全 文 ：中国农业科学 2016,49(5):825-831
Scientia Agricultura Sinica doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2016.05.002

收稿日期：2015-09-15；接受日期：2015-11-25
基金项目：国家自然科学基金（31170370）、中央高校基本科研业务费项目（GK201401005）
联系方式：刘艾京，E-mail：1054148282@qq.com。通信作者贺军民，Tel：029-85310266；E-mail：hejm@snnu.edu.cn


UV-B 辐射对青杄花粉管生长的影响
刘艾京，李 妮，马 敏，贺军民
（陕西师范大学生命科学学院，西安 710119）

摘要：【目的】研究 UV-B 辐射对青杄花粉管生长和细胞壁构建的影响，为阐明 UV-B 辐射对裸子植物花粉管
生长的影响及其机制提供依据。【方法】以裸子植物青杄（Picea wilsonii）花粉为材料，首先检测在可见光背景
下增补不同强度 UV-B 辐射后处理花粉 24 h 对花粉管长度和顶端宽度的影响，确定 UV-B 辐射处理对花粉管生长的
效应及其适宜处理强度；然后对单纯可见光下以及可见光和适宜强度的 UV-B 辐射复合处理下生长 24 h 的花粉管，
用荧光探针 Calcofluor 和水溶性苯胺蓝分别标记花粉管细胞壁中纤维素和胼胝质后在荧光显微镜下观察并比较
它们在细胞壁中的分布，用单克隆抗体 LM19 和 LM20 分别标记花粉管细胞壁中酸性果胶质和酯化果胶质后在激光
扫描共聚焦显微镜下观察并比较它们在细胞壁中的分布。【结果】在可见光和 0、0.2、0.4、0.6 和 0.8 W·m-2的 UV-B
辐射复合处理下生长 24 h 的青杄花粉管，随着 UV-B 辐射强度的增大，花粉管长度逐渐变短，许多花粉管呈现顶
端膨大，说明 UV-B 辐射抑制青杄花粉管的极性生长，且具有强度依赖性；UV-B 辐射强度达到 0.4 W·m-2时开始显
著抑制青杄花粉管生长，说明 0.4 W·m-2为适宜的 UV-B 辐射处理强度。在单纯可见光下，纤维素在花粉管细胞壁上
均匀分布，胼胝质均匀分布在花粉管侧壁而顶端细胞壁中分布较少，酸性果胶质仅分布在花粉管侧壁上，而酯化
果胶质仅分布在花粉管顶端细胞壁中；在可见光和 0.4 W·m-2 UV-B 辐射复合处理下，纤维素和胼胝质在花粉管顶
端细胞壁中的分布显著大于侧壁，酸性果胶质由原来仅分布于花粉管侧壁转变为主要分布于花粉管顶端和亚顶端
的细胞壁，酯化果胶质由原来仅分布在花粉管顶端细胞壁转变为分布于整个花粉管细胞壁中。【结论】UV-B 辐射
对裸子植物青杄花粉管极性生长具有抑制效应，该效应是由于 UV-B 辐射影响了花粉管细胞壁中纤维素、胼胝质、
酸性果胶质和酯化果胶质等构建物的正常定向分布。
关键词：UV-B 辐射；青杄；花粉管；细胞壁构建；极性生长

Effects of UV-B Radiation on Pollen Tube Growth in Picea wilsonii
LIU Ai-jing, LI Ni, MA Min, HE Jun-min
(School of Life Sciences, Shaanxi Normal University, Xian 710119)

Abstract: 【Objective】 The effects and mechanisms of UV-B on pollen tube growth and cell wall construction were
investigated in the gymnosperm, Picea wilsonii.【Method】To determine the effect and suitable radiation density of UV-B on pollen
tube growth of gymnosperms Picea wilsonii, the pollen tube length and tube tip width were measured when pollen grains were
incubated for 24 h under visible light with different densities of UV-B radiation. To determine the effect of UV-B on the pollen tube
cell wall constructions, pollen grains were incubated for 24 h under visible light alone or in conjunction with suitable UV-B radiation
density, and the distribution of cellulose and callose stained with calcofluor and aniline blue, respectively in the pollen tube cell walls
were observed under fluorescence microscopy. The distribution of acidic and esterified pectins in the pollen tube cell walls were
observed under laser scanning confocal microscopy using the immunolabeled monoclonal antibodies LM19 and LM20, respectively.
【Result】 When pollen grains were incubated under visible light with 0, 0.2, 0.4, 0.6 and 0.8 W·m-2 UV-B radiation for 24 h, the
pollen tubes were gradually shortened and many of them exhibited swollen tips with increasing density of UV-B radiation. This
826 中 国 农 业 科 学 49卷

