全 文 ：第 29卷第 2期
2011年 4月
上 海 交 通 大 学 学 报(农 业 科 学 版)
JOU RNAL OF SHANG HAI JIAOTONG UNIVERSIT Y(AGRICULT URAL SCIENCE)
Vol.29 No.2
　Apr.2011
文章编号:1671-9964(2011)02-0083-05　 DOI:10.3969/ J.ISSN.1671-9964.2011.02.015
收稿日期:2010-12-14
基金项目:中央高校基本科研业务费专项资金项目;山西省科技厅攻关项目(041039)
作者简介:李俊英(1974-),女 ,博士研究生 ,讲师 ,研究方向:园林植物及园林景观设计, E-mail:l jy75222@163.com;
杜克兵(1978-),男 ,博士 ,讲师 ,研究方向:林木遗传育种 , E-mail:kebingdu@mai l.hzau.edu.cn
大叶杨花粉离体萌发和贮藏条件的研究
李俊英1 , 陶　慧2 , 许　林3 , 杜克兵2 , 涂炳坤2
(1.山西农业大学 林学院 , 山西 太谷 030801;2.华中农业大学 园艺林学学院 ,武汉 430070;
3.武汉市林业果树科学研究所 ,武汉 430075)
摘　要:以 15 ～ 20 a生大叶杨(Populus lasiocarpa Oliv.)花粉为试材 ,研究了不同培养基对其萌
发的作用 ,初步探讨了贮藏温度对花粉生活力的影响。结果表明 ,花粉在 25 ℃下培养 24 h萌发率
趋于稳定;培养基中添加蔗糖和 H 3BO 3 可使花粉萌发率显著提高;随蔗糖和 H3 BO 3 浓度升高 ,萌
发率呈现先升高再降低的趋势 ,在 5%蔗糖 +50 mg/ L 硼酸的培养基上达到最高 ,为 56.33%;培
养基中添加 50 ～ 200 mg/L GA 3 对大叶杨花粉的萌发具有明显的抑制作用;花粉自然干燥后贮藏
于-20 ℃条件下较为适宜。本研究结果对利用大叶杨优良资源培育优良山地杨树新品种 ,进一步
扩大杨树种植区域 ,解决平原地区土地资源紧张等问题具有重要意义 。
关键词:大叶杨;花粉萌发;离体条件;贮藏
中图分类号:S 792.115　　　　文献标识码:A
Studies on Pollen Germination in vitro and Storage
Condit ions of Populus lasiocarpa Oliv.
LI Jun-y ing 1 , TAO Hui 2 , XU Lin3 , DU K e-bing2 , TU B ing-kun 2
(1.Co llege of For estry , Shanx i Ag ricultur al Unive rsity , Taigu 030801 , China;2.College o f Ho r ticulture and
Forestry Sciences , Huazhong Ag ricultura l Unive rsity , Wuhan 430070 , China;3.Scientific and
Research Institute o f Fo restry and F ruit Sciences of Wuhan City , Wuhan 430075 , China)
Abstract:Effects of dif fe rent medium and storage temperature on po llen germinat ion of 15 ～ 20 year-old
Pop ulus lasiocarpa Oliv.were studied.The results indicated that po llen ge rmination rate tended to be
stable af ter cul turing fo r 24 h under 25 ℃.Pollen germinat ion rate increased g reat ly w hen sucro se and bo ric
acid w as supplemented in the medium.A s the concentrations of sucrose and bo ric acid increased , the pollen
germination rate ascended f irstly , and then descended.The highest pollen germination rate (56.33%)was
observed on the medium w ith 5% sucro se and 50 mg/L H3 BO 3 .50 ～ 200 mg/L GA 3 inhibi ted pollen
germination significant ly.The optimum po llen storage condi tion w as under -20 ℃ af ter natural drying.
These resul ts are of significance for breeding elite cul tivars in mountain areas utilizing P.lasiocarpa as
excellent resource s ,broadening Populus planting regions and resolving the problem o f land sho rtag e.
