四川引種大花序桉花期與蒴果發(fā)育時(shí)空分布特征研究

黃 振 楊勇智 陳 炙 李佳蔓 王麗華 郭洪英*

(1.四川省林業(yè)科學(xué)研究院，成都 610081； 2.森林和濕地生態(tài)恢復(fù)與保育四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都 610081)

大花序桉(Eucalyptuscloeziana)又名昆士蘭桉，是桉屬(EucalyptusL.Herit.)昆士蘭桉亞屬高大喬木[1]。1972年開(kāi)始引入我國(guó)進(jìn)行引種栽培試驗(yàn)[2]，1983年廣西東門(mén)林場(chǎng)引入大花序桉進(jìn)行區(qū)域栽培和施肥試驗(yàn)[3]，表明大花序桉適應(yīng)性強(qiáng)、生長(zhǎng)較為迅速，是具有潛在開(kāi)發(fā)價(jià)值的桉樹(shù)。隨后，各地開(kāi)展了系統(tǒng)的引種栽培[4～11]、種源/家系試驗(yàn)[10,12～13]和材性研究[14～21]，為大花序桉的遺傳改良和應(yīng)用提供了理論和材料基礎(chǔ)[20]。多年的區(qū)域試驗(yàn)證明了大花序桉與巨桉、尾巨桉等速生桉樹(shù)所需的生境條件一致；材性分析表明，大花序桉氣干密度達(dá)到0.6～1.0 g·cm-3，達(dá)到珍貴用材樹(shù)種中“硬雜木類(lèi)”或“準(zhǔn)紅木類(lèi)”的要求[22]，是制作高端家具的優(yōu)良選擇[23]。

因此，在我國(guó)南方原有桉樹(shù)適生區(qū)推廣大花序桉，不僅契合當(dāng)前桉樹(shù)產(chǎn)業(yè)升級(jí)的需求，也有利于延長(zhǎng)桉樹(shù)輪伐期，提高林地生態(tài)多樣性。由于大花序桉無(wú)性繁殖技術(shù)尚未達(dá)到規(guī)模化應(yīng)用水平[24]，實(shí)生苗造林是當(dāng)前大花序桉應(yīng)用的主要方式，目前，大花序桉種子主要來(lái)源于原產(chǎn)地澳大利亞，產(chǎn)量和價(jià)格嚴(yán)重制約了大花序桉的推廣。多年桉樹(shù)研究發(fā)現(xiàn)，桉樹(shù)的開(kāi)花物候引種后會(huì)發(fā)生變化，如引種鄧恩桉4年生時(shí)開(kāi)花結(jié)實(shí)[25]，遠(yuǎn)少于澳大利亞鄧恩桉10年后開(kāi)花的時(shí)長(zhǎng)[26]，但尚未有大花序桉開(kāi)花的報(bào)道[27]。

本研究以四川宜賓地區(qū)引種的5個(gè)大花序桉種源試驗(yàn)林為材料，對(duì)原產(chǎn)于不同生境的大花序桉在相同生境中花期和蒴果發(fā)育時(shí)空分布特征進(jìn)行了研究，以期為大花序桉的引種提供花期物候特征清晰的種源類(lèi)型依據(jù)，并為大花序桉母樹(shù)林建立、人工授粉及雜交育種、蒴果和種子采收提供科學(xué)依據(jù)。

1 試驗(yàn)地概況

大花序桉引種試驗(yàn)林位于宜賓市翠屏區(qū)涼姜鄉(xiāng)三魚(yú)村(28°50′16″N，104°44′58″E)，試驗(yàn)點(diǎn)地理坐標(biāo)為104°45′E，28°56′N(xiāo)，海拔380～415 m，屬低山丘陵地帶。氣候類(lèi)型為亞熱帶季風(fēng)氣候，雨量充沛，熱量豐足，雨熱同季。年平均氣溫18.7℃，年平均降水量1 143.5 mm。試驗(yàn)地土壤類(lèi)型為紫色土，呈中性或微酸性。該類(lèi)型土壤由于母質(zhì)以砂巖為主，土壤較薄，土壤粘粒含量較低，土壤團(tuán)聚體含量較少，土壤有機(jī)質(zhì)含量低，磷、鉀豐富。