indicated that UV-B inhibits pollen tube growth in a density-dependent manner. When UV-B radiation density was increased to 0.4
W·m-2, the pollen tube growth was significantly inhibited, suggesting that 0.4 W·m-2 is a sufficient UV-B radiation density to inhibit
pollen tube growth of Picea wilsonii. Under visible light alone, cellulose was distributed uniformly in the wall of pollen tubes,
callose was uniformly distributed along the tube shank with a very faint distribution in the apical region of pollen tubes. Acidic
pectins were deposited along the tube except in the apical region, while esterified pectins were present only at the tube tips. Under
conditions of visible light with 0.4 W·m-2 UV-B radiation, the distributions of cellulose and callose in the apical region of pollen
tubes were significantly higher than that in the tube shank. Acidic pectins were mainly deposited in the apical and subapical regions
of pollen tubes, while esterified pectins were deposited throughout the wall of pollen tubes.【Conclusion】UV-B radiation inhibits the
polarized growth of Picea wilsonii pollen tubes via affecting the normal orientation distribution of construction components of the
pollen tube cell wall, such as cellulose, callose, acidic and esterified pectins.
Key words: UV-B radiation; Picea wilsonii; pollen tubes; cell wall construction; polarized growth

0 引言
【研究意义】花粉的正常萌发和花粉管极性生长
的维持是高等植物受精作用顺利发生的关键。臭氧层
减薄导致的紫外线 B（UV-B，280—320 nm）辐射增
强是当今人类面临的全球性重大环境问题之一，它严
重地影响植物的生殖及作物产量[1]。因此，研究 UV-B
辐射对植物花粉管生长的影响及其机制具有重要的理
论意义和应用价值。【前人研究进展】自从发现臭氧
层减薄以来，UV-B 辐射增强对植物生殖过程的影响
就引起人们的极大关注。由于花粉萌发和花粉管生长
是植物生殖过程中最易受到 UV-B辐射影响的阶段，
因此，关于 UV-B辐射对植物生殖过程影响的研究大
多集中于花粉方面[1]。大量研究表明，尽管不同植物
花粉对 UV-B 辐射增强的敏感性不同，但多数植物
表现出花粉萌发和花粉管生长均受到不同程度的抑
制[1-6]。如：Torabinejad 等[5]对 34 种被子植物花粉的
研究发现 UV-B辐射增强严重抑制一半以上植物的花
粉管生长。Feng等[6]对 19种被子植物花粉的研究也表
明其中 60%以上的植物花粉萌发和花粉管生长均受到
UV-B 辐射增强的抑制。然而，前人关于 UV-B 辐射
增强对植物花粉萌发和花粉管生长影响的研究主要局
限于被子植物，而对裸子植物的研究鲜见报道；目前，
关于 UV-B辐射抑制花粉萌发和花粉管生长的机制也
知之有限[7-8]。花粉管生长是一种典型的极性生长，只
限于花粉管顶端，它是由从花粉管顶端到基部细胞壁
的可塑性变化控制的[9-11]。花粉管细胞壁的成分主要
包括多糖和蛋白质，其中多糖又包括纤维素、半纤维
素、胼胝质和果胶质等[11]。在生长的花粉管中，纤维
素位于花粉管壁的最外层，其含量及微纤丝的密度和
排列方向调控着花粉管的极性生长[12-13]。此外，花粉
管内合成的果胶多糖在分泌到囊泡前或在囊泡内会发
生甲酯化，甲酯化果胶通过囊泡定向运输到花粉管顶
端细胞壁，这样有利于花粉管顶端壁伸展性的维持。
随着花粉管的生长，花粉管侧壁的甲酯化果胶在果胶
甲酯酶的作用下转变成酸性果胶质，酸性果胶质与
Ca2+交联增强了花粉管壁的机械强度[11,14-15]。花粉管
壁组分的这种有序化分布是花粉管极性生长所必需
的，它受花粉管内 Ca2+信号系统、细胞骨架和囊泡运
输的调控[16-20]。一切干扰花粉管壁组分形成及其定向
分布的因素均严重影响花粉管的极性生长[12-23]。【本
研究切入点】尽管大量研究已表明 UV-B辐射增强抑
制被子植物花粉管生长，但对裸子植物花粉管生长的
影响却研究较少，对其影响花粉管生长的机制也知之
有限，特别是关于 UV-B辐射对花粉管细胞壁构建的
影响还一无所知。青杄（Picea wilsonii Mast.）属于松
科云杉属，其在进化上晚于苏铁科、银杏科和南洋杉
科，而早于杉科和柏科等其他裸子植物。因此，青杄
所属的松科是比较具有代表性的裸子植物，它们的生
殖过程也常被作为裸子植物的代表被广泛研究[16-23]。
【拟解决的关键问题】本研究以裸子植物青杄花粉为
材料，研究不同剂量 UV-B辐射对其花粉管生长以及
细胞壁构建的影响，为揭示 UV-B辐射对裸子植物花
粉管生长的影响及其机制提供科学依据。
1 材料与方法
1.1 试验材料
试验于 2013—2015 年在陕西师范大学生命科学
学院光照培养箱内进行。青杄（Picea wilsonii Mast.）
花粉采自陕西师范大学校园。收集青杄散粉前的成熟
小孢子叶球，置于室温下干燥 48 h，用无菌干燥离心
管收集成熟花粉，置-20℃密封保存备用。
1.2 花粉培养和 UV-B 辐射处理
青杄花粉培养参照前人的方法[7,17,21]并略做修改：
5期 刘艾京等：UV-B辐射对青杄花粉管生长的影响 827

