油茶自交败育机制研究

我国重要的木本食用油料树种油茶存在花而不实、座果率极低的症结。项目组初步研究发现一个重要原因是油茶为后期自交不亲和性植物，存在自交败育。自交传粉后，花粉能在柱头上萌发，花粉管也能正常穿越花柱进入胚囊，自交传粉后中央细胞发生了受精，有胚乳游离核产生而未见原胚出现，不能确定卵细胞是否受精。本项目通过组织切片（包括石蜡、半薄和超薄切片），应用光学显微技术、电镜技术、组织化学定位和免疫金电镜技术等手段，比较研究油茶自交和异交传粉后受精过程各个阶段的变化特点和规律；并将这些规律与同期的生理代谢物质（内源激素、Ca2+、多糖类、脂类和蛋白质类）进行关联分析，以期阐明油茶自交传粉后卵细胞是否受精以及不能形成胚的原因，从而揭示油茶自交败育的机制。本项目不仅可突破长期困扰我国油茶低产的重大科学技术瓶颈，而且在自交不亲和性机理前沿基础研究上也具重要意义。

项目针对我国油茶生产中存在的花多果少、自交结实率低等亟需解决的关键问题，为探明油茶自交败育机制，以当前主栽的4个国审油茶品种‘华硕’、‘华金’、‘华鑫’和‘湘林XLC15’为试材，采用组织切片（包括石蜡、半薄和超薄切片）、光学显微技术、电子显微技术、组织化学定位等技术手段，通过对比分析油茶自交与异交的一系列生殖生物学事件的差异，系统研究了油茶自交败育生殖机制。主要结果：（1）揭示了油茶结实率低的根本原因是其存在自交不亲和性，并鉴定油茶为后期自交不亲和性（LSI）植物，阐明了其不亲和性反应特征为自交花粉管在授粉后72h在花柱基部接近子房处（非花柱中）被抑制，生长停滞的自交花粉管壁较异交局部加厚并已经死亡，花粉管不能进入胚珠实现受精；（2）油茶自交中有极少数（3.2-5.8%）的胚珠可以在授粉后54 h-120 h发生双受精作用，双受精过程与异交没有明显差异，受精卵形成后进入休眠并在授粉后150-160天开始分裂形成胚而后胚珠发育为成熟种子，大多数自交胚珠由于未受精而死亡；（3）田间验证发现人工授粉结实率自交（5.6%-16.5%）显著低于异交（57.6%-84.6%），明确了油茶生产中必须科学合理配置授粉树，并得出了供试品种的最佳配置授粉的组合；（4）探明了油茶授粉受精期子房营养元素变化规律，发现了能有效促进油茶花粉萌发和花粉管生长的营养物质，研发出能大幅度（30%以上）提高油茶座果率的专利产品“油茶保果素”，解决了生产中油茶座果率低的技术难题。结论：油茶自交败育是由于后期自交不亲和性这一植物固有特性所致，采取相应的座果调控措施可以在一定程度上打破生殖障碍，增加座果，大幅提高产量。