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云南黄连花粉活力和柱头可授性研究



全 文 :云南农业大学学报 Journal of Yunnan Agricultural University,2012,27 (6) :789 - 793 http:/ /xb. ynau. edu. cn
ISSN 1004 - 390X;CODEN YNDXAX E-mail:xb@ ynau. edu. cn
收稿日期:2011 - 10 - 18 修回日期:2012 - 05 - 20 网络出版时间:2012 - 11 - 09 09 ∶ 10
* 基金项目:国家支持计划 (2011BAI13B01) ;云南省科技专项 (2008QA008) ;云南省教育厅基金 (2011Y442)。
作者简介:杨艳娟 (1986 -) ,女,云南祥云人,在读硕士研究生,主要从事药用植物资源及规范化种植研究。
E-mail:yyj836@ 126. com
**通讯作者 Corresponding author:谢世清 (1963 -) ,男,四川眉山人,教授,主要从事药用植物及薯类作物资源及
栽培研究。E-mail:notexie@ 163. com
网络出版地址:http: / /www. cnki. net /kcms /detail /53. 1044. S. 20121109. 0910. 201206. 789_003. html
DOI:10. 3969 / j. issn. 1004 - 390X (n). 2012. 06. 003
云南黄连花粉活力和柱头可授性研究*
杨艳娟1,梁艳丽1,2,杨生超2,李龙根1,李代勋1,谢世清2**
(1. 云南农业大学 农学与生物技术学院,云南 昆明 650201;
2. 云南农业大学,云南省优势中药材规范化种植工程研究中心,云南 昆明 650201)
摘要:通过扫描电子显微镜观察花粉粒的形态特征,采用 I2 - KI 染色法测定云南黄连花粉活力,并通过联苯
胺 +过氧化氢反应液和 3%的过氧化氢测定其柱头可授性。结果表明:云南黄连的花粉粒为近圆球形,具有
萌发孔,表面具有刺状雕纹;花粉活力一天中最强的时间段是 13∶ 30—15∶ 30,最强的时期是散粉时期;I 型
(雌蕊长于雄蕊)的云南黄连柱头可授性高于 II型 (雄蕊长于雌蕊)的。在散粉初期,云南黄连普遍具有较
高的柱头可授性。
关键词:云南黄连;花粉粒;花粉活力;柱头可授性
中图分类号:S 567. 520. 24 文献标识码:A 文章编号:1004 - 390X (2012)06 - 0789 - 05
Study on Pollen Vitality and Stigma Receptivity of Coptis teeta Wall.
YANG Yan-juan1,LIANG Yan-li1,2,YANG Sheng-chao2,
LI Long-gen1,LI Dai-xun1,XIE Shi-qing2
(1. College of Agronomy and Biotechnology,Yunnan Agricultural University,Kunming 650201,China;
2. College of Agronomy and Biotechnology,Yunnan Research Center on Good Agricultural Practice
for Dominant Chinese Medicinal Materials,Kunming 650201,China)
Abstract:The pollen submicroscopic morphology of Coptis teeta Wall was observed with scanning e-
lectron microscopy (SEM). The pollen vitality of C. teeta was evaluated by I2 - KI. Stigma recep-
tivity was estimated by the method of Benzidine-hydrogen peroxide and 3% hydrogen peroxide. The
results showed that the shape of pollen grain of C. teeta was nearly spherical and the appearance of
pollen grain has germination pore with spiny. The 13∶ 30—15∶ 30 was the time of the strongest pol-
len vitality in a day by using I2 - KI for C. teeta. The period for the strongest pollen vitality was polli-
nating period,the pollen receptivity of type I (pistil longer than stamen)was stronger than that of
type II (stamen longer than pistil). The pollen receptivity of C. teeta generally was higher in early
pollinating period.