取-20℃下保存的花粉在室温下平衡 30 min，悬浮于盛
有花粉培养液（12%蔗糖+0.02%硼酸+0.03%氯化钙，
pH 6.8）的培养皿中（培养皿内培养液的深度维持在
0.15 mm 左右）。培养皿置于可见光强度为 0.2
mmol·m-2·s-1、温度为（25±1）℃的 LRH-250-GⅡ微电
脑控制光照培养箱中。UV-B 辐射处理采用管式中波
紫外灯（美国 Spectronics，x-12B，波峰 312 nm）进
行。灯管悬挂于光照培养箱内，灯管产生的紫外辐射
经 0.13 mm 厚的醋酸纤维素膜过滤后垂直照射培养
皿。紫外辐射强度通过调节紫外灯管与培养皿内液面
间的高度来控制，用 UV-B辐照计（北京师范大学光
电仪器厂）测定。花粉在光照培养箱内培养 24 h后，
用于以下指标的测量。
1.3 花粉管长度和宽度的测量
花粉管生长指标的测量在装有测微尺的光学显微
镜（Olympus，BX41）下进行。花粉管长度为花粉管
基部至花粉管最顶端的距离；花粉管宽度用花粉管顶
端最宽处的宽度表示。每个处理至少测量 60 个花粉
管，试验重复 3 次。显著性分析采用 Duncan 多重统
计分析法。
1.4 花粉管细胞壁中纤维素和胼胝质的荧光标记
纤维素的荧光标记参照 Lazzaro 等[12]的方法并加
以修改：将 10 mg·mL-1的 Calcofluor（Sigma）水溶液
在 14 000 r/min离心 5 min，取上清液与培养 24 h的花
粉培养液按 1﹕10比例混匀，暗中孵育 45 min后，荧
光显微镜（Axioshop 40，Zeiss，Germany，激发光栅
为 BP365，分色光栅为 FT395，阻光滤片为 LP420）
下观察、统计并拍照。
胼胝质的荧光标记参照 Chen 等[17]的方法并略做
修改：花粉培养 24 h后，低速（500 r/min）离心收集
样品。样品用含 3%多聚甲醛的 0.1 mol·L-1磷酸缓冲液
（PBS，pH 7.2）固定 30 min后，用 PBS缓冲液洗 3
次，用 0.1%水溶性苯胺蓝（Sigma）染色，荧光显微
镜（Axioshop 40，Zeiss，Germany，激发光栅为
BP395-440，分色光栅为 FT460，阻光滤片为 LP470）
下观察、统计并拍照。
1.5 花粉管细胞壁中果胶质的免疫荧光标记
果胶质的免疫荧光标记参照 Chen 等 [17]和
Verhertbruggen等[24]的方法并略做修改：花粉培养 24 h
后，低速（500 r/min）离心收集样品。样品用含 3%
多聚甲醛的 PME 缓冲液（100 mmol·L-1 PIPES，1