Key words:Pop ulus lasiocarpa Oliv.;pollen ge rm inat ion;condition in v i tro;sto rage
上 海 交 通 大 学 学 报(农 业 科 学 版) 第 29卷
　　大叶杨(Populus lasiocarpa Oliv.)是杨柳科
(Salicacae)杨 属 (Populus L.)大 叶 杨 派
(Leucoides)的 1个种 ,是杨属中最古老最原始的树
种之一 ,也是杨属中唯一的两性花植物 ,为我国特有
树种 ,仅湖北 、陕西 、四川 、贵州和云南省有野生种分
布。大叶杨适宜生长于海拔 600 ～ 2 800 m 的山地 ,
喜湿润温凉气候 ,有一定的耐寒能力 ,是培育山地杨
树的潜在优良育种材料。充分利用大叶杨的基因资
源 ,是培育优良山地适栽品种的途径之一 ,对扩大杨
树种植区域 ,解决平原地区土地资源紧张等问题具
有重要意义。大叶杨的相关报道主要集中于上世纪
80年代中后期 ,研究内容涉及大叶杨的生殖生物
学[ 1-5] 和分类学研究[ 6-7] 等方面 ,此后国内关于大叶
杨的研究少有报道。
花粉生活力测定是开展杂交育种研究的基础性
工作 。但关于大叶杨花粉生活力的研究未见报道 。
此外 ,杨树多为雌雄异株植物 ,花期短 ,父母本花期
常常不遇 ,给人工杂交授粉造成了一定困难。花粉
贮藏是解决这一问题的有效途径 ,它打破了杂交亲
本的时间和空间隔离 ,扩大了杂交育种的范围 ,增加
了获得新品种的机会[ 8] 。本文以野生大叶杨花粉为
试材 ,对其花粉离体萌发和贮藏方法进行研究 ,旨在
为利用大叶杨优良资源开展杂交育种 ,培育山地杨
树新品种奠定基础。
1　材料与方法
1.1　试验材料
2010年 4月初 ,于湖北省宜昌市樟村坪林场(E
111°08′,N 31°16′,海拔 1210 m)剪取 3株 15 ～ 20
年生的野生大叶杨树冠中部的粗壮 1 a生枝条 ,置
于华中农业大学林木遗传育种实验室中室温下水
培。收集盛花期的新鲜花粉充分混合 ,于室内阴干
24 h后用于花粉离体萌发与贮藏研究 。
1.2　试验方法
1.2.1　花粉萌发时间的确定
将培养基(成分为 0.7%琼脂 + 200 mg/ L
MgSO 4 +100 mg/L KNO 3 +300 mg/LCaCl2 +50
mg/L H 3BO 3 +5%蔗糖)滴于凹槽载玻片上 ,用解
剖针将新鲜花粉均匀撒布在培养基表面 。然后将载
玻片放在铺有湿润滤纸的培养盒内 ,置于 25±1 ℃的
恒温箱内 ,暗培养 3 、6、15和 24 h后 ,分别观察统计花
粉的萌发率 ,以确定花粉萌发的最适观察时间 。
1.2.2　最佳花粉萌发培养基的确定
共设置了 21 种培养基(表 1), 基本成分为:
0.7%琼脂 + 200 mg/ L MgSO 4 + 100 mg/L
KNO 3 +300 mg/L CaCl2 ,在基本成分中添加不同
浓度的 H 3BO3 和蔗糖 ,pH 5.5 ～ 6.0。黑暗条件下
培养 24 h后 ,于显微镜下观察统计萌发率 ,以确定
适合大叶杨花粉离体萌发的最佳培养基组成。
1.2.3　GA 3 对花粉萌发的影响
以 1.2.2中确定的大叶杨花粉最佳培养基为基
本培养基 ,分别添加 0 、50 、100 、150 和 200 mg/L 的
GA 3 ,黑暗条件下培养 24 h 后于显微镜下观察统计
萌发率 , 以确定 GA 3 对大叶杨花粉离体萌发的
影响。
1.2.4　贮藏温度对大叶杨花粉生活力的影响
将新鲜花粉于室内阴干 24 h 后收集于指形管 ,
花粉体积不超过指形管容积的 1/3 。以脱脂棉塞住
管口 ,然后放入干燥器中 。将干燥器分别置于室温
(RT)、4 、-20 和-70 ℃条件下贮藏。贮藏 180 d
后用上述 1.2.2所述方法确定的花粉萌发最佳培养
基测定贮藏花粉的萌发率。贮藏过的花粉进行生活
力鉴定前于室温条件下进行 2 h 的再吸水过程。
以上试验均设置 3 次重复/处理 。统计花粉萌
发率时 ,每重复随机观测 7个视野 ,其中每视野花粉
不少于 50粒 。以花粉管长度大于花粉粒直径时记
为萌发[ 8] 。花粉萌发率=(某视野萌发花粉数/该视
野花粉总数)×100%, 7个数值中 ,去掉 1个最大值
和 1个最小值 ,其余 5 个视野的平均值作为该重复
的花粉萌发率。
1.3　数据分析
采用 SAS8.1统计软件进行方差分析和多重比
较 ,不同处理之间的差异用 Duncan s 的方法进行
比较。
2　结果与分析
2.1　大叶杨花粉离体萌发时间
从图 1可以看出 ,随着培养时间的延长 ,大叶杨
