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有斑百合花粉低温贮藏研究



全 文 :第37卷第1期
2 0 1 4年1月
河 北 农 业 大 学 学 报
JOURNAL OF AGRICULTURAL UNIVERSITY OF HEBEI
Vol.37No.1
Jan.2 0 1 4
   
文章编号:1000-1573(2014)01-0054-05  DOI:10.13320/j.cnki.jauh.2014.0011
有斑百合花粉低温贮藏研究
赵婵璞1, 张泉卫2, 史宝胜1, 刘冬云1
(1.河北农业大学 园林与旅游学院,河北 保定071000;2.大连软件园安博开发有限公司,辽宁 大连116000)
摘要:以有斑百合为试材,研究了不同贮藏温度、花粉含水量、冻存方式及解冻方式对有斑百合花粉萌发率的影
响。结果表明:低温冷冻保存是实现有斑百合花粉长期保存一个有效的途径,-80℃贮藏可以使花粉保持2年
的生命力;有斑百合花粉在室温下干燥脱水处理8~12h,含水量最适宜范围为18%~22%,效果较好;采用液
氮预冻再投入中-80℃保存,有效提高了超低温保存后有斑百合花粉的萌发率;采用35℃温水快速化冻和0℃
化冻方式,均能保持较好的冷冻低温花粉保存效果。
关 键 词:有斑百合;花粉;萌发率;低温保存
中图分类号:S682.2 文献标志码:A
Studies on cryopresevration of Lilium concolor var.pulchellum
ZHAO Chan-pu1,ZHANG Quan-wei 2,SHI Bao-sheng1,LIU Dong-yun1
(1.Colege of Landscape Architecture and Tourism,Agricultural University of Hebei,Baoding 071000,China;
2.Software Park Anbo Development Co.Ltd.,Dalian 116000,China)
Abstract:Taking Lilium concolor var.pulchellumas the test material,effects of different stor-
age temperature,water content of polen,pre-freezing and thawing methods on germination
rate of polens were investigated.The results showed that cryopreservation is an effective way
to achieve long-term preservation in the polens of Lilium concolor var.pulchellum,it can
make the vitality of polens maintain for 2years under-80℃;a moisture range of 18%-22%
was suit for cryopreservation of polens in Lilium concolor var.pulchellum,and it was better
that it took 8-12hto dry and dehydrate by the dry dish at room temperature;it can effectively
improve the germination rate after cryopreservation by the freezing of liquid nitrogen firstly and
then preserved in-80℃;and it can keep a better preservation effect by the way in 35℃warm
rapid thaw or 0℃thaw.
Keywords:Lilium concolor var.pulchellum;polen;viability;cryopreservation
           
收稿日期:2013-09-18
基金项目:河北省教育厅项目:河北省野生耐阴性地被植物资源的收集筛选及应用研究(2010253).
作者简介:赵婵璞(1988-),女,河北省赞皇县人,在读硕士生,研究方向:园林植物资源与应用.
通讯作者:刘冬云(1971-),女,河北省赞皇县人,硕士生导师,研究方向:主要从事百合遗传育种研究.
E-mail:dongyunliu@hebau.edu.cn
第1期 赵婵璞等:有斑百合花粉低温贮藏研究 55    
  有斑百合(Lilium concolor var.pulchellum)