mmol·L-1 MgCl2，2 mmol·L-1 EGTA，pH 7.2）固定 30
min 后，依次用 PME 及 PBS 缓冲液洗 3 次。识别酸
性果胶质的单克隆抗体 LM19（PlantProbes，UK）和
识别酯化果胶的单克隆抗体 LM20（PlantProbes，UK）
均用 PBS缓冲液以 1﹕40比例稀释，与样品在室温黑
暗孵育 2.5 h。低速离心滤去一抗后，再用 PBS缓冲液
洗 3次，然后与结合有 FITC的二抗（1﹕100稀释于
PBS缓冲液中）在室温下孵育 2 h。用 PBS缓冲液洗
3次后，在激光共聚焦扫描显微镜（Leica，TCS SP2，
激发光波长 488 nm，发射光波长 522 nm）下观察、
统计并拍照。
2 结果
2.1 UV-B 对青杄花粉管生长的影响
为了明确 UV-B辐射对青杄花粉管生长的影响，
青杄花粉在单纯可见光或增补了不同强度 UV-B辐射
的可见光条件下培养 24 h。由图 1-A和图 1-B可见，
随着 UV-B辐射强度的增加，青杄花粉管的长度逐渐
变短；当 UV-B辐射强度增至 0.4 W·m-2时，花粉管生
长被显著抑制，此时花粉管长度仅为对照组（单纯可
见光）的 62%。UV-B辐射不仅抑制花粉管生长，也导
致其形态异常。在单纯可见光条件下，花粉管生长较
为笔直，直径均匀；但在 UV-B 辐射下，花粉管出现
不同程度的顶端膨大（图 1-A）。为了量化这一形态
学指标，还测定了花粉管顶端宽度。由图 1-C可见，
随着 UV-B辐射强度的增大，花粉管顶端宽度逐渐变
大；当 UV-B辐射强度增加到 0.4 W·m-2时，花粉管顶
端宽度达到对照的 1.6倍。上述结果说明 UV-B辐射增
强显著抑制青杄花粉管的极性生长。由于 0.4 W·m-2的
UV-B辐射处理 24 h已显著地抑制青杄花粉管生长，
所以在后续的研究中 UV-B辐射处理均采用 0.4 W·m-2
的辐射强度下处理 24 h。
2.2 UV-B 对花粉管壁中纤维素分布的影响
Calcofluor 是一种荧光增白剂，带负电荷，能够
与带正电荷的细胞壁纤维素紧密结合。在单纯可见光
下生长的花粉管经 Calcofluor染色，在整个花粉管壁
均可见荧光分布，而且从花粉管基部到顶端荧光强度
较均一（图 2-A），说明纤维素均匀分布在正常条件
下生长的青杄花粉管细胞壁上。在UV-B辐射下，98%
的花粉管细胞壁上荧光强度不均一：在花粉管顶端壁
上荧光强度最强，显著高于单纯可见光下；其余部分
荧光强度较弱，且低于单纯可见光下生长的花粉管
（图 2-A），表明 UV-B辐射影响了花粉管壁纤维素
的分布，导致纤维素在花粉管顶端细胞壁中大量累
积。
828 中 国 农 业 科 学 49卷

