解玮佳，研究员，博士，主要从事花卉种质创新研究，E-mail：[e-mail]

北美冬青（Ilex verticillata）为冬青科冬青属植物，原产于美国东北部^[1]，因其冬季落叶后红果能挂枝头数月而成为国际知名的切枝/盆栽观赏植物^[2]。国内引种北美冬青始于2006年^[3]，至今已引进奥斯特（Oosterwijk）、冬红（Winter Red）、冬黄（Winter Gold）、格瑞（A. Gray）等10多个品种^[4]。在众多的引进品种中，奥斯特因具有良好的生长表现和较强的适应性而成为我国目前的主推品种^[5]。作为主栽品种，国内有诸多奥斯特引种栽培^[4-5]及抗性评价^[6-7]等方面的研究报道，对奥斯特在华中（湖南武汉地区、浙江温州地区和杭州）、华东（山东临汾地区和潍坊地区）、华南（福安）及东北（长春）等多个引种地的物候、生长量及环境适应性等引种特性进行了研究，结果表明，奥斯特生长表现因引种地的不同而有所差异。

近几年，诸多北美冬青基地如雨后春笋般出现在滇中的安宁、玉溪、马龙、会泽及武定等地，云南已发展成为国内北美冬青最重要的产区之一，其种植面积及产量已与山东平分秋色。但是，云南的北美冬青以散户自发种植居多，其栽培技术多参考华中及山东地区的现有栽培经验^[4-5]，由于缺乏适宜引种地的相关技术而导致北美冬青切枝/盆栽的质量参差不齐。在此背景下，了解云南特别是滇中地区的北美冬青坐果特性，对指导当地北美冬青栽培、提高产品质量具有重要意义。

本试验以安宁种植的北美冬青奥斯特为材料，对其萌动、展叶抽条、开花及结果等物候进行观察，重点开展其花粉活力（雄花）、柱头可授性（雌花）及果实生长等坐果特性研究，旨在为提高滇中地区北美冬青的种植技术及产品品质提供技术参考。

1 材料和方法

1.1 试验地概况

试验于云南省昆明市安宁的昆明海达新花景园艺种苗有限公司基地进行。基地海拔1 893.39 m，全年平均气温14.9 ℃，年平均降水量为1 000.5 mm，年日照时数2 327.5 h。

1.2 试验材料

试验于2023年3—10月进行，选择3年生、长势一致的北美冬青奥斯特盆栽开展研究。盆栽所用基质为草炭：红土按1∶1比例配制而成，盆为2加仑。所有参试盆栽的土肥管理措施基本一致。

1.3 试验方法

1.3.1 物候期观察

选取盆栽北美冬青雌/雄株各30盆，于2023年3—10月定株定时进行物候期（萌动期、展叶抽条期、现蕾期、开花期、果实膨大期、果实成熟期）观察。物候期的标准参考杨志莹等^[3]制定的标准。

1.3.2 育性检测

雄花的花粉活力检测方法参照符海泉等^[8]的方法。随机选择雄株3株，分别采集各植株上开放当天的雄花3朵，摘取各花的花药，将其放入离心管内混匀后，用毛笔蘸取离心管中的花粉，用液体培养法测定其花粉活力。试验采用的花粉液体萌发培养液配方为0.01% H₃BO₃+0.01% CaCl₂+0.02% MgSO₄·7H₂O+0.01% KH₂PO₄+10%蔗糖。用毛笔蘸取离心管中的花粉，将它们均匀地洒落在盛有液体花粉萌发培养液的6 mL培养皿中，置于25 ℃恒温培养室中培养1 h后取出，在Leica DM6000B显微镜下观察花粉的萌发情况并拍照，统计萌发率。每个处理选取5个视野，每个视野花粉数不少于100粒。

花粉萌发率=萌发花粉数/观察花粉数×100%（1）

雌花柱头可授性的检测方法参照解玮佳等^[9]的方法进行。分别取未授粉、授粉后1、2 d的雌蕊放入FAA固定液（甲醛∶冰醋酸∶70%乙醇=1∶1∶18）中固定1 h，随后转入70%的酒精中，4 ℃冰箱中保存备用。压片前，将固定后雌蕊用蒸馏水冲洗至无色，放入1 mol/L NaOH溶液中60 ℃软化30 min，用蒸馏水冲洗至无色，用0.1%水溶性苯胺蓝染色2 h。将雌蕊放置于载玻片中央，吸水并滴加1~2滴甘油，盖上盖玻片在荧光显微镜下观察。在Leica DM6000B荧光显微镜下观察花粉萌发情况。统计萌发率，每处理取3个雌蕊进行观察。

