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‘丽红’元宝枫花粉生活力研究



全 文 :北京农学院学报 2015,30 (2):63-66
Journal of Beijing University of Agriculture
http://bnxb.cbpt.cnki.net
doi:10.13473/cnki.issn.1002-3186.2015.0018
  收稿日期:2014-09-23
  基金项目:北京市科技项目 (Z111100074511003)
  第一作者:王永格 (1977—),女,高级工程师,研究方向:木本植物引选育
  通信作者:丛日晨 (1966—),男,教授级高工,研究方向:植物育种、生理生态及抗性研究
‘丽红’元宝枫花粉生活力研究
王永格,王茂良,舒健骅,丛日晨*
(北京市园林科学研究院 绿化植物育种北京市重点实验室,北京100102)
摘 要:以自育品种 ‘丽红’元宝枫花粉为材料,分别采用TTC法、I-KI法和离体培养基萌发法测定花粉生活
力;同时研究不同温度、培养时间、蔗糖浓度和储藏时间对 ‘丽红’元宝枫花粉离体培养生活力的影响。结果
表明:TTC和I-KI染色法不适合检测 ‘丽红’元宝枫的花粉生活力;‘丽红’元宝枫适宜花粉萌发的条件为15
℃温度水平+15%蔗糖浓度+培养6h,其花粉萌发率为31.6%;4℃低温保存,最长可保存50d。
关键词:花粉生活力;蔗糖浓度;储藏时间;元宝枫
中图分类号:S687.901 文章编号:1002-3186(2015)02-0063-04 文献标志码:A 网络出版时间:2015-01-05 10:47
网络出版地址:http://www.cnki.net/kcms/detail/11.2156.S.20150105.1515.028.html
Study on polen viability of Acer truncatum ‘Lihong’
WANG Yongge,WANG Maoliang,SHU Jianhua,CONG Richen*
(Beijing Key Laboratory of Greening Plants Breeding,Beijing Institute of Landscape Architecture,Beijing 100102,China)
Abstract:In this study,the polen of a new variety,Acer truncatum ‘Lihong’,was used as object.The polen viability was ex-
amined by TTC staining method,I-KI staining method,and the experiment of germination in vitro.The effect of temperature,
culture time,sucrose concentration and storage time on the polen viability cultured in vitro.The results showed that both TTC
and I-KI staining methods were not suitable to detect the polen viability of A.truncatum‘Lihong’.The optimum germination
condition was culturing for 6hat 15℃ with 15%sucrose concentration,and the polen germination rate arrived at 31.6%.At
the temperature of 4℃,the longest storage time of polen was 50d.
Keywords:polen viability;sucrose concentration;storage time;Acer truncatum
  ‘丽红’元宝枫(Acer truncatum ‘Lihong’)为槭