0
10
20
30
40
50
60
0 0.2 0.4 0.6 0.8
花
粉
管
长
度
Po
lle
n
tu
be
le
ng
th
(μ
m
)
a a
b
bc c
B
0
2
4
6
8
10
12
14
16
0 0.2 0.4 0.6 0.8
UV-B强度 Dose of UV-B radiation (W·m-2)
花
粉
管
顶
端
宽
度
W
id
th
o
f p
ol
le
n
tu
be
ti
p
(μm
)
aa
a
b
b
C
A
0 0.2 0.4 0.6 0.8
UV-B强度 Dose of UV-B radiation (W·m-2)


A：花粉管生长表型的图片。标尺为 10 μm，适用于所有图片；B：花粉管长度；C：花粉管顶端宽度。不同小写字母表示 0.05水平差异显著
A: Images for the pollen tube phenotypes. Bar is 10 μm for all images; B: Pollen tube length; C: Width of pollen tube tip. Different letter in B and C means
significant difference at 0.05 level

图 1 不同剂量 UV-B 辐射对花粉管生长的影响
Fig. 1 Effects of different doses of UV-B radiation on the pollen tube growth

可见光 Light 紫外线B UV-B
纤维素
Cellulose
胼胝质
Callose
酸性果胶质
Acidic pectin
酯化果胶
Esterified pectin
A B
C D
98% 87% 92% 86%
97% 88% 98% 83%
可见光 Light 紫外线B UV-B

A：Calcofluor标记的纤维素；B：苯胺蓝标记的胼胝质；C：LM19标记的酸性果胶质；D：LM20标记的酯化果胶质。D中标尺为 10 μm，适用于所
有荧光图片。荧光图中插入的小图为各荧光图片对应的明场图。荧光图中插入的数值表示具有荧光图显示的细胞壁构建的花粉管占所观察花粉管的
百分数
A: Cellulose marked by Calcofluor; B: Callose marked by aniline blue; C: Acidic pectin marked by LM19; D: Esterified pectin marked by LM20. Bar in D is
10 μm for all of the fluorescent images. The insets show the bright-field images corresponding to the fluorescent images. The inserted values reveal the
percentages of pollen tubes with cell wall construction indicated by the fluorescent images to all observed pollen tubes

图 2 0.4 W·m-2 UV-B 辐射对花粉管细胞壁构建的影响
Fig. 2 Effects of 0.4 W·m-2 UV-B radiation on the pollen tube cell wall construction

2.3 UV-B 对花粉管壁中胼胝质分布的影响
苯胺蓝可以专一与胼胝质中的 β-1,3-葡聚糖结
合，在 380—420 nm紫外光激发下显示绿色或蓝色荧
光。用苯胺蓝检测青杄花粉管细胞壁中胼胝质的分布
情况，结果表明在单纯可见光下培养的花粉管侧壁上
荧光分布较均一，且强度明显强于花粉管顶端（图
5期 刘艾京等：UV-B辐射对青杄花粉管生长的影响 829

