全 文 ：第 27卷　第 2期
　2009 年 6 月　 　 　
四川农业大学学报
Journal of Sichuan Ag ricultur al Unive rsity
　 　 Vol.27　No.2
Jun.2009
　　收稿日期:2008- 12- 03
基金项目:四川省科技厅项目(2008JY0094-2)。
责任作者:丁春邦(E-mail:dcb@sicau.edu.cn)
无机元素对狭叶重楼花粉萌发及花粉管生长的影响
杨　界 , 李　燕 , 罗　莉 , 汤　利 , 丁春邦
(四川农业大学 生命科学与理学院 , 四川 雅安　625014)
摘要:采用离体花粉培养法和方差分析方法 , 研究了钙(Ca2+)、锌(Zn2+)、钼(Mo 6+)3 种无机元素对狭叶重楼花粉
萌发和花粉管生长的影响。结果表明:高浓度的 Ca2+明显抑制花粉的萌发和花粉管的生长 , 低 Ca2+对花粉的萌发
和花粉管的生长也有轻度的抑制作用;高浓度的 Zn2+抑制花粉的萌发和花粉管的生长 , 适量的 Zn2+能促进花粉管
的生长 ,低浓度的 Zn2+对花粉的萌发和花粉管的生长无明显影响;高浓度的 Mo6+抑制花粉的萌发和花粉管的生
长 ,低浓度的 Mo 6+对花粉的萌发和花粉管的生长无明显影响。
关键词:狭叶重楼;花粉萌发;花粉管生长;无机元素
中图分类号:S567.23　　文献标识码:A　　文章编号:1000-2650(2009)02-0199-04
Effects of Mineral Elements on Pollen Germination and Pollen
Tube Growth of Paris polyphylla var.stenophylla
Y ANG J ie , L I Y an , LUO L i , TANG L i , DING Chun-bang
(Colleg e of Biology and Science , Sichuan Ag ricultural Univer sity , Yaan 625014 , Sichuan , China)
Abstract:The ef fects of calcium (Ca2+), zinc (Zn2+)and molybdenum (Mo6+)on pollen germi-
nation and pollen tube g row th of Paris polyphy l la var.stenophy lla were investigated through tis-
sue culture and analy sis of variance.T he resul ts indicated that Ca2+ inhibited the pollen germina-
tion and po llen tube g row th.When the concentration of Zn2+ was high , the pollen germination
and po llen tube g row th w ould be inhibited.If the concentration of Zn2+ was low , i t had no inf lu-
ence on the po llen germination and the g row th of po llen tube.When the concentration of Zn2+ was
w i thin a certain range , the pol len tube grow th w ould be enhanced.When the concentrat ion of
M o
6+
was high , the po llen germination and the g row th of po llen tube w as inhibited.If the con-
centration of M o6+ was low , it had no inf luence on the po llen germination and the g row th of po l-
len tube.
Key words:Paris polyphy l la var.stenophy lla;pollen germination;pollen tube g row th;mineral
elements