为百合科(Liliaceae)百合属(Lilium)渥丹(Lilium
concolor)的变种,花姿优美,花色橘红色,花瓣上有
褐色斑点,具有较高的观赏价值。其种质资源丰富,
广泛分布于朝鲜、俄罗斯以及中国大陆的内蒙古、吉
林、山东、山西、河北、辽宁、黑龙江等地。
百合抗逆性极强[2],其种质资源保存及育种工
作的开展是百合研究的重要方面。自然条件下百合
花粉生命力保持时间很短,很难满足育种上的需求,
为了延长花粉的生命力及克服杂交育种时间及空间
上的限制,有斑百合花粉的超低温保存研究具有重
要意义。目前,关于百合的研究有形态[3]、核型[4]、
抗性[5-6]、花粉保存等方面。花粉保存方面的研究表
明,干燥和低温有助于维持花粉生活力[7],并且野生
百合花粉生活力高于栽培品种[8]。因此本试验主要
研究不同贮藏温度、花粉的含水量、冻存及化冻方式
对有斑百合花粉萌发的影响,以期服务于百合的杂
交育种工作。
1 材料与方法
1.1 材料
本试验以有斑百合(Lilium concolor var.pul-
chellum)盛花期的新鲜花粉为材料,百合植株于
2008年6月由辽宁省开原市靠山镇引种至河北农
业大学试验苗圃,本试验于2009—2011年在河北农
业大学园林与旅游学院实验室进行。
1.2 试验方法
1.2.1 贮藏温度对花粉生活力的影响 采集当天
开放的新鲜花粉,将花粉干燥8h后,用硫酸纸包裹
装于盛有1/4硅胶颗粒的冻干管中,分别放置在
0~4,-20,-40,-80℃温度下保存。分别于0,
30,60,90,120,150,180,240,360,480,600,720d
时测定花粉的萌发率。保存的花粉用35℃水浴快
速化冻5~10min,然后对所有处理进行萌发培养
测定花粉生活力。
1.2.2 花粉含水量对低温贮藏花粉生活力的影响
 开花当天采集有斑百合新鲜花粉,在硫酸纸上摊
开,置于盛有硅胶颗粒的干燥器中分别干燥4,8,
12,24,48h后放于-80℃保存,测定花粉含水量,
然后贮藏于-80℃下,分别于240,360,480,600和
720d测定花粉的萌发率以及不同的干燥时间对花
粉萌发率的影响。
含水量采用烘干法[9]进行测定,将称量瓶在
120℃的烘箱中烘至恒重,用万分之一分析天平称
量为W1,然后加入花粉(0.1~0.2g),称量为W2,
放入烘箱,120℃进行烘干(10min左右),将称量瓶
取出,用干燥皿冷却,称重并记下读数,反复称重,直
至恒重,称量为W3,计算花粉的含水量,试验设3次
重复,相对含水量取其平均值。
相对含水量(%)=(W2-W3)/(W2-W1)×100
1.2.3 不同冻存方式对低温贮藏花粉生活力的影
响 将采集好的花粉分别经过不同的冻存处理方式
进行贮藏,之后每隔一定时间测定一次各组花粉的
萌发率及其萌发的状况。将经过8h干燥的花粉放
入1.5mL的冻存管中,每个冻存管中装入的花粉
量以不超过冻存管容积的2/3为宜,将瓶盖拧紧,再
将装有花粉的冻存管进行以下几种方式冻存:
A:直接放入温度为-80℃的冰箱中贮藏;
B:分别经过0恒温(24h)、-20℃恒温(24h)、
-40℃恒温(24h)、-80℃恒温(24h)变温预冻处
理,然后置于-80℃冰箱中保存;
C:用液氮 (-196 ℃)处理之后迅速放入
-80℃冰箱中保存。
在冷藏240,480,600,720d后,将冻存管从
-80℃冰箱中取出,迅速放入37℃温水浴中化冻
(5~10min),从冻存管中取出花粉,置于室温片刻
后再作相关的测定工作。
1.2.4 不同解冻方式对的花粉萌发率的影响 粉
经-80℃保存后,分别于0,240,480,600和720d
取出,采用以下4种方式进行化冻:
A:室温解冻:将花粉从-80℃冰箱中取出,将
花粉直接在室温下解冻30min后,再培养观察其花
萌发率。
B:水浴解冻:将花粉从-80℃冰箱中取出,放
在指形管中,在温度为35℃的水浴锅中水浴处理
10min,然后再培养,观察其萌发率。
C:温度过度解冻:分别在-80℃恒温(24h)、
-40℃恒温(24h)、-20℃恒温(24h)、0℃恒温
(24h)做温度过渡解冻处理,然后再培养,观察其萌
发率。
D:0℃解冻:将花粉从-80℃冰箱中取出,直
接放在0℃冰箱中解冻30min,然后再培养,观察
其萌发率。
1.3 数据处理
数据处理采用EXCEL2010和 DPS7.05数据
处理软件。
56  河 北 农 业 大 学 学 报     第37卷   
2 结果与分析
2.1 贮藏时间和温度对花粉萌发率的影响
花粉萌发受贮藏时间和贮藏温度的影响,如图
1所示。随着贮藏天数的延长,各贮藏温度下有斑
百合花粉萌发率均逐渐降低,贮藏60d后,仍然保
持较高的萌发率,平均为93.25。0~4℃低温下,贮
藏到90d时萌发率下降了15.79%;至贮藏150d
时萌发率下降了75.79%,仅为23.12%;至贮藏
180d时,花粉停止萌发。相对于0~4℃的低温贮
