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尾叶紫薇开花及花粉萌发研究



全 文 :收稿日期: 2011-12-02; 修回日期: 2012-02-27
基金项目: “十二五”国家科技支撑计划项目(2012BAD01B07); 北京市园林绿化局计划项目(YLHH201100112);
北京市共建项目专项资助
作者简介: 王晓玉, 从事园林植物遗传育种研究。 E-mail: wangxiaoyu_hi@126.com。 通信作者: 张启翔, 教授,
博士, 从事园林植物资源及种质创新研究。 E-mail: zqx@bjfu.edu.cn
浙 江 农 林 大 学 学 报, 2012, 29(6): 966 - 970
Journal of Zhejiang A& F University
尾叶紫薇开花及花粉萌发研究
王晓玉1, 徐 婉1, 胡 杏1, 蔡 明 1,2, 潘会堂1,2, 张启翔1,2
(1. 北京林业大学 园林学院, 北京 100083; 2. 国家花卉工程技术研究中心, 北京 100083)
摘要: 通过观测尾叶紫薇 Lagerstroemia caudate 花朵的开放过程, 并采用离体萌发法测定花粉生活力, 研究了尾叶
紫薇的开花习性、 花粉萌发及储藏条件。 结果表明: 凌晨 3:30 尾叶紫薇花萼开裂; 6:00 花瓣全部展平; 6:30 花药
开始开裂, 柱头上开始分泌黏液, 进行杂交育种时须于 6:30 前去雄; 6:30-7:30 是授粉的最佳时间。 采用正交试验
方法比较蔗糖、 聚乙二醇 4000 (PEG 4000)、 硼酸和氯化钙对尾叶紫薇花粉的离体萌发率的影响。 结果表明: 最佳
离体培养基为 100 mg·L-1蔗糖+30 mg·L-1硼酸+30 mg·L-1氯化钙+150 g·L-1 PEG 4000, 花粉萌发率可达 96.28%。 尾
叶紫薇花粉在自然条件下储藏 2 d后生活力急剧下降, 6 d 后花粉完全失活, 4 ℃是花粉储藏的最佳温度, 保存 9 d
仍能保持 30%的萌发率, 在散粉后 30 d失活。 图 2表 2参 15
关键词: 植物学; 尾叶紫薇; 开花习性; 花粉萌发; 花粉储藏
中图分类号: S685.99 文献标志码: A 文章编号: 2095-0756(2012)06-0966-05
Florescence and pollen germination in Lagerstroemia caudate
WANG Xiao-yu1, XU Wan1, HU Xing1, CAI Ming1,2, PAN Hui-tang1,2, ZHANG Qi-xiang1,2
(1. College of Landscape Architecture, Beijing Forestry University, Beijing 100083, China; 2. China National
Engineering Research Center for Floriculture, Beijing 100083, China)
Abstract: In order to study the flowering habit and the conditions for pollen germination and storage of Lager-
stroemia caudate, the processes of flower opening and pollen viability of Lagerstroemia caudate were observed
over a 30 d period. Pollen germination was also tested using orthogonal test of PEG 4000, boric acid, CaCl2,
and sucrose. Results showed that at 3:30 sepals of L. caudate started to diverge, at 6:00 petals flattened up,
at 6:30 the anther diverged, and at 06:30 the stigma secreted a large amount of mucus. The highest rate of in
vitro pollen germination which could reach 96.28% was with sucrose (100 g·L-1) + boric acid (30 mg·L-1) +
CaCl2 (30 mg·L-1) + PEG 4000 (150 g·L-1). Pollen germination in the indoor natural environment decreased
sharply from 87% to 65% in 2 d with the pollen losing vigor in 6 d. The best preservation temperature for dry
pollen was 4 ℃, in which temperature the dry pollen viability could keep 30%, with dry pollen losing its vig-
or in 30 d. Thus, as a basis for breeding, if L. caudate was used as a female parent in hybridization, the sta-
mens must be removed before 6:30, and the best pollination time would be at 7:30. [Ch, 2 fig. 2 tab. 15
ref.]