2-B），说明正常条件下生长的花粉管侧壁中胼胝质
含量显著高于花粉管顶端。在 UV-B辐射下，86%的
花粉管顶端和亚顶端壁中荧光强度明显大于其余部
位，也显著高于对照花粉管的对应部位；而花粉管两
侧壁中荧光分布不均匀，多数部分无明显的荧光信
号，而个别部位出现斑块状荧光信号（图 2-B），说
明 UV-B 辐射明显促进了胼胝质在花粉管顶端壁中
的分布。
2.4 UV-B 对花粉管壁中酸性果胶质分布的影响
由于新研制的单克隆抗体LM19和LM20与人们
常用的 JIM5 和 JIM7 相比能更专一地分别识别酸性
果胶质和酯化果胶质[24]，因此利用 LM19 和 LM20
来研究 UV-B 辐射对花粉管细胞壁中果胶质分布的
影响。花粉管经 LM19孵育并用二抗 FITC-IgG标记
后，发现单纯可见光下培养的花粉管荧光主要分布在
花粉管侧壁，而顶端没有荧光信号（图 2-C），说明
酸性果胶质主要分布在正常生长的花粉管的侧壁；在
UV-B辐射下，88%的花粉管顶端壁出现较强的荧光，
花粉管两侧壁的荧光分布与单纯可见光下相比也明
显减弱（图 2-C），说明 UV-B辐射影响花粉管壁中
酸性果胶质的分布模式，促进其在花粉管顶端细胞壁
的累积，而降低其在花粉管两侧壁的积累。
2.5 UV-B 对花粉管壁中酯化果胶质分布的影响
花粉管与LM20孵育并用二抗FITC-IgG标记后，
单纯可见光下生长的花粉管显示荧光主要分布在花
粉管最顶端的壁上以及靠近萌发孔的花粉管基部，而
花粉管两侧壁上荧光信号很弱或检测不到（图 2-D），
说明酯化果胶主要分布在正常花粉管的顶端细胞壁；
UV-B 辐射下，83%的花粉管荧光信号分布在整个花
粉管细胞壁上，且侧壁上荧光信号略强于顶端壁（图
2-D），说明 UV-B 辐射也改变了酯化果胶在花粉管
细胞壁上的分布模式，促进其在花粉管侧壁上的分布。
3 讨论
在植物生殖过程中，从花粉散出到花粉管进入花
柱引导组织之前这一阶段都一定程度地暴露于自然
光照下，势必受到太阳光中 UV-B辐射的影响。因此，
前人关于 UV-B 辐射对植物花粉萌发和花粉管生长
的影响已进行了大量研究。然而，目前的研究大多集
中于被子植物[1-8]。与被子植物相比，裸子植物花粉
成熟后没有花瓣和萼片等组织的保护，直接暴露于自
然光照下；裸子植物的花粉萌发时间也长于被子植
物，花粉管生长速度则显著慢于被子植物。因此，在
自然条件下，裸子植物花粉萌发和花粉管生长可能更
多地受到太阳光中 UV-B辐射的影响，对其进行研究
很有必要。本文对裸子植物青杄花粉的研究显示，
UV-B辐射下青杄花粉管长度变短，顶端出现膨大现
象，而且具有剂量依赖性（图 1）。那么，UV-B 辐
射对青杄花粉管长度的影响是由于其抑制花粉萌发，
导致花粉开始萌发的时间变晚所致？还是 UV-B 辐
射直接抑制了花粉管的生长？为了说明上述问题，本
文进一步选取在可见光下已开始萌发，且花粉管长度
约为花粉粒直径的 1/3的萌动花粉，将其继续置于可
见光或不同强度的 UV-B辐射下，12 h后测量花粉管
长度和顶端宽度，所得结果（略）与图 1的结果一致。
可见，UV-B辐射对青杄花粉管的生长具有明显的抑
制作用，这与前人在被子植物上的研究结果一致，暗
示 UV-B辐射抑制植物花粉管生长是一个普遍现象。
尽管大量研究已表明 UV-B辐射抑制花粉管的极
性生长，但目前关于其影响机制却知之甚少。前人研
究表明，花粉管的极性生长依赖于花粉管顶端细胞壁
的延伸性以及侧壁的刚性的维持，而花粉管顶端和侧
壁可塑性的不同是由于其细胞壁的组成结构的非均一
性所导致的[9-11]。花粉管细胞壁组分主要包括纤维素、
胼胝质和果胶质等多糖类物质及结构蛋白[9-11]。目前，
对裸子植物松属和云杉属两类代表植物的花粉管的研
究表明，正常生长的裸子植物花粉管，纤维素一般均
匀分布在整个花粉管细胞壁中，胼胝质含量在花粉管
侧壁中大于顶端壁，而酯化果胶主要分布在花粉管顶
端壁，酸性果胶主要分布在花粉管侧壁[9-23]，这与本
文对正常条件下生长的青杄花粉管的观察结果相一致
（图 2）。同时，前人研究结果也显示，与裸子植物
花粉管生长速度明显慢于被子植物相一致，裸子植
物花粉管顶端壁中纤维素微纤丝密度显著高于被子
植物[9]；生长素处理导致花粉管顶端细胞壁纤维素密
度降低和侧壁微纤丝的排列方向发生改变，进而促进
花粉管生长[13]；抑制裸子植物花粉管极性生长的因素
也常导致胼胝质在顶端壁的累积[17,19-23]、酸性果胶质
与酯化果胶质分布格局的改变[14,16,20]。可见，裸子植
物花粉管细胞壁构建物的有序分布是维持其花粉管极
性生长所必需的。与此相一致，本文结果也表明，与
单纯可见光下正常生长的青杄花粉管细胞壁构建物的
分布格局相比，UV-B 辐射处理明显促进了纤维素和
胼胝质在青杄花粉管顶端壁中的累积，也导致酸性果
胶质由只分布于花粉管侧壁转变为主要分布在花粉管
顶端壁，酯化果胶质由仅分布于花粉管顶端壁转变为
830 中 国 农 业 科 学 49卷