　　重楼是延龄草科(Trilliaceae)重楼属(Paris)植
物的统称。全世界约有 24种 10变种和若干变型;
我国种类最多 ,达 19种 10变种 ,以西南各省区资源
最为丰富;四川有 13种 9变种 1变型 ,是重楼属植
物的分布中心之一 [ 1 , 2] 。重楼属植物是一类极具药
用价值的植物 ,具有清热解毒 、消肿止痛之功效 ,用
于咽喉肿痛 、毒蛇咬伤 、跌打伤痛等症[ 3] 。
重楼属为多年生草本 ,其药用部位根茎生长缓
慢 ,从种子发芽到生长成药用商品 ,一般需要 10 ～
15年 。在自然状态下 ,本属植物结实率低[ 4] 。又由
于它具有重要的药用价值 ,民间采用量大 ,因此每年
消耗量远超出了野生重楼的生长量 ,使重楼资源日
趋枯竭 。
花粉粒的萌发及花粉管的生长对植物的生长发
　　　 四川农业大学学报 第 27卷
育具有重要的影响 ,特别是对繁殖后代有决定性作
用。研究表明 ,钙(Ca2+)、锌(Zn2+)、钼(Mo6+)对
启动花粉萌花 、调节花粉管生长具有重要作用[ 5-9] 。
为此 ,笔者以狭叶重楼 P.polyphy l la var.steno-
phy lla为材料 ,探讨了 Ca2+ 、Zn2+ 、Mo6+对花粉萌
发和花粉管生长的影响 ,以期为进一步研究重楼属
植物的有性繁殖特性奠定基础 。
1　材料与方法
1.1　材　料
选择在四川的地域分布和垂直分布均较广的狭
叶重楼为研究对象 ,于 2006年 7月从四川峨嵋山移
栽至四川农业大学生物系药用植物资源圃。材料经
四川农业大学丁春邦教授鉴定 ,凭证标本存于四川
农业大学植物标本室(SA U)。
1.2　实验方法
1.2.1　试验处理
经过初步试验研究 ,选择出最适合狭叶重楼花
粉萌发和花粉管生长的培养基为:15%蔗糖 +
0.07%硼酸+1%琼脂 ,以这种培养基为基本培养基
分别加入不同浓度的 Ca2+ 、Zn2+ 、Mo6+(表 1)。把
配制好的培养基加热溶解 ,调节 pH 值为 6.8 ,在载
玻片上均匀地涂上一层培养基 ,待冷却后用毛刷将
狭叶重楼的新鲜花粉均匀地刷在载玻片上 ,放入垫
有 2层湿滤纸的培养皿中(有花粉粒的一面朝上),
盖上盖 ,在 28 ℃恒温培养箱中培养 。试验 3 次重
复。
表 1　3种无机元素的浓度
Table 1　Three inorganic elements concentration
mg· L-1 　
Ca2+浓度
Concentr ation of
Ca2+
Zn2+浓度
Concentration of
Zn2+
Mo6+浓度
Concent ration o f
Mo6+
0 0 0
1 0.01 20
10 0.1 40
100 1 60
200 10 80
500 20 100
1000 50 120
5000 100 200
1.2.2　花粉萌发率和花粉管生长速率的测定
在培养后的 3 、6 、9 和 21 h ,取出载玻片在光
学显微镜下观测花粉的萌发和花粉管的生长情
况 。每个处理平均观测 5个视野 ,以花粉管长度
大于或等于花粉粒的直径作为萌发标准 ,统计萌
发率;用显微测微尺测量花粉管的长度 , 每个处
理统计 30 个花粉粒 ,计算平均值[ 10] ;用 SPSS 软
件对不同处理条件下统计的花粉萌发率和花粉
管长度进行方差分析 。
2　结果与分析
2.1　Ca2+对狭叶重楼花粉萌发和花粉管生长的影
响
花粉培养 3 h ,0 ～ 200 mg/L 的 Ca2+浓度范围
内花粉能萌发 ,500 ～ 5000 mg/L 的 Ca2+浓度范围
内花粉不能萌发;培养 6 h 后 , 除了 Ca2+浓度为
5000 mg/L 时 ,花粉不萌发外 ,其余的均能萌发(表
2)。0 ～ 1000 mg/ L Ca2+浓度范围内随着 Ca2+浓度
的升高 ,花粉萌发率逐渐降低 , Ca2+浓度达到 100
mg/ L 以上时 ,花粉还有一定程度破裂 。方差分析
表明 ,萌发率在对照 、1 mg/L 和 10 mg/L 浓度下与
100 mg/ L 以上浓度存在显著差异(P <0.05),而对
照组花粉的萌发率最高 , 可达到 90.6%。结果表
明 ,狭叶重楼花粉对 Ca2+非常敏感 ,微量的 Ca2+对
花粉的萌发也有一定的抑制作用 。
在不同的 Ca2+浓度条件下狭叶重楼花粉管的
生长呈现规律性变化 , 0 ～ 5000 mg/L 的浓度范围内
随着 Ca2+浓度的增大 ,花粉管长度呈下降趋势 。方