树科槭属落叶乔木,是经过实生选种和多年定向选
育,从乡土树种元宝枫中选出的优变单株,花期4月
上旬至中旬,花黄绿色;叶片10月下旬至11月中旬
在城区变为亮丽的血红色,叶色红艳醒目,观赏性状
优良。该品种于2012年通过国家新品种审定,品种
权号为20120150。
  花粉是种子植物体的雄性生殖细胞[1],在有性
繁殖中传递着雄性亲本的遗传信息,其生命力强弱
直接影响结实率和杂交育种的成败。为了进行人工
辅助授粉或杂交授粉,需要采集和保存花粉,并对其
花粉生活力进行测定。花粉生活力的检测是提高杂
交育种成功的关键,花粉保存主要是解决亲本花期
不遇的问题,最终目的是实现种质创新和品种改良。
  近年来,国外发达国家在槭属树种花粉生活力
和育种方面做了大量研究工作[2-5],并有北美红花槭
系、挪威槭系和杂种槭系等大量新优品种在中国各
地引种栽培[6-11]。国内相关研究较少,曹伟等[12]对
东北10种槭属树种的花粉形态进行了观测,田欣
等[13]在电镜下观察过红枫花粉的形状和花粉粒大
小,张宝[14]进行了槭属花粉生活力和杂交育种的研
究。对‘丽红’元宝枫花粉形态、花粉生活力和杂交
育种方面的研究,前期并未开展。
  该研究以自育品种‘丽红’元宝枫为材料,通过荧
光体式显微镜观测其花粉形状和大小;分别采用TTC
法、I-KI法和离体培养基萌发法测定其花粉生活力,筛
选出最佳测定方法;同时采用离体培养基萌发法测定
不同温度、培养时间、蔗糖浓度和保存时间对花粉生活
64  北 京 农 学 院 学 报 第30卷
力的影响,旨在为开展槭属杂交育种工作奠定基础。
1 材料与方法
1.1 供试材料
  供试花粉采自试验圃地内的‘丽红’元宝枫母
株,该植株生长健壮,开花结实正常。
1.2 试验方法
  4月上旬初花期,于天气晴和的下午,采集树冠
阳面的健康花枝,摘除多余的枝叶、已开花朵和瘪小
花蕾,只留含苞待放的花蕾,以保证花粉成熟度一
致;将花枝下端剪成斜面,置于盛水的烧杯中,次日
待花粉散开取一部分测定生活力,其余部分带花瓣
放入培养皿内,置于干燥器内4℃冰箱保存,备用。
  将收集的花粉混匀,用毛笔蘸取少量的花粉,均
匀地撒在洁净载玻片上,在荧光体式显微镜下观测
并拍照,随机观测50个正常花粉粒的形状,并测定
其纵横径长度。
  TTC法。TTC染色液的配制参考王学奎的方
法[15]。取少量花粉于载玻片上,加1~2滴0.5%
TTC液,盖上盖玻片,于35℃恒温箱中放置15~
20min,然后在生物显微镜下观察花粉粒的染色情
况。观察3个制片,每片取5个视野,每视野花粉粒
50粒以上,凡被染为红色的则生活力强,淡红的次
之,无色者为没有生活力花粉或不育花粉,统计被染
色花粉粒占总花粉粒的百分率,求其平均值作为花
粉生活力指标。
  I-KI法。取将要开放的成熟花朵,用干净镊子
挑取1个花药置于载玻片上,加1滴蒸馏水后用镊
子将其充分捣碎,再加入1~2滴I-KI液(取1.3g
碘化钾溶解于10mL蒸馏水中,然后放入0.3g碘,
待其完全溶解后定容至100mL备用。),盖上盖玻
片,置于生物显微镜下观察花粉染色情况[16-18]。凡
被染成蓝色的为发育好、生活力较强的花粉粒,而呈
黄褐色或无色者为发育不育的花粉。观察和统计方
法同TTC法。
  离体培养基萌发法。参照胡适宜的方法[19]。首
先应用蔗糖浓度为15%的液体培养基,量取3mL放
入培养皿内,均匀撒入新鲜花粉,分别放置于5、10、
15、20、25、30℃和35℃等7个温度水平的人工气候
箱内,在培养2、4、6、24h和48h时进行观测,筛选适
合‘丽红’元宝枫花粉离体萌发的适宜温度和培养时
间;其次,在最适温度培养条件下,设置0、5%、10%、
15%、20%、25%和30%等7个蔗糖浓度,筛选适合
‘丽红’元宝枫花粉离体培养的蔗糖浓度。
  每处理重复3次,每个培养皿随机选3个视野,每
视野花粉粒50粒以上,以花粉管的长度大于花粉粒的
直径作为萌发的标准[20-25],记录1个视野中花粉的总
数和萌发花粉数,分别计算其萌发率,求其平均值。
  低温保存花粉生活力的测定。对4℃干燥储藏
的‘丽红’元宝枫花粉,分别在保存20、30、40d和50