分布于整个花粉管壁中（图 2）。本文结果结合前人
的研究结果说明，UV-B 辐射通过影响青杄花粉管细
胞壁中纤维素、胼胝质和果胶质等构建物的分布进而
抑制了青杄花粉管的极性生长。
花粉管极性生长的调控是一个复杂的过程，它涉
及活性氧、一氧化氮（NO）、Ca2+、细胞骨架和囊泡
运输等信号系统的参与[25-28]。干扰这些信号系统都会
引起花粉管细胞壁构建物分布格局的改变，最终影响
花粉管的极性生长[16-20]。UV-B 辐射对青杄花粉管细
胞壁构建物分布格局的影响模式（图 2）与干扰 NO、
Ca2+、细胞骨架和囊泡运输等信号系统引起的细胞壁
构建的改变均有一定程度的相似性[16-20]，但也较大程
度的不同于硼缺乏、铅胁迫等逆境引起的花粉管细胞
壁构建的改变[21-23]。前人研究也表明 UV-B 辐射抑制
花粉管生长与其促进花粉管内活性氧和 NO的生成有
关[7-8]。据此，推测 UV-B辐射可能通过调控花粉管内
活性氧及 NO的生成和分布格局，进而影响 Ca2+信号
系统及其调控的细胞骨架多态性的维持和定向的囊泡
运输，引起花粉管细胞壁构建的改变，最终抑制花粉
管生长。然而，这一推测有待进一步的探明。
4 结论
UV-B 辐射对裸子植物青杄花粉管极性生长具有
抑制作用，这与其影响花粉管细胞壁中纤维素、胼胝
质和果胶质等构建物的正常分布模式有关。

References
[1] Llorens L, Badenes-Pérez F R, Julkunen-Tiitto R, Zidorn C, Fereres A,
Jansen M A K. The role of UV-B radiation in plant sexual reproduction.
Perspectives in Plant Ecology, Evolution and Systematics, 2015, 17(3):
243-254.
[2] Zhang C, Yang Y P, Duan Y W. Pollen sensitivity to ultraviolet-B
(UV-B) suggests floral structure evolution in alpine plants. Scientific
Reports, 2014, 4: 4520. DOI: 10.1038/srep04520.
[3] Wang Y, Zhang N, Qiang W Y, Xiong Z Y, Du G Z. Effects of reduced,
ambient, and enhanced UV-B radiation on pollen germination and
pollen tube growth of six alpine meadow annual species. Environmental
and Experimental Botany, 2006, 57(3): 296-302.
[4] Koti S, Reddy K R, Kakani V G, Zhao D, Reddy V R. Soybean
(Glycine max) pollen germination characteristics, flower, and pollen
morphology in response to enhanced Ultraviolet-B radiation. Annals
of Botany, 2004, 94: 855-864.
[5] Torabinejad J, Caldwell M M, Flint S D, Durham S. Susceptibility of
pollen to UV-B radiation: An assay of 34 taxa. American Journal of
Botany, 1998, 85: 360-369.
[6] Feng H Y, An L Z, Tan L L, Hou Z D, Wang X L. Effect of enhanced
ultraviolet-B radiation on pollen germination and tube growth of 19
taxa in vitro. Environmental and Experimental Botany, 2000, 43:
45-53.
[7] He J M, Bai X L, Wang R B, Cao B, She X P. The involvement of
nitric oxide in ultraviolet-B-inhibited pollen germination and tube
growth of Paulownia tomentosa in vitro. Physiologia Plantarum,
2007, 131: 273-282.
[8] Wang S W, Xie B T, Yin L N, Duan L S, Li Z H, Eneji A E, Tsuji W,
Tsunekawa A. Increased UV-B radiation affects the viability, reactive
oxygen species accumulation and antioxidant enzyme activities in
maize (Zea mays L.) pollen. Photochemistry and Photobiology, 2010,
86: 110-116.
[9] Derksen J, Li Y Q, Knuiman B, Geurts H. The wall of Pinus sylvestris
L. pollen tubes. Protoplasma, 1999, 208: 26-36.
[10] Geitmann A. How to shape a cylinder: Pollen tube as a model system
for the generation of complex cellular geometry. Sexual Plant
Reproduction, 2010, 23: 63-71.
[11] Geitmann A, Steer M. The architecture and properties of the pollen
tube cell wall. Plant Cell Monographs, 2006, 3: 177-200.
[12] Lazzaro M D, Donohue J M, Soodavar F M. Disruption of cellulose
synthesis by isoxaben causes tip swelling and disorganizes cortical
microtubules in elongating conifer pollen tubes. Protoplasma, 2003,
220: 201-207.
[13] Wu J Z, Lin Y, Zhang X L, Pang D W, Zhao J. IAA stimulates pollen
tube growth and mediates the modification of its wall composition and
structure in Torenia fournieri. Journal of Experimental Botany, 2008,
59(9): 2529-2543.
[14] Parre E, Geitmann A. Pectin and the role of the physical properties of
the cell wall in pollen tube growth of Solanum chacoense. Planta,
2005, 220: 582-592.
[15] Rockel N, Wolf S, Kost B, Rausch T, Greiner S. Elaborate spatial
patterning of cell-wall PME and PMEI at the pollen tube tip involves
PMEI endocytosis, and reflects the distribution of esterified and
de-esterified pectins. The Plant Journal, 2008, 53: 133-143.
[16] Wu X Q, Chen T, Zheng M Z, Chen Y M, Teng N J, Šamaj J, Baluška
F, Lin J X. Integrative proteomic and cytological analysis of the
effects of extracellular Ca2+ influx on Pinus bungeana pollen tube
development. Journal of Proteome Research, 2008, 7: 4299-4312.
[17] Chen K M, Wu G L, Wang Y H, Tian C T, Šamaj J, Baluška F, Lin J
X. The block of intracellular calcium release affects the pollen tube
5期 刘艾京等：UV-B辐射对青杄花粉管生长的影响 831