差分析表明 ,花粉管长度在对照 、1 mg/L 和 10 mg/
L浓度下与 100 mg/ L 以上浓度存在显著差异(P<
0.05),而对照组花粉管长度最长 ,可达到 97.1 μm 。
结果表明 ,狭叶重楼花粉管生长对 Ca2+非常敏感 ,
微量的 Ca2+对花粉管的生长也有一定的抑制作用 。
2.2　Zn2+对狭叶重楼花粉萌发和花粉管生长的影
响
方差分析表明:0 ～ 50 mg/ L 的浓度范围内
Zn
2+对狭叶重楼花粉的萌发速度和萌发率无明显
的影响(P >0.05), 培养 3 h 花粉的萌发率在
70.1%～ 71.8%之间 , 6 h 花粉的萌发率在 75.2%
～ 78.7%之间 , 9 h 花粉的萌发率在 76.2% ～
80.5%之间 ,21 h 花粉萌发率在 79%～ 81%之间;
当 Zn2+浓度达到 100 mg/L 时 ,花粉的萌发率和萌
发速度显著低于其他浓度和对照组(P <0.05)(表
3)。
在不同的 Zn2+浓度条件下 ,狭叶重楼花粉管的
生长速度存在着差异 , 0 ～ 10 mg/L 浓度范围内 ,
Zn2+对花粉管的生长无明显作用(P >0.05);当
Zn
2+浓度为 20 mg/L 时花粉管长度显著高于其他
200
第 2 期 杨　界(等):无机元素对狭叶重楼花粉萌发及花粉管生长的影响 　　　
浓度和对照组(P <0.05), 可达到 265.4μm;而当
Zn2+浓度为 100 mg/L 时对花粉管的生长有明显的
抑制作用(P <0.05)。表明高浓度的 Zn2+抑制花
粉管的生长 ,适量浓度的 Zn2+促进花粉管的生长 ,
低浓度的 Zn2+对花粉管的生长无明显的作用。
2.3　Mo6+对狭叶重楼花粉萌发和花粉管生长的影
响
经 Mo6+处理的狭叶重楼花粉萌发延迟 ,在培
养 3 h后才开始萌发 , 6 h后 , 20 ～ 60 mg/L 浓度范
围内 ,Mo6+对花粉的萌发率和萌发速度无明显的影
响 ,且与对照组无显著差异(P >0.05), 80 ～ 120
mg/ L 浓度范围内 ,随着 Mo6+浓度的增大 ,对花粉
的萌发速度和萌发率的抑制作用越来越明显 ,浓度
为 200 mg/L 时 ,花粉几乎不萌发(表 4)。
表 2　Ca2+对狭叶重楼花粉萌发和花粉管生长的影响
Table 2　The effect of Ca2+ on pollen germination and pollen tube growth of P.polyphylla var.stenophylla
Ca2+浓度
Concentr ation
o f Ca2+(mg · L-1)
3 h 花粉萌发率(%)及花粉管长度(μm)
3 h pollen germina tion
and pollen tube leng th
6 h 花粉萌发率(%)及花粉管长度(μm)
6 h pollen germination
and po llen tube leng th
9 h花粉萌发率(%)及花粉管长度(μm)
9 h po llen ge rmination
and po llen tube length
21 h 花粉萌发率(%)及花粉管长度(μm)
21 h pollen germina tion
and pollen tube leng th
5000 0 0 0 0
1000 0 2.6(17.2) 9.9(18.2) 14.6(20.3)
500 0 8.2(18.2) 10.2(19.6) 14.7(22.5)
200 14.7(15.2) 13.7(21.2) 15.3(29.5) 18.7(46.5)
100 23.4(15.9) 28.0(23.5) 31.1(32.5) 38.9(52.4)
10 26.1(16.1) 38.6(25.2) 80.9(45.8) 81.7(82.3)
1 34.6(17.1) 44.6(28.5) 83.2(54.2) 89.2(95.6)
0 42.9(18.5) 49.0(39.6) 84.5(56.1) 90.6(97.1)
表 3　Zn2+对狭叶重楼花粉萌发和花粉管生长的影响
Table 3　The effect of Zn2+ on pollen germination and pollen tube growth of P.pol yphy lla var.stenophy lla
Zn2+浓度
Concentr ation
o f Zn2+(mg · L-1)
