蕹菜开花特性和繁育系统初探

摘    要：为解决蕹菜品种间花期不遇、有性杂交困难的问题，通过对渔场蕹菜、泰国大叶蕹菜、汝城蕹菜和长沙藤蕹4个蕹菜亲本的开花特性和繁育系统观测和11 h‧d-1短日照调控蕹菜品种的花期，并开展了蕹菜品种间有性杂交。结果表明，蕹菜自然光周期条件下现蕾期为8—11月份，刈割发芽后短日照诱导11～13 d现蕾，现蕾至开花11 d左右，单花开放时间约12 h；开花当天09：00—13：00花粉活力最高，11：00—13：00柱头可授性最强；渔场蕹菜和长沙藤蕹花粉/胚珠比（P/O值）、杂交指数（OCI值）基本一致，但长沙藤蕹在控制授粉试验中表现为自交不结实；花粉粒为球状或帽状，表面布满尖刺；以籽蕹品种为母本的杂交结实率最高可达75.00%，结籽率高；长沙藤蕹为母本的杂交结实率最高可达6.00%，结籽率为0。综合分析表明，蕹菜繁育系统倾向于异交混合交配型，11 h·d-1短日照处理可以实现蕹菜品种间花期相遇，蕹菜品种间杂交亲和，但长沙藤蕹有可能丧失了结籽能力。

关键词：蕹菜；光周期；花部特征；繁育系统；花粉活力；柱头可授性；杂交育种

中图分类号：S636.9 文献标志码：A 文章编号：1673-2871（2024）05-133-09

Preliminary study on flowering characteristics and breeding system of water spinach

ZOU Qin， TAN Shuting， HUANG Ya， GUO Xiaoying， WANG Xinyue， PENG Fuxing， CHEN Yawei， AI Xin

（Engineering Research Center for Horticultural Crop Germplasm Creation and New Variety Breeding， Ministry of Education/Key Laboratory for Vegetable Biology of Hunan Province/College of Horticulture， Hunan Agricultural University， Changsha 410128， Hunan， China）

Abstract： In order to solve the problem of infertility during flowering period and difficulty in sexual hybridization among water spinach varieties， the flowering characteristics and breeding system of four water spinach parents， namely Yuchang water spinach， Thai water spinach with large leaves， Rucheng water spinach， Changsha vine water spinach were observed， and the flowering period between water spinach varieties was regulated by 11 h·d-1 short day light. Sexual hybridization research was also conducted among water spinach varieties. The results showed that under natural photoperiod conditions， the budding period of water spinach was from August to November. After cutting and sprouting， short day light induced budding for 11 to 13 days， and the budding period lasted for about 11 days until flowering， with a single flower opening time of about 12 hours. On the day of flowering， from 09：00 to 13：00， the pollen vitality was highest， and from 11：00 to 13：00， the stigma had the strongest receptivity. The P/O value and OCI value of Yuchang water spinach are basically the same as those of Changsha vine water spinach， but Changsha vine water spinach showed poor self pollination in the controlled pollination experiment. The pollen grains are spherical or cap shaped， with a surface covered with spikes. The hybrid seed setting rate using the seed water spinach variety as the maternal parent can reach to 75.00% ， with a high seed setting rate. The hybrid fruiting rate of Changsha vine water spinach as the female parent can reach to 6.00%， and the seed setting rate is 0. Based on comprehensive analysis， it can be concluded that the water spinach breeding system tends to be a hybrid mating type， and the 11 h·d-1 short day treatment can achieve the encounter of flowering periods among water spinach varieties. The hybridization between water spinach varieties is compatible， but Changsha vine water spinach may have lost its ability to bear seeds.

Key words： Water spinach; Photoperiod; Floral characteristics; Breeding system; Pollen vitality; Stigma acceptability; Hybrid breeding

蕹菜为旋花科番薯属植物，原产中国，主要分布于我国南方各地，是夏秋季主要绿叶蔬菜[1]。蕹菜分为籽蕹和藤蕹，消费者认为藤蕹的口感好，但藤蕹属于专性短日照植物[2]，因花期太晚不能结实，无法开展籽蕹与藤蕹的有性杂交育种，严重限制了蕹菜种质创新和新品种选育工作。深入了解植物的开花特性，准确判别植物的繁育系统类型，既是植物杂交选育的前提条件，也直接关系到授粉结实的成功率[3]。植物繁殖生物学研究主要涉及植物的开花特性、花粉活力和柱头可授性测定、繁育系统的确定以及杂交育种体系的构建等，可为植物的有性生殖和种质资源的创新研究奠定基础[4-6]。繁育系统是进化生物学研究中最活跃的领域，它代表了影响下一代有关性表达的特征总和[7]。蕹菜的开花生物学和繁育系统的研究目前还缺乏系统性的报道，笔者通过开展蕹菜开花特性和繁育系统的研究，人工调控光周期诱导蕹菜现蕾开花，调整藤蕹和籽蕹花期相遇，在盛花期了解蕹菜的开花特性和繁育系统，以期为有效开展蕹菜品种间杂交育种奠定理论基础。