藏,-20℃冷冻贮藏能够使花粉的生命力得到较长
时间的保存,-20℃下有斑百合花粉的生命力下降
趋势较为缓慢,贮藏至180d时,萌发率下降了
23.96%,为72.24%,贮藏至600d时花粉丧失发芽
率。与-20℃贮藏相比较,-40℃贮藏没有使有
斑百合花粉的生命力得到显著的延长,但在相同贮
藏时间内其花粉的萌发率较-20℃下贮藏的萌发
率要高,-40℃贮藏下有斑百合花粉的生命力在
180d之前均表现出缓慢下降的趋势,之后下降较
快,至240,480d时,有斑百合花粉萌发率分别比比
-20℃高21.92%,153.33%。-80℃贮藏使花粉
的生命力得到更长时间的保存,至360d时,花粉仍
保持较高的萌发率,在85%以上;至480d时,花粉
萌发 率 为 79.86%,分 别 比 -40,-20 ℃ 高
110.53%,433.33%,仍可以用于授粉;至600d时,
萌发率为44.56%,仍然可以用于杂交育种;至
720d时仍然保持23.77%的萌发率,可见-80℃贮
藏能够很好的保持花粉的生活力,可用于有斑百合
花粉的贮藏。
图1 不同温度下贮藏花粉的萌发率
Fig.1 The germination rate of polen storage
in different temperature
2.2 花粉含水量对低温贮藏花粉萌发率的影响
花粉含水量的大小对冷冻低温贮藏花粉的萌发
有重要影响,由表1可以看出,有斑百合新鲜花粉的
含水量在45.6%左右,如果不加干燥处理直接冷冻
的花粉在第240天时已经仅有30.4%的萌发率,在
冷冻第480天时则仅有极少量的萌发(2.3%),而进
行不同时间干燥处理后贮藏的花粉均比未进行干燥
处理的花粉萌发率高。其中,经过4h干燥处理后,
花粉的含水量为36.5%,在贮藏第600天时仍有
16.5%的花粉萌发率;经过8h和12h干燥处理后
的花粉在贮藏至第720天时仍有一定的萌发率,分
别为20.7%和16.7%,其贮藏前对应的含水量分别
为21.3%和18.4%;而经过24h和48h干燥处理
后的花粉在贮藏至第600天时也已经几乎丧失生活
力,其对应的含水量分别为10.6%和5.3%。因此,
干燥8~12h,含水量在18%~22%能够长期保存
花粉的生活力。
表1 花粉含水量对有斑百合贮藏花粉萌发率的影响
Table 1 The effect of water contents on the germination rate of frozen lily polen
含水量及贮藏后花粉萌发率/%
Water content and storage of polen
germination rate
花粉干燥时间/h
Polen drying time
0  4  8  12  24  48
花粉含水量 45.6±3.2 36.5±2.8 21.3±1.3 18.4±1.5 10.6±0.7  5.3±0.3
冷冻前萌发率 97.6±5.6 97.8±5.3 93.4±4.6 90.6±3.8 86.3±4.1 79.5±3.8
冷冻240d后花粉萌发率 30.4±2.2 83.3±3.5 88.5±2.9 75.1±3.1 73.6±4.2 53.2±3.2
冷冻480d后花粉萌发率 2.3±0.6  44.5±2.5 78.3±4.3 42.5±3.6 36.4±2.6 22.7±1.8
冷冻600d后花粉萌发率 0  16.5±2.4 41.6±3.5 40.3±2.7  4.3±0.2  2.6±0.1
冷冻720d后花粉萌发率 0  0  20.7±1.3 16.7±0.8  0  0
2.3 冻存方式对低温贮藏花粉萌发率的影响
低温贮藏花粉萌发率的大小受冻存方式的影
响,由表2可以看出,经过变温预冷冻(0~-2℃~
-40℃恒温)的花粉在贮藏期间花粉的萌发率下降
第1期 赵婵璞等:有斑百合花粉低温贮藏研究 57    
很快,到第600天时仅有1.6%的花粉萌发率,而直
接冷冻和经过液氮处理后冷冻的花粉则在贮藏至第
600天时,仍然有较高的萌发率,分别为41.6%和
48.3%。
表2 冻存方式对有斑百合贮藏花粉生活力的影响
Table 2 The effect of different storage temperature on germination rate of lily polen
冻存方式
Freezing method
不同贮藏天数的花粉萌发率/%
Germination rate of lily polen with different storage times
0  240  480  600  720
直接冷冻 97.6±5.6  82.5±3.8  58.3±2.4  41.6±2.2  20.7±0.6
变温预冻 97.6±5.6  50.3±2.5  30.7±1.6  1.6±0.2  0.3±0.1