Key words: botany; Lagerstroemia caudate; flowering habit; pollen germination; pollen storage
紫薇 Lagerstroemia indica 是原产于中国的重要的夏季开花的木本观赏植物, 主要分布在中国的南部
和西南部地区[1], 在国内外园林中得到广泛应用。 紫薇虽然具有花色多样、 花期长的特点, 但目前尚缺
乏芳香馥郁的品种。 尾叶紫薇 Lagerstroemia caudate 是原产中国的紫薇属 Lagerstroemia 乔木树种, 花具
第 29 卷第 6 期 王晓玉等: 尾叶紫薇开花及花粉萌发研究
有明显的香味, 花期 4-5 月[2]。 前期的研究[3]发现, 该种与紫薇具有很高的杂交亲和性, 是一种培育早
花、 香花紫薇品种的重要种质资源, 但是目前应用很少。 因此, 开展尾叶紫薇开花及花粉萌发的研究,
对利用尾叶紫薇培育早花、 香花的紫薇新品种具有重要意义。 本研究一方面通过观察尾叶紫薇单花的开
放过程, 确定尾叶紫薇散粉及柱头分泌黏液的时间, 进一步确定以尾叶紫薇为杂交母本时去雄和授粉的
最佳时间; 另一方面, 由于尾叶紫薇开花比紫薇早, 两者存在花期不遇问题, 探讨尾叶紫薇花粉储藏最
适条件, 可为利用尾叶紫薇改良紫薇品种提供基础。
1 材料与方法
1.1 尾叶紫薇开花过程观察
以移植于国家花卉工程中心北京小汤山花卉种质资源圃 3 年生的尾叶紫薇(胸径为 14 cm, 树高 3.6
m) 为对象, 观测时间为 2011 年 6 月中旬尾叶紫薇盛花期, 选取 3 株无病虫害的尾叶紫薇植株, 在每
株上选取 3 枝具有代表性、 无病虫害的花枝进行标记, 连续 5 d, 3:00-7:00 隔 30 min 对标记花枝的开
花情况进行观察记录, 并拍照。
1.2 尾叶紫薇花粉离体培养基的优选
测定花粉生活力的方法很多, 而花粉离体萌发法相对来说结果准确并且简单易行 [4]。 目前, 对于花
粉萌发的研究较多, 采用的培养基主要成分均为蔗糖、 硼酸和钙离子(Ca2+)[5-7], 以前报道的紫薇花粉培
养基成分与上述培养基成分一致 [8]。 有研究认为聚乙二醇(PEG)能够提高花粉萌发率 [9], 也有试验认为
对尾叶紫薇的花粉萌发有一定的促进作用[10]。 本实验综合考虑常规培养基成分和聚乙二醇对尾叶紫薇花
粉萌发的影响, 以期筛选出最佳花粉培养基。
本实验于 2011年 6月中旬采集花粉, 利用 L9(34)正交试验比较蔗糖质量浓度(100, 150, 200 g·L-1),
硼酸质量浓度(10, 20, 30 mg·L-1), 氯化钙质量浓度(10, 20, 30 mg·L-1)及 PEG 4 000 质量浓度
(50, 100, 150 g·L-1)对尾叶紫薇新鲜花粉萌发的影响。 参考贾文庆 [11]的紫薇花粉离体萌发法, 采用悬
滴法[12]将花粉置于室温下培养 24 h 后观察花粉萌发情况, 重复 3 次·处理-1, 随机选取 3 个视野统计花
粉萌发数量, 根据计算公式计算花粉萌发率: 花粉萌发率(%) =萌发花粉数/总花粉数×100%。
1.3 尾叶紫薇花粉储藏
选取 3~5 个正常发育的花序, 选择即将开放的紫薇花朵, 用镊子轻轻剖开花萼及花冠, 夹住花丝,
把长、 短花丝上的花药全部收集到硫酸纸袋中, 一部分直接装入离心管中, 用以测量室温条件下保存的
花粉生活力。 另外一部分置于 10 倍体积的硅胶中干燥 6~8 h 后取出, 过 80 目分子筛后保存于离心管
中, 分别置于 25, 4, -20 ℃温度下保存, 分别在保存 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 15,
20, 25, 30 d后, 采用上个实验筛选出的最佳培养基配方进行离体萌发实验, 测定花粉的生活力。
1.4 数据统计方法