花粉萌发率呈现逐渐升高的趋势 。培养 3 h 内即开
始萌发 ,24 h后花粉萌发率达到最高 ,为 56.33%。
培养 3 ～ 15 h , 花粉萌发率由 20.01%提高至
52.48%,增幅显著;培养 15 ～ 24 h ,花粉萌发率仅
提高了 4.50%,多重比较结果表明 ,15 、24 h 的花粉
萌发率差异不显著 ,说明此阶段花粉萌发已趋于平
稳 ,至 24 h有活力的花粉基本萌发完毕。因此 ,随
后的试验均在培养 24 h后统计花粉萌发率 。
84
第 2期 李俊英 ,等:大叶杨花粉离体萌发和贮藏条件的研究
图 1　培养时间对大叶杨花粉萌发的影响
注:图中不同字母表示差异显著(P<0.05)
F ig.1　Effect o f culture time on pollen germination of
Pop ulus lasiocar pa Oliv.
Note:Dif ferent let ters in the figure indicate signi ficant
dif feren ce at P <0.05
2.2　大叶杨花粉离体萌发最佳培养基
对大叶杨花粉在不同蔗糖和 H 3BO3 浓度的培
养基上的萌发率进行方差分析 ,结果表明 ,在不同的
H 3BO 3 浓度间(ANOVA , 3 df , F =44.37 , P <
0.01)、不同的蔗糖浓度间(ANOVA , 4 df , F =
5.97 ,P<0.01)和硼酸×蔗糖间(ANOVA , 12 df ,
F=8.40 , P<0.01)差异都极显著 。多重比较结果
表明:大叶杨花粉在 H 3BO 3 浓度为 50 ～ 100 mg/L
时 ,其萌发率显著地高于 H3 BO 3 浓度为 200 ～ 300
mg/ L 和不加 H 3BO 3 时的萌发率 ,说明 H 3BO3 显
著地提高了花粉的萌发 , 但若浓度过高(≥200
mg/ L),反而对花粉的萌发有抑制作用 。因此 ,大叶
杨花粉离体萌发较为适宜的 H3BO 3 浓度为50 ～ 100
mg/ L。
培养基中不加蔗糖时 ,花粉萌发率很低 ,仅为
3.48%;随着蔗糖浓度的提高 ,萌发率呈现先升高后
降低的趋势 ,浓度为 5%时萌发率达到最大 ,此后随
着浓度的进一步提高 ,萌发率逐渐降低 ,但均显著高
于不加蔗糖时的萌发率 ,说明适量的蔗糖对花粉萌
发起到了较大的促进作用 ,但较高浓度的蔗糖降低
了培养基的渗透势 ,对花粉萌发不利。浓度为 5%
～ 15%时花粉萌发率之间差异不显著 。因此 ,大叶
杨花粉离体萌发适宜的蔗糖浓度为 5%～ 15%。
考虑到 H 3BO3 与蔗糖的交互作用 ,大叶杨花粉
萌发的最佳 H 3BO 3 、蔗糖浓度分别为 50 mg/L 、
5%,萌发率为 56.33%,极显著地高于其它组合(见
表 1)。因此 ,大叶杨花粉的最佳萌发培养基为基本
成分添加 50 mg/L H 3BO3 和 5%蔗糖。
表 1　不同蔗糖和 H3BO3 浓度下大叶杨花粉的萌发率
Tab.1　Pollen germination rate of Populus lasiocar pa Oliv.on medium with different
concentrations of sucrose and boric acid %
H 3BO 3/
(m g· L -1)
蔗糖/ % Sucrose
0 5 10 15 20 25
0 3.48±0.47k - - - - -
50 - 56.33±1.76a 36.51±0.65 cb 39.46±0.64cebd 28.63±0.72gcefd 24.60±0.44ghf i
100 - 28.94±3.12gcefd 36.04±3.84 cbd 33.52±1.32b 28.59±1.03gcefd 26.84±0.56ghefd
200 - 23.70±1.12ghfi 30.92±1.64 cefd 25.14±0.28ghefi 17.97±1.02i 19.89±1.07hi
300 - 11.68±0.74j 17.93±0.84i 20.51±0.92ghi 21.00±0.69ghi 23.40±0.57ghf i
　　注:1.不同字母表示差异显著(P<0.05);2.“ -”指没有进行该项处理。
Note:1.Different let ters indicate signifi cant dif ference at P <0.05;2.“ -” indicates the t reatment w as not be d on e.