Key words:Coptis teeta Wall.;pollen grain;pollen vitality;pollen receptivity
云南黄连 (Coptis teeta Wal1.)也称云连或云
黄连,为毛茛科黄连属 (Coptis)[1 - 2]多年生草本
植物,是我国著名的传统中药黄连的原植物之
一[3 - 4],其根茎商品名为云连,是云南省重要的
道地药材品种。目前云南黄连野生群居已经处于
灭绝的边缘,在我国被列为一级濒危保护植物
(按 IUCN1994 的濒危等级和标准,属濒危)。云
南黄连濒危现状的产生,与人为过度采挖及生境
遭到破坏有关,同时更与云南黄连自身繁育特性
有关。云南黄连的繁育系统是兼具有性生殖和无
性繁殖,而以无性繁殖为主。长期的无性繁殖在
种群遗传结构上加速了单一化倾向,使其适应环
境的能力出现迅速衰退的现象。加强云南黄连有
性繁育系统的研究,不仅有利于研究云南黄连的
濒危机制,同时也为云南黄连良种选育及有性繁
殖方式应用于生产奠定坚实的基础。
本研究通过对雌蕊长于雄蕊的云南黄连植株
和雄蕊长于雌蕊的云南黄连植株在不同时期花粉
活力及柱头可授性进行了研究,以期得出云南黄
连花粉活力和柱头可授性的变化规律,确定其授
粉最佳时期。
1 材料与方法
1. 1 材料
选取云南省怒江州贡山县匹河乡知子罗村云
南黄连基地栽培 3 年以上的植株。据笔者观察,
云南黄连的花期比较长,植株花序开花天数可持
续 45 ~ 60 d,单花开花天数 40 ~ 45 d,且开花第 6
或 7 天开始散粉。而据黄骥的观察[5],云南黄连
都是两性花,有雌雄蕊等长、雌蕊长于雄蕊和雄
蕊长于雌蕊 3 种类型的花,但在基地上只观察到
雌蕊长于雄蕊 (Ⅰ型)和雄蕊长于雌蕊 (Ⅱ型)
2 种花型 (图 1) ,二者在花部结构特征上基本是
一致的,由于柱头长短的不同属于异型雌雄异位
中的柱高二态 (花药高度不变,柱头或高于或低
于花药)[6],所以将 2 种类型的花分别进行花粉
活力和柱头可授性的检测,以期得到 2 种花型花
粉活力和柱头可授性的变化规律。
1. 2 方法
1. 2. 1 花粉粒形态特征
采集正在开放、花药成熟的新鲜花朵,用卡
诺固定液固定带回实验室。从花药内取出花粉,
真空干燥、离子溅射镀金膜后在 FEIQUANTA200
扫描电子显微镜下观察并拍照。测量花粉粒的直
径,并计算出平均值。
1. 2. 2 花粉活力测定
开花前在不同云南黄连植株上分别随机选取
2 种花型的花各 20 朵标记并套袋至单花花期结
束。在开花当天从上午 9 ∶ 30—17 ∶ 30,每隔 2 h
取 1 次花粉,之后则在开花第 2 ~ 6 天、散粉第 1
天 (即开花第 7 天第 1 枚花药开裂时)直到花被
完全脱落时止每天于 13∶ 00 取 1 次花粉测定花粉
活力。花粉活力的测定采用 I2 - KI染色法
[7]。
1. 2. 3 柱头可授性测定
在开花前随机标记当天将要开放的云南黄
连 2 种花型的花各 10 朵,并取 2 种不同花型的
云南黄连雌蕊,取材时间在开花当天从 9 ∶ 30
开始到 17 ∶ 30 每隔 2 h 取材 1 次,之后每天
13 ∶ 30分别取 10 朵花的雌蕊,将其浸入含有联
苯胺 +过氧化氢反应液 [V (1% 联苯胺) ∶ V
(3% 过氧化氢) ∶ V (水) = 4 ∶ 11 ∶ 22] 和
3%过氧化氢的凹面载玻片中[8],若柱头具可
授性,则柱头周围呈现蓝色并有大量气泡出
现。柱头可授性的强弱依据气泡产生的多少和
快慢来判断 (图 2)。
097 云南农业大学学报 第 27 卷
2 结果与分析
2. 1 花粉粒的形态特征
云南黄连花粉粒为近圆球形,直径 13. 59 ~
17. 86 μm,平均 14. 85 μm,具散孔。有孔盖,孔
盖上有几颗短刺,花粉粒表面具刺状雕纹,刺呈
尖三角形 (图 3)。
197第 6 期 杨艳娟,等:云南黄连花粉活力和柱头可授性研究
2. 2 花粉活力变化规律
由图 4 可以看出Ⅱ型云南黄连开花当天花粉
也具活力,11 ∶ 30 花粉活力最低,在 13 ∶ 30—
15∶ 30花粉活力最高;从整个开花时期可以看出,
开花第 2 天花粉活力达最低,开花第 6 天达到最
高,开花第 7 天即散粉第 1 天 (此时云南黄连第
1 枚花药开裂,散粉阶段开始)花粉活力降低,
之后略有升高直至散粉第 4 天 (即开花第 10 天)
开始花粉活力又升高并保持至花被完全脱落。
由图 4 可以看出,Ⅰ型云南黄连在开花当天
花粉就具活力,11 ∶ 30 花粉活力最低,在 17 ∶ 30
花粉活力达到最高;从整个开花时期来看开花第
3 天花粉活力最低,以后花粉活力逐渐升高,开
花第 6 天达到最高,一直持续到散粉的第 3 天
(即开花第 9 天)时花粉活力突然降低,随后又
升高并一直保持较高的活力至花被完全脱落。
从开花至花被完全脱落,Ⅰ型与Ⅱ型花粉活
力总体趋势相似,从开花到散粉花粉活力基本都
呈上升趋势,散粉阶段 (花药开裂阶段)花粉活
力高于开花阶段。对于 2 种花型来说,一天中在
13∶ 30—15∶ 30 之间云南黄连的花粉活力均较强,
此时期访花昆虫出现也较其他时期频繁。在开花
当天Ⅱ型的花粉活力强于Ⅰ型的。在开花第 2 天
Ⅱ型的花粉活力为最低,而Ⅰ型的花粉活力则在
开花的第 3 天为最低,之后两者的花粉活力均呈
上升趋势且都在开花第 6 天达到最高。
开花 6 d后开始散粉,散粉阶段的第 1 ~ 3 天
2 种花型的云南黄连花粉活力较开花第 6 天均有
所降低,但之后都逐渐升高,并一直保持较高的
花粉活力直到花被完全脱落。整个后期Ⅰ型和Ⅱ
型两者的花粉活力趋势基本是一致的。
2. 3 云南黄连的柱头可授性
由表 1 可看出,总体而言,Ⅰ型不仅柱头可
授性要强于Ⅱ型,而且持续时间也长于Ⅱ型的。
从开花到花被开始萎蔫 (P3) ,Ⅰ型除去开花当
天上午 11 ∶ 30 以外,其余时期均具有最强的柱
头可授性,花被脱落、花丝大部分萎蔫 (P4)、
花丝全脱落 (P5)柱头可授性减弱,到花丝完
全脱落 (P6)时柱头可授性完全散失;Ⅱ型云
南黄连在开花当天 9 ∶ 30—11 ∶ 30 柱头不具可授
性,13∶ 30—17∶ 30 柱头开始具有可授性,以后
柱头可授性逐渐增强,开始散粉 (P1)和大部
分花药散粉 (P2)时期达到最强,以后柱头可
授性完全散失。
表 1 云南黄连柱头可授性
Tab. 1 The pollen receptivity of C. teeta Wall.