2 材料與方法

2.1 試驗(yàn)材料

參試的5個(gè)大花序桉種源由澳大利亞CSIRO種子中心提供，其基本情況詳見(jiàn)表1。2010年播種育苗，2011年春季造林，造林密度3 m×3 m，同一種源的苗采用山頂至山腳帶狀排列方式，每個(gè)種源栽種2排/小區(qū)，共有5個(gè)小區(qū)，兩個(gè)種源之間種植巨桉隔離行。

表1 大花序桉參試種源基本情況

2.2 調(diào)查指標(biāo)與方法

2.2.1 開(kāi)花、結(jié)實(shí)株數(shù)統(tǒng)計(jì)

從2018年3月中下旬至2018年5月中旬，普查每個(gè)種源大花序桉開(kāi)花和結(jié)實(shí)的單株數(shù)量。由于蒴果需要1年時(shí)間才能發(fā)育成熟且蒴果很難自然掉落，因此，當(dāng)年樹(shù)上有蒴果則表明該株已開(kāi)花結(jié)實(shí)。

2.2.2 不同坡位大花序桉開(kāi)花數(shù)量對(duì)比

把林分在山坡上的分布區(qū)域三等分為上坡位、中坡位和下坡位，分別統(tǒng)計(jì)每個(gè)種源在不同坡位上的開(kāi)花數(shù)量。

2.2.3 物候期觀測(cè)

從每個(gè)大花序桉種源中選擇9株生長(zhǎng)健壯、無(wú)病蟲(chóng)害的植株作為觀測(cè)樣株，1～3號(hào)為上坡位大花序桉、4～6號(hào)為中坡位大花序桉、7～9號(hào)為下坡位大花序桉。從2017年12月中旬至2018年5月下旬，每3 d用望遠(yuǎn)鏡觀察樣株上花蕾狀態(tài)，確定每棵樣株的始花期、末花期和蒴果發(fā)育狀態(tài)，始花期以蒴蓋脫落、花絲伸展為標(biāo)志，末花期以花絲全部枯萎為標(biāo)志，采集不同發(fā)育狀態(tài)的花序并用Olympus-SZX7體視顯微鏡拍照。

2.2.4 花發(fā)育觀測(cè)

選擇淡黃色蒴蓋的花蕾，用解剖刀尖切入脫落環(huán)1 mm，沿脫落環(huán)環(huán)割一周分離蒴蓋，可見(jiàn)花絲和花藥在花蕾內(nèi)排列方式；蒴蓋掉落后，收集處于未完全伸展?fàn)顟B(tài)的花絲和花藥，卡諾固定液固定過(guò)夜，醋酸洋紅染色法制備花粉壓片，用Leica-EZ4W體式顯微鏡觀察花粉發(fā)育成熟度。

2.2.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

采用DPS v16.05高級(jí)版和excel 2016，分析數(shù)據(jù)和繪圖。其中各小區(qū)大花序桉當(dāng)年開(kāi)花率和舊年開(kāi)花率通過(guò)反正弦平方根轉(zhuǎn)換后，以種源為因素，分別進(jìn)行單因素方差分析和多重比較(Tukey法)。

3 結(jié)果與分析

3.1 大花序桉花芽分布與形態(tài)特征

大花序桉花序?yàn)閭阈位ㄐ?，每個(gè)花序由3～10枚花芽組成，花梗長(zhǎng)3～10 mm。觀察發(fā)現(xiàn)，花芽主要分布在樹(shù)冠下層內(nèi)膛，上層樹(shù)冠內(nèi)膛和樹(shù)冠表層均沒(méi)有花芽，還有部分花芽從主干上萌發(fā)。樹(shù)冠花枝由舊年花枝前端伸長(zhǎng)而成(圖1C)，故大花序桉樹(shù)冠花枝下端有蒴果，上端為花芽；主干花芽則為新生花芽，主干蒴果前段沒(méi)有花芽形成(圖1B)。