各试验重复 3 次·处理-1, 测定结果采用 Excel 2010 进行极差(RANGE)及标准差(STDEVA)的分析,
采用 SPSS 17.0进行 Duncan’s多重比较。
2 结果与分析
2.1 尾叶紫薇开花进程
北京为典型的暖温带半湿润大陆性季风气候, 夏季炎热多雨, 冬季寒冷干燥, 春、 秋短促。 3 月份
月平均气温开始高于 0 ℃(表 1), 此时尾叶紫薇开始形成新叶; 4 月平均气温高于 10.0 ℃, 尾叶紫薇生
长迅速; 到 5 月北京平均气温达到 20.0 ℃左右, 5 月初尾叶紫薇老枝枝顶开始分化出花芽, 5 月中旬形
成圆锥花序的花苞, 5 月下旬进入初花期, 每个花序都由花序顶端开始向下依次开花; 6 月上旬为尾叶
紫薇的盛花期, 6 月中旬进入衰花期, 6 月底花朵基本已经开尽; 7 月北京平均气温最高, 对尾叶紫薇
花枝进行修剪, 可以适当将花期推后。 经过修剪, 尾叶紫薇花期最晚可延长至 7 月中旬; 8 月尾叶紫薇
果实成熟; 10月随气温下降叶片逐渐枯萎脱落; 11月叶片基本完全脱落。
尾叶紫薇为圆锥花序, 长 3.5~8.0 cm, 着花约 200 朵·花序-1, 花小而密, 花径约 1.8 cm, 花瓣阔矩
圆形, 5~6枚, 白色, 连爪长约 9 mm, 爪长约 2 mm。 雄蕊 18~28 个, 花柱长约 1.0 cm。 尾叶紫薇单花
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浙 江 农 林 大 学 学 报 2012 年 12 月 20 日
月份 月平均气温/℃ 月平均相对湿度/% 月降水量/mm
1 -3.7 44 2.7
2 -0.7 44 4.9
3 5.8 46 8.3
4 14.2 46 21.2
5 19.9 53 34.2
6 24.4 61 78.1
7 26.2 75 185.2
8 24.8 77 159.7
9 20.0 68 45.5
10 13.1 61 21.8
11 4.6 57 7.4
12 -1.5 49 2.8
表 1 1971-2000年北京气候标准值[13]
Table 1 Climate standard value of Beijing from 1971 to 2000
开放过程可分为 7 个阶段: 萼片开裂、
花瓣张开、 柱头伸出、 雄蕊露出、 花
药开裂、 柱头授粉、 花瓣萎蔫期 。 6
月晴朗天气里, 尾叶紫薇的单花开放
过程如下: 清晨 3:00 花苞尚未打开,
3:30 左右花萼开裂, 4:00 部分花瓣已
从花萼中露出, 4:30 花萼全部打开 ,
花瓣全部露出, 柱头伸出花瓣, 5:00
花瓣继续展开, 外层的长雄蕊先从花
瓣中伸出; 5:30 花瓣基本已全部展开,
内层雄蕊也露出花瓣; 6:00 花瓣全部
展开, 6:30 花药自中缝开裂, 可以用
肉眼看到粉粒状花粉散出, 同时能够
明显看出柱头开始分泌黏液。 花后 48
h, 花柱弯曲, 花药全部脱落, 花丝卷
曲, 花瓣萎蔫。 如遇雨天或早晨气温
较低, 开花时间会向后推迟, 花药散
粉时间会推迟, 雨天花药不能正常散粉。 如果花萼张开, 但 6:00之前没有开放的花朵将会直接萎蔫凋谢。
2.2 不同培养基对花粉生活力的影响
通过极差分析(表 2)可知: 对尾叶紫薇花粉萌发影响最大的成分是蔗糖的质量浓度, 其次是 PEG
4000 和硼酸。 各处理对花粉萌发的影响差异显著, 处理 3 中的花粉萌发率达到 96.28%, 显著高于其他
组合, 因此将 100 mg·L-1蔗糖+30 mg·L-1硼酸+30 mg·L-1氯化钙+150 g·L-1PEG 4000 组合作为尾叶紫薇
花粉萌发的最佳培养基。
2.3 不同储藏条件下尾叶紫薇的花粉活力
室温自然储藏的尾叶紫薇花粉, 随着时间的延长, 生活力逐渐下降。 散粉当天的花粉萌发率为
图 1 尾叶紫薇单花开放过程
Figure 1 Opening process of Lagerstroemia caudate
