枣(Ziziphus jujuba Mill.)是鼠李科(Rhamnaceae)枣属(Ziziphus Mill.)植物,是我国特有果树树种,具有较高的营养和经济价值。在南方特殊地理与气候条件下,以中秋酥脆枣为代表的南方鲜食枣具有产量高、含糖量高、风味浓、口感好、适应性强、耐贮运等诸多优点,但在生产上却面临落花落果严重、易裂果等问题,需要通过杂交育种综合其他枣品种的优点。但是,南方鲜食枣胚败育程度高、结实率低等问题严重阻碍其杂交育种进程,亟需开展胚败育机制研究。攻克这一难题也是枣新品种选育、产业升级的迫切需要。本文以中秋酥脆枣为试材,主要从胚胎学和分子机制方面研究南方鲜食枣胚败育机理。主要研究结果如下:1.南方鲜食枣胚败育性状。(1)中秋酥脆枣为胚高度败育品种。(2)不同批次枣果胚败育程度不同;第一、二批次枣果胚败育情况相似,大枣果胚败育率较低,小枣果胚败育率较高,所含种仁大多为单种仁;第三批次枣果与第一、二批次枣果有较大差异,胚败育程度最高,胚败育率较高的果实集中在大枣果和小枣果,所含种仁均为单种仁。(3)两种类型枣吊上枣果胚败育率差异显著;木质化枣吊上的枣果胚败育程度高于非木质化枣吊上的枣果。(4)果形指数较小和较大的枣果胚败育率较低,中间型枣果胚败育率较高;较圆或偏长枣果胚败育率较低,中等长度枣果败胚育率较高。(5)枣裂果胚败育率为100%。2.南方鲜食枣大小孢子发生及雌雄配子体发育。(1)现序期至开花前,枣花序上零级花蕾的横径、纵径、花柄长、重量均呈递增趋势;现序第1天至第5天,花蕾主要呈横向增长,第5天为蕾扁期;现序第6天至第8天,花蕾以纵向生长为主,第8天为蕾胖期。(2)枣雄蕊具5枚花药,花药4室,花药壁由表皮、药室内壁、1～2层中层和腺质型绒毡层组成,花药壁的发育属于基本型;小孢子母细胞胞质分裂为同时型,四分体的排列呈四面体型;成熟花粉具3个萌发孔,为二细胞型花粉;不同花药之间和不同药室之间的小孢子母细胞减数分裂均存在不同步性。(3)小孢子发生雄配子体发育过程中存在少数异常花粉囊,但整体上不影响花粉形成。(4)雌蕊为2室子房,倒生胚珠,2胚珠,内外双层珠被,厚珠心;大孢子母细胞经减数分裂形成的四分体沿珠心呈直线排列,靠近合点端的大孢子发育为功能大孢子,经连续3次有丝分裂发育为七细胞八核的成熟胚囊,胚囊发育属于蓼型。(5)中秋酥脆枣存在缺失卵器或未发育完成的成熟胚囊。(6)枣花蕾外部形态与内部雌雄配子体发育时期存在相关性,可通过花蕾外部形态特征判断内部雌雄蕊的发育进程。3.南方鲜食枣雄蕊形态发育特性及花粉活力。(1)花药为底着药,呈椭圆形,表面有网状纹饰,两花粉囊对称,纵向开裂;不同发育时期花药颜色呈“黄绿色-黄色-黄褐色-褐色-黑色”变化;花药表面纹饰随花药的开裂程度增大而加深。(2)枣花粉形态特征为:花粉为近扁球形或近球形;极面观呈正三角形,赤道面观为椭圆形;萌发孔3个,角孔形,萌发孔处有突出的胞质囊;萌发沟3裂,沟痕整体呈细长条形,延伸至两极但无相连通;花粉粒外壁呈网状雕纹,网眼较浅,不规则、大小不一、分布不均匀。(3)花粉属小型花粉。(4)蕾扁期至子房膨大期,花粉萌发率呈先升高后下降的趋势;初开期,萼片展平期和花瓣花药分离期花粉萌发率较高。(5)花粉萌发率与花粉发育成熟度相关,花粉越成熟,萌发率越高,花粉衰老时,萌发率也随之降低。(6)花粉萌发率因不同贮藏条件、不同贮藏时间而存在显著差异。(7)-70oC和-20oC干燥贮藏效果较好;活力高的花粉在低温干燥条件下贮藏寿命大于25 d。4.南方鲜食枣柱头形态发育特性及可授性。(1)枣花柱头二半裂,为干性柱头。(2)发育成熟的柱头表面有一层近圆形的乳突细胞。(3)花柱形态随着单花开放进展呈规律性变化。