3 h 花粉萌发率(%)及花粉管长度(μm)
3 h pollen germina tion
and pollen tube leng th
6 h 花粉萌发率(%)及花粉管长度(μm)
6 h pollen germination
and po llen tube leng th
9 h花粉萌发率(%)及花粉管长度(μm)
9 h po llen ge rmination
and po llen tube length
21 h 花粉萌发率(%)及花粉管长度(μm)
21 h pollen germina tion
and pollen tube leng th
100 46.2(12.5) 52.9(13.5) 54.0(13.8) 45.7(46.5)
50 70.1(23.5) 75.2(25.8) 76.2(32.2) 80.1(76.2)
20 71.2(63.8) 77.3(125.2) 77.6(169.5) 79.9(265.4)
10 71.7(19.8) 77.3(27.5) 77.9(50.5) 79.7(108.5)
1 71.8(18.6) 78.7(26.5) 78.6(46.5) 79.0(96.8)
0.1 71.1(17.4) 76.8(26.1) 78.3(46.2) 80.9(98.2)
0.01 70.2(17.2) 77.4(25.9) 79.2(46.8) 80.4(99.3)
0 70.4(17.3) 77.5(26.2) 80.5(45.9) 81.0(91.5)
表 4　Mo6+对狭叶重楼花粉萌发和花粉管生长的影响
Table 4　The effect of Mo6+ on pollen germination and pollen tube growth of P.pol yphy lla var.stenophy lla
Mo 6+浓度
Concentr ation
of M o6+(mg · L-1)
3 h 花粉萌发率(%)及花粉管长度(μm)
3 h pollen germina tion
and pollen tube leng th
6 h 花粉萌发率(%)及花粉管长度(μm)
6 h pollen germination
and po llen tube leng th
9 h花粉萌发率(%)及花粉管长度(μm)
9 h po llen ge rmination
and po llen tube length
21 h 花粉萌发率(%)及花粉管长度(μm)
21 h pollen germina tion
and pollen tube leng th
200 0 0 0 0
120 0 10.0(10.2) 15.0(14.5) 21.2(21.5)
100 0 12.8(12.5) 18.5(18.7) 40.9(41.5)
80 0 39.5(39.2) 43.4(42.5) 55.9(57.2)
60 0 46.8(47.5) 55.1(55.7) 62.3(63.8)
40 0 45.2(45.6) 55.7(56.2) 62.1(62.7)
20 0 48.3(48.5) 63.3(64.5) 63.7(65.2)
0 0 46.3(42.3) 62.6(63.2) 64.9(66.8)
201
　　　 四川农业大学学报 第 27卷
　　在不同的 Mo6+浓度条件下 ,花粉管的生长速
度存在着一定的差异 ,当 Mo6+浓度为 20 ～ 60 mg/
L 时对花粉管的生长无明显作用 ,且与对照组差异
不明显(P>0.05)。当 Mo6+浓度为 80 ～ 120 mg/ L
时 ,随着 Mo6+浓度的增大 ,花粉管长度呈下降趋
势。结果表明 ,高浓度的 Mo6+抑制花粉管的生长 ,
低浓度的 Mo6+对花粉管的生长无明显的作用。
3　讨　论
钙是花粉萌发中非常重要的一个影响因子 ,一
般认为 ,高钙有利于细胞的融合和体外受精 , Ca2+
可通过多种途径影响花粉萌发和花粉管的生长 ,其
中涉及细胞骨架的组装 、分泌小泡的运输和融合 、花
粉管顶端的脉冲式生长 、花粉管生长方向调控等各
个方面。因此 Ca2+浓度的紊乱将会导致花粉管生
长受到抑制或完全停止。一般认为适量浓度的
Ca2+能促进花粉萌发和花粉管生长 ,而高浓度 Ca2+
则对其有一定的阻碍和抑制作用[ 11-13] 。本实验结果
表明 ,高 Ca2+明显抑制花粉的萌发和花粉管的生