同一個(gè)花枝上的花芽發(fā)育成綠色花蕾的時(shí)間一致(圖1A)，花蕾逐漸膨脹成橢圓形，內(nèi)凹的脫落環(huán)清晰可見(jiàn)，脫落環(huán)將花蕾分為蒴蓋和蒴果兩部分，蒴蓋顏色與蒴果顏色完全一致。隨著花藥內(nèi)小孢子發(fā)育，蒴蓋顏色逐漸由綠色變成黃色，脫落環(huán)顏色由深綠色變成褐色(圖2A)。人工去掉蒴蓋發(fā)現(xiàn)，發(fā)育中的花蕾花絲整齊分布在柱頭四周，花絲基部著生在脫落環(huán)附近，花絲依次向內(nèi)彎曲折疊至柱頭下面，排列成半球形(圖2C)，而綠色柱頭完全露出花絲，柱頭表面粗糙不光滑，頂端無(wú)粘液(圖2D)。當(dāng)蒴蓋顏色完全變黃，蒴蓋自行脫落后，彎曲狀花絲逐漸伸展，露出淡黃色花藥，顯微觀察發(fā)現(xiàn)花藥內(nèi)小孢子已發(fā)育為花粉粒(圖2B左下)。

圖1 大花序桉花序著生樣式 A.當(dāng)年生花芽；B.樹(shù)干花芽發(fā)育而成的蒴果形態(tài)；C.樹(shù)冠內(nèi)膛花芽發(fā)育成的蒴果(白色箭頭)和花蕾(白色虛線框)Fig.1 Growing pattern of E.cloeziana inflorescence A.Blossom buds of the current year; B.The morphology of capsule formed from stock blossom buds; C.The morphology of capsule formed from lower canopy(white arrow) and blossom buds(white dotted line frame)

圖3 大花序桉蒴果外部形態(tài)發(fā)育進(jìn)程 A.發(fā)育早期；B～E.果爿形成期；F.果爿形成后期種子形態(tài)，白色箭頭示種子與蒴果連接處；G～H.果爿張開(kāi)期；I.散種期；J.果室與種子形態(tài)Fig.3 External morphology development of capsule of Ecloeziana A.Early development; B-E.Mericarps formation period; F.Later stage of mericarps formation period, the white arrow shows the connection between the seed and the capsule; G-H.Mericarps opening period; I.Seed dispersal period; J.Fruit chamber and seed morphology

對(duì)同一花枝上花蕾開(kāi)放時(shí)期研究發(fā)現(xiàn)，蒴蓋隨機(jī)脫落、花絲隨即伸展，與花蕾在樹(shù)干、花枝上的位置沒(méi)有關(guān)系(圖1C,圖2A)。

大花序桉花絲展開(kāi)后2～3 d，柱頭上出現(xiàn)粘液，柱頭進(jìn)入可授期，柱頭授粉后3～5 d萎縮脫落，柱頭著生部位留下一個(gè)灰褐色痂(圖2A曲線箭頭)，花蕾發(fā)育進(jìn)入蒴果發(fā)育期。

3.2 大花序桉蒴果發(fā)育特征

根據(jù)蒴果顏色和果爿等外部形態(tài)的變化，可以把大花序桉蒴果的發(fā)育分為發(fā)育早期、果爿形成期、果爿張開(kāi)期和散種期。蒴果經(jīng)過(guò)3～5 m的早期發(fā)育生長(zhǎng)，逐漸從魚(yú)雷形發(fā)育成直徑4～6 mm圓球形，同時(shí)質(zhì)地由軟變硬。在果爿形成期，蒴果形態(tài)大小和顏色保持不變，僅在蒴果頂部出現(xiàn)三條淺色紋理帶將頂部分成均勻的三塊果爿(圖3B)，紋理帶位于果室中央正上方，隨著果爿顏色由綠色變成紅褐色，淺色紋理帶中間部位逐漸破裂并向兩端延伸(圖3C～E)，果爿形成后期解剖發(fā)現(xiàn)，大部分種子已經(jīng)發(fā)育成熟并已獨(dú)立(圖3F)，種子與果室之間無(wú)實(shí)質(zhì)的連接(圖3F白色箭頭)；當(dāng)蒴果至果爿張開(kāi)期時(shí)，果爿之間僅由灰褐色痂相連，淡黃色種子清晰可見(jiàn)(圖3G)；紅褐色果爿進(jìn)一步失水干燥成黃褐色，同時(shí)果爿向上伸展直至扯斷灰褐色痂(圖3H)，種子既可掉落(圖3I)，每個(gè)果室含5～10粒種子(圖3J)。