液氮(-196℃)预冻 97.6±5.6  90.7±3.6  80.5±3.3  48.3±1.8  23.6±0.8
2.4 不同化冻方式对的花粉萌发率的影响
不同的化冻方式对有斑百合花粉低温保存效果
的影响差异不大,从表3的试验结果可以看出,采用
35℃温水水浴解冻、逐渐解冻和0℃解冻,花粉均
具有普遍较高的萌发率,至480d时花粉的萌发率
在78.2%~85.3%之间,但在室温下(5月中旬,
25~28℃)自然解冻的花粉萌发率则较低,第480
天时为32.4%,明显低于其他3种方法。可见,有
斑百合的解冻方式可以采用35℃水浴解冻、逐渐解
冻和0℃解冻3种方法。
表3 化冻方式对有斑百合贮藏花粉生活力的影响
Table 3 The effect of different thawing ways on the germination rate of lily polen
解冻方式
Thawing
不同贮藏天数的花粉萌发率/%
Germination rate of lily polen with different storage times
0  240  480  600  720
直接室温解冻 97.6±5.6  52.6±2.7  32.4±2.2  18.6±0.6  0
35℃水浴解冻10min  97.6±5.6  91.5±5.1  81.6±3.0  25.3±1.2  20.7±1.1
逐渐解冻 97.6±5.6  92.4±4.3  85.3±3.2  29.7±1.6  20.3±0.8
0℃解冻30min  97.6±5.6  90.3±3.5  78.2±2.8  30.6±2.1  22.3±1.3
3 讨论与结论
研究表明,保存温度影响着花粉的寿命,低温能
够降低花粉的呼吸作用,从而延长花粉的生命
力[10]。花粉细胞在低温状态下,细胞内的水分变成
固态,不能被利用,新陈代谢基本停止[11]。耿兴敏
等[12]研究表明,唐菖蒲花粉在-80℃保存1年后,
仍具有2.3%的萌发率,还可以进行授粉应用。李
秉玲等[13]研究表明,超低温保存可以使日本牡丹品
种花粉寿命至少延长至2年,经超低温保存2年,花
粉仍然具有较高的生命力。罗凤霞等[14]研究表明,
贮藏温度对东方百合花粉萌发率影响很大,常温条
件最差,-18℃冷藏条件比4℃更有能保持花粉生
命力。本试验中,随着温度的降低,有斑百合花粉生
命力下降趋势逐渐缓慢。0~4℃的低温贮藏使有
斑百合花粉的生命力延长至180d;在-20,-40℃
冷冻贮藏使花粉的生命力得到更好的保存,直到
600d时花粉才丧失生命力,-80℃贮藏使花粉能
保存2年。综上所述,有斑百合花粉在经过长达2
年的低温保存后,虽然花粉萌发率逐渐降低,但萌发
率能保持在一个较高的水平,因此,总体来说
-80℃低温保存实现了有斑百合花粉的长期保存。
含水量的多少在花粉的低温贮藏过程中起着关
键因素。花粉低温冷冻过程中,含水量高的花粉的
细胞内会由于水分结冰而形成冰晶,使得花粉丧失
萌发率,导致低温贮藏期缩短,因此适宜的花粉含水
量是花粉贮藏的重要条件[15]。赵兴华等[16]研究了
6种百合花粉的贮藏研究,以低温干燥最能够保持
花粉活力。赵云等[17]研究表明,诸葛菜花粉寿命较
短,未干燥的花粉不耐冰冻,干燥花粉在-20℃保
存40d时,在液氮中生活力基本不变。本试验探讨
了有斑百合花粉含水量与低温贮藏的关系。有斑百
合花粉经过8h和12h干燥处理后,贮藏至第720
天 时仍有一定的萌发率,分别为20.7%和16.7%,
58  河 北 农 业 大 学 学 报     第37卷   
其贮藏前对应的含水量分别为21.3%和18.4%,这
说明20%左右的花粉含水量是有斑百合花粉贮藏
适宜的含水量,可以使花粉贮藏达到2年。
不同的冻存方式对花粉低温冷冻贮藏有一定的
影响,预冷冻处理对花粉贮藏的效果因植物种类的
不同而不同。预冷冻的目的是为了避免细胞内结冰
造成对细胞原生质的伤害。本研究中有斑百合的预
冷冻处理的效果并不理想,有斑百合花粉的超低温
保存无需进行预处理,花粉经过干燥处理后可以直
接进行超低温保存。
解冻方式对低温贮藏后花粉的萌发具有很大影
响[18]。当环境条件恢复到正常时,花粉要达到保存
前的状态,内部环境也需要有一个恢复过程[19]。花
粉经过超低温保存材料后,解冻时再次结冰的温度
范围为-10~-5℃[20],合适的解冻方式能有效的
避免细胞内再次结冰,并且能够防止水的渗透冲击
对细胞膜系统的破坏[21]。本试验中室温解冻效果
最差,逐渐解冻(-80 ℃24h -40 ℃24h—
-20℃24h—0℃24h)方法较为繁琐,故建议采用
35℃水浴解冻10min和0℃解冻30min 2种方
法。这与尚晓倩[22]研究的芍药花粉超低温贮藏解
冻方式研究结果相似。
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(编辑:宗淑萍)