2.3　GA3 对大叶杨花粉萌发的影响
从表 2 中可以看出 , 培养基中添加 50 ～ 200
mg/L GA 3后 ,大叶杨的花粉萌发率均呈现不同程
度的降低 ,且与未添加GA 3 的花粉萌发率之间均差
异显著 ,说明不同浓度的 GA 3 对大叶杨的花粉萌发
均具有明显抑制作用 。这与其它物种的研究结果存
在一定差异[ 9-11] ,这可能是不同物种间差异所致 。
2.4　贮藏温度对大叶杨花粉生活力的影响
从表 3可以看出 ,贮藏 180 d后 ,各贮藏温度下
的花粉生活力均有不同程度的降低 ,室温下花粉完
全失活 ,说明贮藏温度对大叶杨花粉生活力的保持
有很大的影响。各贮藏温度间的花粉萌发率存在较
大差异 ,温度越低 ,花粉萌发率越高 。其中 , -20 、
-70 ℃下的花粉萌发率之间差异不显著 ,均显著高
于室温和 4 ℃下的萌发率 ,说明冷冻贮藏有利于大
叶杨花粉生活力的保持 。-20 、-70 ℃贮藏的花粉
萌发率仅相差 0.79%, -20 ℃贮藏简便易行 ,适宜
进行大叶杨花粉贮藏。
85
上 海 交 通 大 学 学 报(农 业 科 学 版) 第 29卷
表 2　GA3 对大叶杨花粉萌发的影响
Tab.2　Effect of GA3 on the pollen germination of Populus lasiocar pa Oliv.
GA 3 浓度/(mg· L -1)
GA 3 concent rat ion
0 50 100 150 200
花粉萌发率/ %
Germinat ion rate
56.98±2.99 a 45.18±3.07 b 31.41±2.54 c 38.16±3.71 bc 29.66±4.81 c
　　注:1.以 50 mg/ L H3BO3 +5%蔗糖为培养基;2.不同字母表示差异显著(P <0.05)。
Note:1.50 mg/ L H 3BO 3+5% sucrose w as adopted as the m edium;2.Dif ferent let ters in dicate signifi cant dif feren ce at P <0.05.
表 3　贮藏温度对大叶杨花粉萌发的影响
Tab.3　Effect of storage temperature on the pollen germination of Populus lasiocarpa Oliv.
贮藏温度/ ℃
S torage tem perature
室温 RT 4 -20 -70
花粉萌发率/ %
Germin at ion rate
0.00±0.00 c 9.15±2.65 b 25.31±2.55 a 26.10±1.86 a
　　注:1.贮藏时间为 180 d;2.不同字母表示差异显著(P < 0.05)。
Note:1.S torage for 180 d;2.Dif ferent let ters indicate signif icant di ff erence at P < 0.05.