花粉管进入子房的比率=进入子房的花粉管数量/观察的花粉管总数×100%（2）

1.3.3 果实生长发育观测

随机选取10盆北美冬青的雌株采样盆栽，每盆选1枝，保留其上5个花蕾进行套袋，待其花开。于2023年5月20日起，当柱头出现黏液时，用当天开放的新鲜雄花花粉进行人工授粉后套袋，套袋7 d后去除纸袋。从授粉之日起，每25 d用游标卡尺测量一次果实的纵径和横径。

1.4 数据分析

用Excel 2003对试验数据进行整理，用SPSS 24.0进行统计分析，用Sigmaplot 14.0绘图。

2 结果与分析

2.1 物候期分析

从试验的观察结果来看（表1、2，图1），北美冬青奥斯特在安宁于3月中旬开始萌动（图1-A）；4月上旬开始展叶抽条（图1-B），抽出的枝数为7.00枝，其新枝长为20.00 cm，新枝上具叶片为14.13片；4月下旬至5月上旬开始现蕾（图1-C、D），新枝上的花蕾数为11.75个；5月中旬雄花开始开花（图1-E），约7~10 d后，雌花开始开花（图1-F）；花期约20 d；6月上旬果实开始膨大（图1-G、H）；9月中旬果实转为鲜红色（图1-I），10月上旬果实成熟（图1-J）。10月中下旬果枝进入采收期，其新枝上的挂果数为9.00个。

2.2 育性分析

从本次试验结果来看（图2），北美冬青奥斯特雄花（图2-A）的新鲜花粉在花粉离体萌发液中培养1 h的萌发率为8.68%（图2-B），而培养6 h的萌发率则为25.12%（图2-C、D）。

将新鲜花粉授粉于雌花（图3-A、B）柱头后的荧光显微观察结果显示（表3），随着授粉时间的增加，花粉萌发率显著增加，授粉后1h的花粉萌发率仅为14.22%（图3-C），授粉后6 h的花粉萌发率有所提高（图3-D），至授粉后1 d的花粉萌发率显著提高为36.51%（图3-E），而授粉后2 d的花粉萌发率则高达75.23%（图3-F）；从花粉管生长来看，授粉后1~6 h，花粉管伸长速度不显著，但授粉后1 d，花粉管显著伸长，平均长度达528.28 μm，且进入花柱（图3-G）；而授粉后2 d，平均花粉管长为1 088.70 μm，花粉管达到子房（图3-H）并进入胚珠（图3-I）。试验结果表明，北美冬青奥斯特的雄花花粉具有活力而雌花柱头具有可授性。

2.3 果实生长发育的观察

本次北美冬青奥斯特的人工授粉结果显示（图4），从人工授粉到果实成熟大约需要125 d。具体来看，奥斯特的子房纵径为0.53 cm，横径为0.33 cm；在授粉后0~25 d，果实纵径缓慢增长（25 d时为0.60 cm），而果实横径则显著增大（25 d时为0.60 cm），该时期为果实的膨大期；在授粉后25~50 d，果实纵径显著增长（50 d时为0.77 cm，P<0.05），而果实横径虽有所增大，但不显著（50 d时为0.73 cm），这一时期为果实的伸长期；在授粉后50~75 d，而果实纵径略有增长，横径有所增加（75 d时为0.87 cm）；在授粉后75~100 d，果实外观开始显红；在授粉后100~125 d，果实纵径显著增长（125 d时为1.10 cm，P<0.05），而果实横径无显著变化（125 d时为0.93 cm），继而果实成熟。以北美冬青果实横径为因变量，时间为自变量，拟合Quadratic模型曲线，其R²值为0.994 2，而F值和P值均达到显著，说明模型具有较好的拟合度。