d时,在最适温度和蔗糖浓度培养基内培养,测定花
粉生活力与储藏时间的关系,确定最长保存时间(是
以花粉自收集至生活力降为零的长度来表示[23])。
1.3 数据处理及分析
  数据处理和图表制作利用Excel软件完成,应
用Spss17.0软件进行方差分析。
2 结果与分析
2.1 ‘丽红’元宝枫花粉形态
  ‘丽红’元宝枫花粉形状呈规则的长球形,大小比
较一致,纵径为(43.0±3.6)μm,横径为(38.6±2.6)
μm,纵横径比值为1.1,个别花粉粒纵横径长度一致。
2.2 TTC和I-KI染色法测定花粉生活力
  应用TTC染色后,显微镜下观测发现,‘丽红’
元宝枫平均12.9%的花粉染为红色,但染色深浅不
一,即使同日采集花粉,不同的花粉涂片结果相差较
大,高者达24.0%,低者仅1.9%。I-KI染色后,‘丽
红’元宝枫花粉为黄褐色,均无蓝色花粉粒出现。为
避免采样时间、花粉和药液放置时间的影响,采用新
鲜花粉和药液,连续一周采样观测,但两种染色方法
效果均不明显。可见,TTC和I-KI染色法均不适
合用来测定‘丽红’元宝枫花粉生活力。
2.3 培养温度、蔗糖浓度和储藏时间对花粉萌发的影响
  离体培养6h后测定花粉生活力,观测数据经
反正弦转换进行方差分析和多重比较(见表1)。结
果表明:‘丽红’元宝枫以15℃温度水平花粉萌发率
最高,为31.6%,极显著高于5、30和35℃处理,显
著高于20℃和25℃处理,与10℃处理无差异;20
℃和25℃处理花粉萌发率均极显著高于5℃和35
℃处理,与30℃处理之间无差异。5℃的低温和30
℃、35℃的高温处理花粉萌发率较低,均不足10%,
尤以35℃花粉萌发率最低,仅0.6%。
  ‘丽红’元宝枫花粉以浓度15%蔗糖处理萌发率
最高(表1),花粉萌发率为31.6%,极显著高于25%、
10%、30%、5%和0处理,与20%处理差异不显著;其
次为20%蔗糖处理,花粉萌发率为29.4%,与25%、
10%、30%、5%和0处理均呈极显著差异;25%蔗糖
处理的花粉萌发率为11.2%,较15%和20%蔗糖迅
2015年第2期 王永格 等:‘丽红’元宝枫花粉生活力研究 65 
速下降。‘丽红’元宝枫花粉萌发随蔗糖浓度增加呈
现出先升高后下降的趋势,以15%蔗糖处理花粉萌
发最优,其余依次为20%>25%>10%>30%>
5%>0%,浓度过高或过低均抑制花粉萌发。
表1 温度、蔗糖浓度和储藏时间对‘丽红’元宝枫花粉萌发率影响的方差分析
     Tab.1 Variance analysis on polen germination rate of Acer truncatum ‘Lihong’at different temperatures,
sucrose concentrations and storage time
温度
Temperature/℃
平均萌发率Average
germination rate/%
蔗糖浓度Sucrose
concentrations/%
平均萌发率Average
germination rate/%
储藏时间
Stored time/d
平均萌发率Average
germination rate/%
5  3.8cdCD  0  2.0dC  1  31.6aA
10  18.2abAB  5  4.1cdBC  20  14.9bB
15  31.6aA  10  8.3bcBC  30  6.3cBC
20  16.8bAB  15  31.6aA  40  2.1cCD
25  16.2bAB  20  29.4aA  50  0.0dD
30  9.6bcBC  25  11.2bB
35  0.6dD  30  5.0bcdBC
  试验结果表明(表1):‘丽红’元宝枫在15%蔗
糖培养基中15℃培养,以采后水培1d内的花粉萌
发率最高,为31.6% ,极显著高于1d以上的各处
理;储藏20d后,花粉生活力降至14.9%,与储藏
40d和50d呈极显著差异,与储藏30d差异显著;
储藏30d时,花粉生活力极显著降低,与储藏40d
无差异;储藏50d时,花粉生活力降低至0。可见,
‘丽红’元宝枫花粉在4℃低温最长可保存50d。