3　讨　论
测定花粉生活力的方法很多 ,而花粉离体萌发
法因为结果准确 、简单易行而应用广泛[ 12] 。大量研
究表明 ,培养基中蔗糖和 H 3BO3 浓度对花粉生活力
影响很大 ,适宜浓度的蔗糖和 H 3BO3 有利于花粉的
萌发和花粉管的伸长[ 13-15] 。蔗糖不但为花粉的萌
发和花粉管的伸长提供营养 ,还起着维持花粉与培
养液之间渗透平衡 ,避免花粉及花粉管破裂的作用 。
硼酸能够促进细胞外的钙离子进人细胞内 ,并增加
花粉对糖的吸收 、运转和代谢 ,形成糖-硼酸复合体 ,
有利于营养在组织中运输以及促进构成花粉管膜的
成分 ———果胶物质的合成 ,进而促进花粉萌发和花
粉管伸长 。
本研究中 ,不同浓度的蔗糖和 H 3BO3 对大叶杨
花粉萌发的影响均达到极显著水平 ,且 H 3BO3 与蔗
糖之间存在极显著的交互作用 。适量的蔗糖与
H 3BO 3 明显促进了大叶杨花粉萌发 ,过量的蔗糖与
H 3BO 3 对花粉的萌发均起到抑制作用 ,研究结果与
前人一致[ 8 , 16] 。
前人研究表明 , 黑杨派 I-63 杨(P.deltoides
Bart r.cv .` Harvard ex.I-63/51)和辽 宁杨(P.
liaoningensis Z.Wang et H.D.Chen cv.nov)花粉萌发
的最佳蔗糖浓度分别为 20%和 15%,最佳 H 3BO3 浓
度均为 100 mg/L[ 8] ;山杨(P.davidiana)、滇杨(P.
yunnanensis)和大青杨(P.ussuriensis)花粉萌发的最
佳蔗糖浓度为 15%[ 17] 。本研究中 ,大叶杨花粉萌发
的最佳蔗糖 、硼酸浓度分别为 5%和50 mg/L ,与前人
杨树花粉生活力研究结果均存在较大差异 ,这可能是
由于派组不同所致 。
目前 ,有关GA 3 能促进花粉萌发和花粉管生长
的机制尚不清楚 。但已有研究表明 ,花粉自身富含
GA 3 、IAA 等生长激素类物质 ,这些物质的多少对
花粉自身萌发 、生长及贮藏寿命均有较大影响 ,对花
粉管在花柱内生长 、受精及果实膨大也有重要作
用[ 1 8] 。李晓林[ 9] 的研究结果表明 , 低温下 GA 3 能
大幅提高桃(Amygdalus persica)花粉的萌发率和
加快花粉管的生长 。张义等[ 10] 的研究结果表明 ,低
温下采用 50 mg/L 和 100 mg/L GA 3 处理李
(Prunus cerasi fea)花粉 , 可明显促进萌发 , 而 5
mg/ L 和 10 mg/L 的低浓度处理效果不明显。50
mg/ L GA 3 对悬铃木花粉的萌发没有明显的促进或
抑制作用[ 11] 。本研究中 , 培养基中添加 50 ～ 200
mg/ L GA 3 对大叶杨的花粉萌发均具有明显抑制作
用 ,随着浓度增加 , 抑制作用增强。说明50 ～ 200
mg/ L GA 3 不适于大叶杨花粉的离体萌发。这与李
范[ 1 9] 的研究结果较相似 ,即 80 mg/L 和 160 mg/L
GA 3 对锦带花(Weigela f lorida)花粉萌发具有一
定的抑制作用 ,而较低浓度的 GA 3(20 ～ 40 mg/ L)
可使锦带花(Weigela f lorida)花粉萌发率提高约
10%～ 12%。本研究中 0 ～ 50 mg/ L GA 3 是否有助
于大叶杨花粉萌发还有待于进一步探讨。
花粉贮藏力受自身遗传特性和外界因素的影
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第 2期 李俊英 ,等:大叶杨花粉离体萌发和贮藏条件的研究
响。外界因素中温度 、湿度 、贮藏介质 、辐射和光照
对花粉生活力均有一定影响。其中 ,温度是影响花
粉生活力的主要因素 。低温可以使贮藏期间花粉呼
吸减弱 ,可溶性糖类 、有机酸等消耗减少 。所以一般
情况下 ,温度越低 ,花粉贮藏寿命越长。本研究中 ,
为了探讨利用大叶杨贮藏花粉开展隔年杂交的可行
性 ,从而提高获得新品种的机会 ,对贮藏 180 d的花
粉生活力进行了鉴定 。结果表明 ,随贮藏温度降低 ,
大叶杨花粉萌发率越高 ,与前人研究结果一致[ 20] 。
-20 、-70 ℃下贮藏 180 d 的大叶杨花粉的萌发
率分别比新鲜花粉降低了 31.02%和 30.23%,仍具
有一定的生活力 。对于保存 1年后的花粉是否仍具
有生活力以及可否用于隔年杂交育种还有待进一步
研究 。
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