3 结论与讨论

从本试验结果来看，安宁种植的北美冬青奥斯特物候具体表现为萌发（3月中旬）、长梢（4月上旬）、开花（5月中旬）、果实膨大期（6月上旬至9月上旬）和果实成熟期（9月中旬至10月上旬）等几个阶段。前人研究结果表明，奥斯特在郑州地区为3月下旬萌发，4月上旬长春梢，5月上中旬开花，5月下旬至6月上旬开花结果，10月上旬果实逐渐着色^[10]；在温州地区则为3月下旬至4月上旬发芽，4月上中旬展叶，5月下旬至6月上旬开花，9月下旬至10月上旬果实转色，10月中旬转红；在临汾、潍坊地区表现为3月中旬发芽，4月中上旬抽枝展叶，5月中旬至6月上旬开花结果，6月下旬果实膨大，9月中下旬果实着色，10月中旬转红^[3]；在湖北武汉地区为10月中下旬果实着色转红^[10]。将本试验结果与前人研究结果比较后发现，安宁种植的奥斯特在萌发、抽梢展叶、开花、果实膨大等几个阶段与其他引种地的表现基本一致，但在果实转红阶段（9月中下旬）明显早与其他引种地（10月中旬）。

现有研究证实，温度和光照对植物的开花坐果具有重要影响^[11]。高温条件下，植物需要消耗大量养分来加强营养生长，由此导致开花坐果等生殖生长相关的养分分配降低，最终表现为花芽分化减少或坐果率降低^[12]。逆境胁迫会导致植物体内碳水化合物的分配，从而调控生长发育过程中碳水化合物在源和库之间的运输^[13-14]。比如，水稻在高温胁迫下的光合能力会降低，光合产物总量亦会减少，从而对籽粒的积累会产生不利影响，造成籽粒中干物质积累速度和积累量降低^[15]。北美冬青奥斯特已报道的引种地7—8月温度均较高，比如，潍坊地区7月平均温度为26.5 ℃，最高温度可达40 ℃^[6]；温州地区7月平均气温为28.1 ℃，最高气温39.6 ℃。由此可推测，高温可能影响了北美冬青奥斯特果实的营养积累，从而延缓了其果实的着色转红期。而在本试验中，引种地安宁6—8月的平均温度仅在19.3~20.1 ℃，地面温度在22.3~23.0 ℃^[16]，温度较适宜坐果，推测其为安宁北美冬青奥斯特果实转红阶段（9月中下旬）明显早于其他引种地（10月中旬）的主要原因。但是，果实转色是多种代谢物相互协调、共同作用的复杂持续反应的过程，要了解北美冬青奥斯特果实转红的内在机制，未来还需要从比较代谢组等方面进一步研究。

现有研究均表明，北美冬青奥斯特的雄株花期早于雌株^[5]，本试验的物候观察结果与之吻合。花粉离体培养是检测花粉生活力的常用方法^[8]。不同浓度的糖、硼和钙对大喇叭杜鹃四合花粉萌发和花粉管生长具有不同的影响^[17]。所以，在延长花粉离体培养时间的同时，可能还需对北美冬青奥斯特花粉离体萌发液中的糖、硼酸和钙的配比进行研究，以找到适宜该物种的适宜配方。另外，是否授粉是决定雌雄异株植物坐果好坏的一个关键环节。本研究表明，北美冬青奥斯特的雄花花期早于雌花，为保证坐果率，除了优化授粉树配置外^[3]，未来还可通过开展花粉采集与保存，液体喷雾等人工辅助授粉等技术来提高其坐果率。

以植物果实纵横径、体积、鲜质量或干质量为基础所作的生长累加曲线大体可以分为单S型和双S型2种曲线^[18]。在本试验中，北美冬青奥斯特果实纵径和横径的生长趋势基本表现为先快再慢的趋势，类似单S生长曲线，与甜瓜植株和果实的形态发育结果相似^[19]。人工授粉试验结果表明，在授粉后0~80 d，北美冬青奥斯特的果实以膨大生长为主，而在授粉后80~125 d，果实以伸长生长为主。从实际生产来看，北美冬青结果多依赖于蜜蜂等昆虫的传粉，故其果实的实际生长情况与本研究中的人工授粉情况会有所差异。为更好地指导生产，未来还需要做进一步探究。而从指导生产的角度看，在北美冬青奥斯特果实生长发育的4个月里，从栽培管护上须注意保水保肥，才能保证果实的正常发育。

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基金资助

云南省生物种业和农产品精深加工专项(202302AE090018)