2.4 培养时间对花粉萌发的影响
  从图1可以看出,‘丽红’元宝枫花粉在培养2h
时开始萌发,随着培养时间延长,花粉萌发率逐渐升
高,大多数以培养2~6h之间萌发较快,培养6h
观测,各温度处理的花粉萌发率大多已达到终萌发
率的90%,且趋于平稳。对15℃水平不同培养时
间观测数据进行方差分析,‘丽红’元宝枫培养4、6、
24h和48h之间花粉萌发率差异不显著,但均极显
著高于培养2h的萌发率,且培养6h的花粉萌发
率已达到培养48h时的93.8%。
图1 培养时间对‘丽红’元宝枫花粉萌发率的影响
Fig.1 Effect of culture time on the polen germination
rate of A.truncatum ‘Lihong’
  观测过程中发现,‘丽红’元宝枫在5℃低温条
件下,花粉萌发较为迟缓,培养2h的花粉平均萌发
率仅0.1%(图1),培养4h后萌发速度逐渐加快,
但萌发率极显著低于15~25℃处理的萌发率。当
培养温度达30℃或更高时,花粉虽能萌发,但萌发
率降低,且花粉管长度受到抑制,顶端变粗,表现为
畸形;大多花粉管长度超过花粉直径1倍后生长迟
缓,部分花粉管刚萌发就停止生长;高温下培养24
h发现培养基凝固或干涸,花粉在培养基中出现分
层现象,严重影响数据观测。可见,‘丽红’元宝枫花
粉适宜观测时间为培养6h。
3 结论与讨论
  应用染色法进行花粉生活力测定简便快捷,能
迅速测出花粉生活力,但受花粉代谢情况和营养物
质含量的影响,染色法并不适合所有植物花粉生活
力的测定。TTC染色法和I-KI染色法不能界定
‘丽红’元宝枫花粉的生活力,因此不适合检测‘丽
红’元宝枫花粉的生活力。有研究发现,有时用染色
法检测有活力的花粉不一定能够萌发[26],而离体培
养法能更准确有效地测定花粉的萌发率。因此,从
严谨和精确性考虑,植物花粉活力检测应以离体培
养法为主,同时根据不同植物花粉特点,辅以不同的
染色检测法。
  ‘丽红’元宝枫花粉以15℃温度处理活力表现
最好,花粉萌发率为31.6%,温度过高或过低均不
利于花粉萌发。研究中发现,当温度低于10℃时,
‘丽红’元宝枫花粉表现为花粉管生长速度缓慢,且
萌发率明显降低;当温度达到30℃以上,花粉管生
长速度快,但到一定长度即停止生长,高温严重抑制
了花粉管生长,进而影响花粉萌发率。
66  北 京 农 学 院 学 报 第30卷
  不同植物离体培养时花粉萌发时间存在差异。
韩丽等[27]在对牡丹花粉活力测定方法的研究中指
出,野生牡丹适宜观测时间为8h,而栽培品种为16
h;胡君艳等[28]指出,银杏花粉以培养5d为最适宜
观测时间。‘丽红’元宝枫花粉离体培养2h开始萌
发,2~6h之间萌发较快,培养6h后,花粉萌发率
基本稳定;高温培养24h以上,会出现培养基凝固
分层现象,影响观测结果。因此,可把6h作为‘丽
红’元宝枫花粉萌发的适宜观测时间。
  蔗糖浓度对‘丽红’元宝枫花粉萌发影响极为显
著。‘丽红’元宝枫适宜花粉萌发的蔗糖为15%,此
浓度下花粉萌发率最高。蔗糖首先为花粉萌发提供
能源和碳源,其次在花粉萌发过程中起到调节渗透
压的作用。若蔗糖浓度过低,花粉粒易吸水膨胀,破
损率显著提高导致内容物散出;而浓度过高时,花粉
粒皱缩失水,质壁分离,萌发率显著降低。因此,适
宜的蔗糖浓度更有利花粉萌发。
  ‘丽红’元宝枫花粉以采后1d内萌发率最高,
随着储藏时间的延长,花粉活力呈现下降的趋势,以
储藏20d后花粉生活力下降较快,最长可保存50
d。本研究中花粉保存方式为带花瓣置于培养皿内
干燥保存,含水量相对较大,而花粉大多以低温干燥
保存效果最好[29-31]。有研究显示,超低温保存花粉
显著优于低温储藏[32-34],低温、干燥和无氧减弱了花
粉的代谢作用,一定程度上延长了保存时间。陈
珊[35]在对蜡梅花粉活力的研究中发现,-70℃保
存1d的花粉活力高于新鲜花粉、4℃和-20℃保
存下花粉活力,以-196℃保存活力最高。该研究
未尝试零下低温保存,因此,对于‘丽红’元宝枫花粉
干燥度和最适保存环境,还有待于进一步研究。
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