长 ,低 Ca2+对花粉的萌发和花粉管的生长也有轻度
的抑制作用 ,狭叶重楼的花粉对钙离子很敏感 。这
可能是因为重楼属植物一般生长在酸性土壤环境
中 ,在长期演化过程中 ,适应酸性环境 ,其内源钙能
达到花粉萌发和花粉管生长的要求 ,外源钙会引起
花粉细胞 Ca2+中毒 ,以及过高的细胞膨压 ,从而限
制花粉的萌发和花粉管的生长 。
锌是吲哚乙酸生物合成所必需的元素 ,缺 Zn2+
可使植物失去合成色氨酸的能力 ,而色氨酸是蛋白
质合成所必需的 ,故 Zn2+对植物的生物合成有良好
的促进作用 。本试验表明:20 mg/L 的 Zn2+对狭叶
重楼花粉管的生长有明显的促进作用 ,而 Zn2+浓度
过高会抑制花粉管的生长和花粉萌发 ,低浓度 Zn2+
对花粉的萌发和生长无明显作用。可能由于花粉萌
发和花粉管的生长时内部进行着复杂的酶促反应 ,
高浓度Zn2+使花粉内部的合成产物积累过多 ,这些
合成产物对酶具有反遏制作用 ,从而使花粉内部的
多种酶钝化 ,各种代谢反应难以进行 ,故抑制了狭叶
重楼花粉的萌发和花粉管的生长 。低浓度和适量浓
度的Zn2+对花粉的萌发无明显影响 ,但适量浓度的
Zn
2+能促进花粉管的生长。
钼是植物所必需的微量营养元素 ,是固氮酶 、硝
酸还原酶 、黄嘌呤氧化酶 、亚硫酸氧化酶等多种酶的
重要组成成分 ,影响机体内多种代谢过程 。钼在植
物体中主要参与植物体内氮代谢 、促进磷的吸收和
转运 ,对碳水化合物的运输也起着重要作用[ 6] 。本
实验结果表明 ,低浓度 Mo6+对狭叶重楼花粉的萌
发和花粉管的生长无明显影响 ,但高浓度的 Mo6+
则会抑制花粉的萌发和花粉管的生长 。
参考文献:
[ 1] 　李　恒.重楼属植物[ M] .北京:科学出版社 , 1998.
[ 2] 　李　强 , 丁春邦 , 周永红 , 等.四川重楼属药用植物种类及
地理分布[ J] .时珍国医国药 , 2008 , 19(3):629-631.
[ 3] 　张霄霖 , 刘月婵.重楼的研究与应用[ J] .中国中医药科技 ,
2000 , 5:346-347.
[ 4] 　李运昌 , 李景秀.重楼属植物的繁殖特性[ A] .生物多样性
研究进展-首届全国生物多样性保护与持续利用研讨会论文
集[ C] .北京:科学出版社 , 1995 , 126.
[ 5] 　张绍铃 , 陈迪新 , 康　琅 , 等.培养基组分及 pH 值对梨花粉
萌发和花粉管生长的影响[ J] .西北植物学报 , 2005 , 25
(2):225-230.
[ 6] 　马锋旺 , 韩清芳 , 徐凌飞 , 等.锰和钼对巨峰葡萄坐果和花
粉萌发的影响[ J] .中国果树 , 1992 , 2:19-20.
[ 7] 　孙　颖 , 孙大业.花粉萌发和花粉管生长发育的信号转导
[ J] .植物学报 , 2001 , 43(12):1211-1217.
[ 8] 　Franklin-T ong V E.Signaling and th e m odu lation of pollen
tube g row th [ J] .P lant Cel l , 1999 , 2:727-738.
[ 9] 　Lord E M , Ru ssell S D.T he m ech anisms of pollinat ion and
fert ilizat ion in plants [ J] .Ann Rev Cel l Dev B iol , 2002 , 18:
81-105.
[ 10] 　Malh6 R , Read N D , T rew avas A J , et al.Calcium channel
activi ty during pollen tube grow th andreorientation [ J ] .
P lant Cel l , 1995 , 7:173-184.
[ 11] 　龚　明 , 杨中汉 , 曹宗翼.钙对花粉萌发的启动和对花粉管
生长的调节作用[ J] .北京大学学报(自然科学版), 1995 ,
31:238-249.
[ 12] 　龚　明 , 曹宗翼.钙和钙调素对花粉萌发和花粉管生长的调
控[ J] .植物生理学通讯 , 1995 , 31(5):321-328.
[ 13] 　姚成义 , 赵　洁.钙和硼对蓝猪耳花粉萌发及花粉管生长的
影响[ J] .武汉植物学研究 , 2004 , 22(1):1-7.
(本文审稿:田孟良;责任编辑:巩艳红;英文编辑:李清源)
202