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第 29 卷第 6 期
2 100 20 20 100 89.12 ± 2.85 b
3 100 30 30 150 96.28 ± 4.35 a
4 150 10 20 150 15.88 ± 3.13 f
5 150 20 30 50 13.34 ± 1.94 f
6 150 30 10 100 37.88 ± 4.59 e
7 200 10 30 100 4.23 ± 2.38 g
8 200 20 10 150 43.75 ± 3.74 d
9 200 30 20 50 6.02 ± 0.72 g
极差 61.95 23.88 8.35 27.36
1 100 10 10 50 54.46 ± 1.95 c
处理编号
培养基成分
萌发率/%
蔗糖/(g·L-1) 硼酸/(mg·L-1) 氯化钙/(mg·L-1) PEG 4000/(g·L-1)
表 2 不同培养基中尾叶紫薇花粉萌发情况
Table 2 Pollen germination rate of Lagerstroemia caudate under different mediums
说明: 萌发率=平均萌发率±标准差, 不同小写字母表示在 0.05 水平上差异显著。
95%, 1 d 后的花粉萌发率略微下降(87%); 2 d 后
花粉萌发率开始急剧下降, 4 d 时降为 37%, 6 d 后
花粉已完全失活(图 2)。 不同温度下储藏的干燥花粉
的生活力均随着储藏时间的延长而逐渐下降, 但储
藏温度不同花粉萌发率下降的情况有所不同。 室温
条件下, 干燥花粉比新鲜花粉的生活力延长了 4 d,
储藏 3 d 后, 干燥花粉的萌发率明显高于新鲜花粉,
到第 6 天时还有 15%的生活力。 4 ℃和-20 ℃下储藏
的干燥花粉的活力随着储藏时间的延长呈线性降低,
25 d 后花粉基本全部失去活性。 通过方差分析发现
散粉后 6 d 起, 4 ℃低温储藏效果明显好于-20 ℃的
储藏效果。
3 讨论
尾叶紫薇是一种重要的香花紫薇资源, 研究尾叶紫薇的花开放进程和花粉储藏适宜条件为更好地利
用尾叶紫薇与紫薇进行远缘杂交育种将有十分重要的意义。 实验发现: 尾叶紫薇花朵是否能够正常开放
与气温及空气湿度有关, 清晨温度过低或降水湿度过大, 都会推迟开花时间, 降水会使花药无法散粉。
但如果套硫酸纸袋则不会影响尾叶紫薇的开花和散粉。
在北京尾叶紫薇花期集中于 5-6 月, 而紫薇的花期集中于 7-8 月, 在杂交过程中存在花期不遇情
况。 通过修剪可以适当延长尾叶紫薇花期, 可以多次对尾叶紫薇花枝进行修剪, 最晚可将花期延长至 7
月中旬, 能够解决尾叶紫薇与紫薇花期不遇的问题。 此外, 通过对尾叶紫薇花粉进行储藏能够适当延长
尾叶紫薇花粉生活力。 低温低湿的环境有助于花粉维持较长时间的生活力[15]。 通过比较室温条件下干燥
的和未干燥的尾叶紫薇花粉可知, 干燥花粉的确能较长时间保持生活力, 尾叶紫薇的最佳储藏温度为 4
℃, 这与紫薇品种‘紫爪银薇’和‘红红火火’的花粉最佳储藏温度一致[16]。 本实验结果证明: 在 4 ℃干燥
条件下储藏 9 d, 尾叶紫薇花粉萌发率还可保持 30%以上, 能够满足尾叶紫薇与部分早花紫薇杂交育种
的需要, 但是对于晚花紫薇品种, 如何解决与尾叶紫薇花期不遇问题仍需要进一步研究。
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图 2 不同储藏条件下尾叶紫薇花粉生活力
Figure 2 Pollen germination rate of Lagerstroemia caudate
under different storage conditions
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