1 材料与方法

1.1 试验地点

试验于2023年7—9月在湖南农业大学金山实验基地玻璃温室和露地进行。

1.2 试验材料及其栽培管理

试验材料如表1所示。籽蕹品种播种后选择1株健壮苗，待幼苗长大后用茎段进行扦插繁殖各40株，长沙藤蕹同样选择1株进行茎段扦插繁殖40株，生根后移栽，分露地盆栽和玻璃温室内无土栽培槽种植，两种种植方式每个品种各种植20株，每株挂上标明品种名称的吊牌；露地盆栽的容器为35 cm的塑料盆，栽培槽宽90 cm，双行栽培，行距30 cm，株距45 cm，栽培基质为购买的商品育苗基质。盆栽蕹菜放置在温室外的空地上栽培，每隔3 d施1次0.6%水溶性大量元素肥（N、P、K质量比15∶15∶15），栽培槽内每隔15 d埋施15 g复合肥（N、P、K质量比15∶15∶15），水分管理根据天气、基质水分含量和植株的生长情况及时补充。露地盆栽主要进行蕹菜开花生物学和繁育生物学试验，玻璃温室内采用光周期调控蕹菜的花期，主要开展蕹菜有性杂交工作。露地盆栽的蕹菜每隔20 d左右刈割1次。

1.3 开花生物学特性和花部结构特征

盆栽蕹菜在自然光周期条件下选择10株进行花期观测、花器官性状的测定和繁育系统测定。玻璃温室内种植的蕹菜于2022年7月19日统一刈割后进行11 h·d-1短日照处理（遮光），每个品种选择10株，每天观察并记录蕹菜在人工调控短日照11 h·d-1条件下始蕾和始花所需天数。在盛花期时观察并记录植株花序结构特征、花蕾发育进程、开花动态和开花后不同时期的形态特征、单花花部结构特征、花柱类型，并拍照。随机选择开花前一天的花蕾，从上午9：00开始，每隔2 h观测花药状态和散粉时间，持续观测10 d。

观测并记录每花序的花数，每个品种随机选取10朵完全开放的花朵，用直尺测量花序梗长、花柄长、花萼长、花冠筒长、花瓣长、花冠直径、雌蕊长、雄蕊长，使用游标卡尺测量花序梗粗、花柄粗。观测记录柱头颜色、柱头形态、花柱类型和冠喉颜色。持续10 d观测每个品种当天开放花的花柱类型，每个品种设置3个重复组，最后计算每品种每花柱类型的比率。

1.4 花粉/胚珠比（P/O）和杂交指数（OCI）估算

以温室内种植的渔场蕹菜和长沙藤蕹作为试验材料，各选取3朵花，取将要散粉的花药，置于洁净离心管内，每朵花分别制成2 mL花粉粒悬浮液。用移液枪吸取1 µL于载玻片上，在光学显微镜下统计花粉量，每个视野中的花粉数不少于40粒，每朵花3次重复，观察花粉数乘以2×103，取平均值计算单花花粉总量。在体视显微镜下用解剖针划开心皮，观察统计胚珠数。以单花的花粉总量除以胚珠数，得到花粉/胚珠比（P/O值）。依据Cruden[8]的标准，对蕹菜繁育系统进行判定。

以温室内种植的渔场蕹菜和长沙藤蕹作为试验材料，按照Dafni[9]的标准，对其进行杂交指数估算，以此判定蕹菜的繁育系统。

1.5 控制性授粉试验

在自然光照条件下，选取长势良好的渔场蕹菜15株，分别做以下处理：（1）不授粉，不套袋，检测自然传粉条件下的结实率；（2）不授粉，不去雄，套袋，检测自花授粉能力；（3）去雄，人工异株授粉，套袋，检测异交结实率；（4）去雄，人工同株授粉，套袋，检测自交结实率；（5）去雄，不授粉，套袋，检测有无融合生殖现象。每处理3株，统计每处理的平均处理花朵数、平均结实数和平均结实率，根据平均结实率判定蕹菜的繁育系统类型。

1.6 花粉粒形态和花粉活力检测

取渔场蕹菜、泰国大叶蕹菜、汝城蕹菜和长沙藤蕹的花，采用荷兰飞纳台式扫描电镜进行蕹菜花粉粒结构的观测。选取温室内种植的渔场蕹菜和长沙藤蕹的花粉，用碘-碘化钾染色法[10]、0.5%TTC染色法[11]、联苯胺-甲萘酚染色法[12]、0.5%MTT法[13]在OLYMPUS金相显微镜下进行花粉活力的测定。采集开花前一天和开花当天09：00、11：00、13：00、15：00、17：00以及开花后一天17：00的花粉，取少许放在干燥洁净的载玻片上，滴加反应液，待充分反应后盖上盖玻片后镜检，观察花粉染色情况。每个品种选择3朵即将开放的花蕾、开花当天的花和开花后一天的花，分别制作3张片子，每片取5个视野进行观测，最后统计3朵花的平均染色率，代表花粉活力高低。

1.7 柱头可授性测定

选取温室内种植的盛花期的渔场蕹菜和长沙藤蕹花朵，将开花前一天和开花当天09：00、11：00、13：00、15：00、17：00以及开花后1 d 15：00的花蕾和花朵，用镊子摘取柱头浸入凹面载玻片中，将载玻片放入OLYMPUS金相显微镜下进行观测。凹面载玻片含有联苯胺-过氧化氢反应液[14]（V1%联苯胺∶V3%过氧化氢∶V水＝4∶11∶22）溶液，柱头周围的反应液呈现蓝色并有大量气泡出现，气泡越多说明柱头的可授性越强，反之，则越弱。每个品种、每次测定选取5朵花蕾或已开放的花朵，3次重复；观测并记录每个样品的柱头冒泡情况。