3.3 種源間開(kāi)花率比較

不同種源大花序桉連續(xù)兩年開(kāi)花率見(jiàn)圖4，從中可以發(fā)現(xiàn)，同一個(gè)種源的連續(xù)兩年開(kāi)花率差異不大，能開(kāi)花結(jié)果的4個(gè)種源當(dāng)年開(kāi)花率略高于舊年開(kāi)花率，說(shuō)明2018年有少量單株也進(jìn)入了生殖生長(zhǎng)階段。

圖4 5個(gè)種源大花序桉連續(xù)兩年開(kāi)花率統(tǒng)計(jì) 字母為同一年份開(kāi)花率多重比較結(jié)果，相同字母表示兩個(gè)種源間開(kāi)花率沒(méi)有顯著性差異。Fig.4 Flowering rate of 5 provenances E.cloeziana for two consecutive years Letters indicate multiple comparisons of flowering rates in the same year, there is no significant difference in flowering rate between two provenances with the same letter

種源間同一年份開(kāi)花率存在顯著性差異，72號(hào)和75號(hào)種源平均開(kāi)花率最高(51.08%±6.26%、53.9%±6.11%和46.91%±2.99%、49.36%±4.34%)，而74號(hào)種源沒(méi)有發(fā)現(xiàn)開(kāi)花和結(jié)果現(xiàn)象，表明74號(hào)種源尚未進(jìn)入生殖生長(zhǎng)階段。

由于各種源采用從山頂至山腳帶狀排列，因此各種源大花序桉在3種坡位分布數(shù)量基本一致，但不同種源大花序桉在不同坡位開(kāi)花的比例有所不同。從圖5可知，72號(hào)和75號(hào)種源在上坡位開(kāi)花的數(shù)量分別為243株和223株，顯著多于中坡位和下坡位開(kāi)花株數(shù)；73號(hào)種源在上坡位開(kāi)花的數(shù)量也達(dá)到135株，稍高于中坡位的122株，高于下坡位的84株，表明光照能促進(jìn)大花序桉開(kāi)始生殖生長(zhǎng)，但花芽的分布位置不受光照影響。

圖5 不同坡位大花序桉開(kāi)花數(shù)量統(tǒng)計(jì)Fig.5 Statistics of flowering quantity of E.cloeziana in different slope position

3.4 不同種源大花序桉花發(fā)育時(shí)空特征

對(duì)7號(hào)、72號(hào)、73號(hào)和75號(hào)種源大花序桉花期觀測(cè)樣株的始花期和末花期統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)(圖6)，大花序桉花期從當(dāng)年12月中下旬至翌年5月上旬，不同種源大花序桉的花期差別很大，72號(hào)種源始花期為12月中下旬，末花期在1月底或2月初，花期43～52 d；7號(hào)種源始花期為2月中下旬，末花期為4月中上旬，花期44～55 d；75號(hào)種源始、末花期與7號(hào)種源接近，花期53～62 d；73號(hào)種源始花期為3月下旬，末花期為5月上旬，花期41～57 d。同一種源單株間始花期時(shí)差不超過(guò)5 d，末花期時(shí)差不超過(guò)10 d。

比較同一種源的9株標(biāo)準(zhǔn)樹(shù)花期發(fā)現(xiàn)(圖6)，上坡位大花序桉始花期比其他坡位大花序桉始花期提前1～3 d，中坡位和下坡位大花序桉單株始花期一致，下坡位大花序桉平均花期53 d，分別比上坡位大花序桉平均花期多7 d，比中坡位大花序桉平均花期多6 d。表明當(dāng)大花序桉已經(jīng)生殖生長(zhǎng)時(shí)，光照能適當(dāng)促進(jìn)其開(kāi)花、縮短數(shù)天花期時(shí)長(zhǎng)。