花型
type
第 1 天 the 1st day
9∶ 30 11∶ 30 13∶ 30 15∶ 30 17∶ 30
第 2
天 the
2nd
day
第 3
天 the
3rd
day
第 4
天 the
4th
day
第 5
天 the
5th
day
第 6
天 the
6th
day
S1 S2 S3 S4 S5 S6
Ⅰ型
Ⅰtype
+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + -
Ⅱ型
Ⅱtype
- - + + + + + + + + + + + + + + + + + + + - - - -
注: - . 柱头不具有可授性; + . 柱头具有可授性; ++ . 柱头具有较强可授性; +++ . 柱头具最强可授性;S1. 开始
散粉;S2. 大部分花药散粉;S3. 花被开始萎蔫;S4. 花被脱落、花丝大部分萎蔫;S5. 花丝全脱落;S6. 花丝完全脱落。
Note: - . the stigma without pollen receptivity; + . the stigma with little pollen receptivity; ++ . the stigma with strong pollen
receptivity; +++ . the stigma with the strongest pollen receptivity;S1. beginning pollinating;S2. most of pollen beginning loose
powder;S3. begin wilting of perianth;S4. perianth dropped and most of filaments wilting;S5. filaments dropped;S6. all the fila-
ments dropped.
3 讨论
通过扫描电镜观察,云南黄连的花粉粒形态
为近圆球形,根据花粉粒直径大小分类,属于小
型花粉,表面具刺状雕纹符合蜂类传粉的特
征[6],刺呈尖三角形,这与味连的花粉粒形态十
分相似,但云南黄连的花粉粒直径小于味连
(18 ~ 22 μm)。
在许多植物中,避免自交是雌雄异位的主要
功能,甚至是决定性的因素。观察研究中发现云
297 云南农业大学学报 第 27 卷
南黄连具雌蕊长于雄蕊和雄蕊长于雌蕊 2 种花型,
且 2 种花型属于异型雌雄异位中的柱高二态,大
部分学者认为柱高二态不是一种稳定的开花策略,
而是二型花柱进化过渡阶段的不稳定情形[6],这
种异位方式避免了雌雄功能之间的干扰。
Ⅱ型与Ⅰ型两种花型的云南黄连花粉活力变
化趋势相似,从开花第 4 天开始,花粉活力不断
升高,其中,散粉阶段 (花药开裂阶段)花粉活
力高于开花阶段。在一天中,在 13 ∶ 30—15 ∶ 30
时间段内花粉活力最高。在开花当天,Ⅱ型云南
黄连花粉活力高于Ⅰ型的。
柱头可授期是花朵成熟过程中的一个重要时
期,它能在很大程度上影响自花传粉率、开花不
同阶段的传粉成功率、雌性和雄性功能之间的相
互干扰等[10]。Ⅰ型云南黄连的柱头可授性在任何
时期都比Ⅱ型高。因此在杂交育种中更适于作母
本使用。
通过上述云南黄连植物花粉活力和柱头可授
性的变化规律可知,云南黄连授粉的最佳时期是:
开花的第 5,6 天,散粉的第 1,2 天 (即开花第
7,8 天)。这一时期,不仅花粉活力高,且柱头
具最强可授性。
大多数植物的花粉活力和柱头可授性多可
保持几天至十几天,由上述研究可以看出,云
南黄连与普通植物相比,其花粉活力和柱头可
授性保持时间较长,这与其所处的生态环境是
息息相关的。高山植物为了适应严酷的环境条
件都必须应对短而寒冷的生长季节[11 - 15],云南
黄连的适生环境为高山环境,其盛花期正处于
其生境地低温、多雨雪时期,传粉者的活动能
力较低,云南黄连较长的花粉活力和柱头可授
性的持续时间,对有性生殖的顺利完成及种群
延续具有重要意义。
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