蕾扁期至初开期,二裂花柱紧密靠拢,整体呈圆锥状;萼片展平期花柱的间隙开始变大,向两侧生长;花瓣展平期花柱呈“V”字状;雄蕊展平期,两花柱夹角呈“Y”状,持续到子房膨大期。(4)花柱底宽和花柱长随单花开放均呈增长趋势。(5)蕾扁期柱头较平,蕾胖期至花瓣展平期均为尖圆形,表面经历从褶皱到饱满再到向外膨出的变化。雄蕊展平期和花瓣下垂期柱头向外卷曲,向上膨出,表面积较大。雄蕊下垂期和子房膨大期,柱头萎缩,干枯。(6)柱头开始失绿时可授性降低。(7)蕾扁期至子房膨大期,柱头表面的乳突细胞呈规律性变化,先发育成熟,然后达到最旺盛时期,最后萎缩变瘪、衰老、解体,柱头可授性也呈现“无-弱-强-弱-无”规律性变化。(8)依据枣花柱头表面乳突组织的发育程度可判断其可授性强弱。(9)中秋酥脆枣花柱头的最佳可授期为萼片展平期、花瓣花药分离期和花瓣展平期,最佳授粉时间可以持续6～8 h。5.南方鲜食枣授粉受精及早期胚胎发育规律。(1)存在授粉受精不良、胚中途败育现象。(2)自花授粉和异花授粉条件下,花粉在柱头上萌发及花粉管伸长情况相似。(3)花粉与柱头相互识别的时间至少需要4 h,花粉在柱头上萌发的时间至少6 h。授粉12 h后,花粉管开始伸入柱头;授粉24 h后,花粉管到达花柱1/4处;授粉48 h,花粉管开始扭曲;授粉72～120 h,花粉管在柱头上继续伸长,扭曲交互在一起,膨大呈球形。(4)花柱中有大量胼胝质,使花粉管在花柱道生长受阻,只有小部分花粉管生长到花柱基部,到达子房。(5)授粉72 h后,1个精子移动到2个极核附近,开始双受精。(6)授粉96 h后,1个精子与胚囊次生核融合,形成初生胚乳核,1 d后解体消失;授粉120 h后,另1个精子与卵细胞融合形成合子,经过4～5 d的休眠后,即开始分裂形成小球形胚;小球形胚在形成球形胚之前退化。(7)在受精15 d,胚完全退化,最终形成空胚囊。6.南方鲜食枣胚败育胚胎学基础。(1)胚囊发育受阻。在胚囊发育过程中,多数不能形成完整成熟胚囊,存在反足细胞、卵细胞和助细胞单个或多个细胞器同时缺失现象。(2)花粉管伸长受阻。授粉受精过程中,花粉可育,发育成熟的柱头在一定开放时期具有强可授性,自交和异交花粉均可以在柱头上萌发,但大部分花粉管在花柱道中伸长受阻,并出现大量胼胝质现象,只有小部分花粉管能到达子房,完成受精。(3)胚乳和胚发育受阻。花粉管释放精子、成功完成双受精后,胚乳核不分裂或只进行了1～2次分裂而逐渐退化消失,胚乳退化最终会引起胚败育。合子分裂形成小球形胚之后在形成球形胚之前退化,最终形成空胚囊导致胚败育。(4)受精失败。花粉在柱头上萌发、花粉管伸入花柱,虽未完成受精,但活化了花柱或子房内的生长素合成酶,从而促进了子房发育成果实。未正常受精的胚囊内的卵细胞、极核、助细胞以及其他细胞会随时间推移而解体,珠心组织退化,整个胚珠腔中空,成熟胚珠结构退化,最终导致整个胚珠败育,即在枣果内表现为种子败育。7.基于转录组测序的南方鲜食枣胚败育相关基因筛选。(1)胚珠败育是胚败育的原因之一。(2)通过转录组测序分析,筛选出6个调控胚珠发育的相关基因:Zj AGL11,Zj ABCG20,Zj ABCG11,Zj ABCG15,Zj MC1和Zj MC9。(3)Zj AGL11,Zj ABCG11和Zj ABCG15基因可能对枣胚珠发育有重要调控作用,且表达模式相似,在胚珠发育关键时期低表达会导致胚珠发育异常。(4)Zj ABCG20基因对枣种胚发育发挥着重要作用,低表达或者不表达可能会导致胚珠败育。(5)Zj MC1基因在种胚败育时期大量表达,导致下游基因表达发生变化,进而推测下游基因表达量的显著变化影响了胚珠正常发育而导致胚珠发育受阻并进一步发生败育。(6)Zj MC9基因在败育枣果中大量表达,推测Zj MC9基因高表达影响了胚珠后期的正常发育而导致胚珠发育受阻并进一步发生败育。