development of Picea wilsonii by changing the deposition of cell wall
components. Protoplasma, 2008, 233: 39-49.
[18] Chen T, Wu X Q, Chen Y M, Li X J, Huang M, Zheng M Z, Baluška
F, Šamaj J, Lin J X. Combined proteomic and cytological analysis of
Ca2+-calmodulin regulation in Picea meyeri pollen tube growth. Plant
Physiology, 2009, 149: 1111-1126.
[19] Wang Y H, Chen T, Zhang C Y, Hao H Q, Liu P, Zheng M Z,
Baluška F, Šamaj J, Lin J X. Nitric oxide modulates the influx of
extracellular Ca2+ and actin filament organization during cell wall
construction in Pinus bungeana pollen tubes. New Phytologist, 2009,
182: 851-862.
[20] Chen T, Teng N, Wu X, Wang Y, Tang W, Šamaj J, Baluška F, Lin J X.
Disruption of actin filaments by latrunculin B affects cell wall
construction in Picea meyeri pollen tube by disturbing vesicle
trafficking. Plant and Cell Physiology, 2007, 48: 19-30.
[21] Sheng X Y, Hu Z H, Lu H F, Wang X H, Baluska F, Samaj J, Lin J X.
Roles of the ubiquitin/proteasome pathway in pollen tube growth
with emphasis on MG132-induced alterations in ultrastructure,
cytoskeleton, and cell wall components. Plant Physiology, 2006, 141:
1578-1590.
[22] Wang Q L, Lu L D, Wu X Q, Li Y Q, Lin J X. Boron influences
pollen germination and pollen tube growth in Picea meyeri. Tree
Physiology, 2003, 23: 345-351.
[23] Sheng X Y, Zhang S S, Jiang L P, Li K, Gao Y, Li X. Lead stress
disrupts the cytoskeleton organization and cell wall construction
during Picea wilsonii pollen germination and tube growth. Biological
Trace Element Research, 2012, 146: 86-93.
[24] Verhertbruggen Y, Marcus S E, Haeger A, Ordaz-Ortiz J J, Knox P. An
extended set of monoclonal antibodies to pectic homogalacturonan.
Carbohydrate Research, 2009, 344: 1858-1862.
[25] Prado A M, Colaco R, Moreno N, Silva A C, Feijó J A. Targeting of
pollen tubes to ovules is dependent on nitric oxide (NO) signaling.
Molecular Plant, 2008, 1: 703-714.
[26] Reichler S A, Torres J, Rivera A L, Cintolesi V A, Clark G, Roux S J.
Intersection of two signaling pathways: Extracellular nucleotides
regulate pollen germination and pollen tube growth via nitric oxide.
Journal of Experimental Botany, 2009, 60: 2129-2138.
[27] Liu P, Li R L, Zhang L, Wang Q L, Niehaus K, Baluška F, Šamaj J.
Lipid microdomain polarization is required for NADPH oxidase-
dependent ROS signaling in Picea meyeri pollen tube tip growth. The
Plant Journal, 2009, 60: 303-313.
[28] Hepler P K, Rounds C M, Winship L J. Control of cell wall
extensibility during pollen tube growth. Molecular Plant, 2013, 6:
998-1017.

（责任编辑 李莉）