圖6 不同種源大花序桉標(biāo)準(zhǔn)樹(shù)花期統(tǒng)計(jì)Fig.6 Florescence statistics of the standard tree of different provenances of E.cloeziana

根據(jù)種源花期觀測(cè)結(jié)果進(jìn)行種源間比較(表2)，結(jié)果表明花期可遇的種源組合有3個(gè)，分別是7—73、7—75、73—75，另外3個(gè)種源組合的花期不可遇。

表2 大花序桉種源間花期是否可遇統(tǒng)計(jì)

Table 2 Statistics of flowering period can be met between provenances ofE.cloeziana

7727375772×73√×75√×√

注：?.自交；√.花期可遇；×.花期不遇

Note:?.Selfing; √.Asynchronous flowering; ×.Synchronous flowering

4 討論

桉樹(shù)在四川引種時(shí)間長(zhǎng)、引入桉樹(shù)品種和種源數(shù)量多，是四川引種樹(shù)種中最為成功的用材林樹(shù)種[28]，大花序桉作為新興的高檔家具材樹(shù)種，具有較大的應(yīng)用前景。采用引種馴化的大花序桉提供繁殖材料，是有效解決種苗來(lái)源和數(shù)量的有效途徑。

大花序桉花芽和蒴果分布具有以下特征：(1)大花序桉花芽分布在樹(shù)冠下層內(nèi)膛和主干，樹(shù)冠下層內(nèi)膛花枝常呈現(xiàn)頂端為花，中后部為蒴果的格局，樹(shù)干花枝一般由當(dāng)年生花芽萌發(fā)而成。光照能促進(jìn)大花序桉進(jìn)入生殖生長(zhǎng)，但不影響花芽的位置。這與其他桉樹(shù)花芽分布的研究結(jié)果不同，如鄧恩桉花芽分化集中在樹(shù)冠表層[25]，福建漳州的巨桉花芽集中在南側(cè)樹(shù)冠上層[1]。(2)同一花枝的花芽分化，但花蕾隨機(jī)開(kāi)放。大花序桉單株花期43～62 d，單花從蒴蓋掉落、花絲伸展到授粉完畢需要2～10 d，可保證在花期內(nèi)，同一個(gè)花序上的花蕾能分多個(gè)批次開(kāi)放，加之大花序桉花粉的釋放早于柱頭可授期2～3 d，有助于降低自花授粉幾率。(3)位于上坡位的大花序桉花期比中下坡位的大花序桉花期提前1～3 d，位于下坡位的大花序桉平均花期比上、中坡位大花序桉平均花期長(zhǎng)6～7 d。(4)大花序桉蒴果需要1年時(shí)間才能發(fā)育成熟，與大葉桉、藍(lán)桉、鄧恩桉等類(lèi)似[27]，但大花序桉種子相對(duì)難以掉落，原因是只有陽(yáng)光直射的灰褐色痂才能導(dǎo)破裂釋放出種子，另外，有些果爿張開(kāi)角度過(guò)小也阻礙了種子掉落。

不同種源大花序桉花期發(fā)育具有以下特征：(1)花期與種源相關(guān)，4個(gè)種源大花序桉花期從當(dāng)年12月中下旬至翌年5月上旬，即持續(xù)近半年，導(dǎo)致種源之間存在花期不遇，如72號(hào)種源大花序桉與其他3個(gè)種源大花序桉的花期均不遇，不利于種源間基因交流。(2)7年生大花序桉的生殖生長(zhǎng)率(開(kāi)花率)種源間差異顯著，最高的為53.94%，最低為0%；不存在當(dāng)年開(kāi)花，來(lái)年不開(kāi)花的現(xiàn)象。

了解大花序桉花期和蒴果發(fā)育的時(shí)空分布特征，特別是單株內(nèi)、種源間的變化規(guī)律，對(duì)于進(jìn)一步研究大花序桉種子形成機(jī)理和萌發(fā)特性，發(fā)掘利用大花序桉種質(zhì)資源，以及定向引種大花序桉種源具有重要意義。