全 文 ：植物生理学报 Plant Physiology Journal 2014, 50 (1): 51~55 51
收稿 2013-09-22　　修定 2013-11-18
资助 国家“十二五”科技支撑计划项目(2011BAD12B02)和德州
学院人才引进项目(402115)。
* 共同第一作者。
** 通讯作者(E-mail: michael_10@163.com; Tel: 0534-8987859)。
高温对苹果花粉在花柱内萌发和生长的影响
徐臣善1,2,**, 徐爱红2,3,*
1德州学院生态与园林建筑学院, 山东德州253023; 2山东农业大学园艺科学与工程学院, 山东泰安271018; 3山东华宇职业技
术学院, 山东德州253034
摘要: 以‘长富2号’红富士苹果为母本, ‘红星’苹果为父本, 研究35 ℃高温对苹果花粉在花柱内萌发和生长的影响。结果表
明: 温度影响花粉在柱头和花柱内的萌发及生长, 与对照相比, 高温促进花粉在柱头表面快速萌发, 并加速花粉管在花柱内
的伸长生长, 但是在授粉72 h后, 高温处理下培养的花粉管形态出现花粉管变粗、弯曲并有瘤状小结的异化现象, 同时, 花
柱发生褐变, 并产生胼胝质, 最终导致花粉管不能进入胚珠完成受精。
关键词: 苹果; 温度; 花粉; 花粉管; 花柱
Effects of High Temperature on Germination and Growth of Apple Pollen in
Style
XU Chen-Shan1,2,**, XU Ai-Hong2,3,*
1College of Ecology and Garden Architecture, Dezhou University, Dezhou, Shandong 253023, China; 2College of Horticultural
Science and Engineering, Shandong Agricultural University, Tai’an, Shandong 271018, China; 3Shandong Huayu Vocational
College, Dezhou, Shandong 253034, China
Abstract: In order to study effects of high temperature (35 ℃) on germination and growth of pollen tube in
style, Red Fuji apple (Malus domestica cv. Red Fuji, ‘Nagafu No.2’) used as female in the experiment was
pollinated with ‘Starking’ apple (M. domestica cv. ‘Starking’) pollen. The results showed that temperature
affected pollen germination on stigma and growth in style. Compared with control, high temperature accelerated
the pollen germination on stigma and tube growth in style. Whereas, at 72 h after pollination, the pollen tube
cultivated under high temperature was unusual, being thick and curved, and having nodulation at the bottom,
and meanwhile, the style cultivated under high temperature became browning and produced callose, which
caused the ceases of tube growth and fertilization in ovule.
Key words: apple (Malus domestica); temperature; pollen; pollen tube; style
苹果是蔷薇科(Rosaceae)苹果属(Malus)植
物。在生产中, 绝大多数苹果品种有自花不结实
或结实率低的‘自交不亲和性’现象(Hormaza和
Herrero 1998; Dafni和Firmage 2000; Pflugshaupt等
2002; 李胜等2004), 因此, 花期进行异花授粉和人
工授粉, 确保苹果花期顺利完成授粉受精过程是
提高苹果产量和品质的前提。
苹果花粉的萌发生长及授粉受精是一个复杂
的生理过程, 除了受花粉自身因素外, 还受温度、
水分、培养基浓度等的影响(金英善等2002; 年玉
欣等2005; 胡君艳等2008), 其中温度影响尤为重
要。苹果开花的适宜温度一般是17~18 ℃, 花粉萌
发及花粉管生长的适宜温度为10~25 ℃。随着全
球变暖, 苹果花期温度不稳定, 尤其是花期温度升
高, 造成花器官发育不良或受精失败, 严重影响了
苹果的安全生产, 因此研究温度对花期苹果生殖
方面的影响显得尤其重要。目前, 国内外研究多
集中于温度对果树花器官发育的影响, 如甜樱桃
(边卫东等2006)、番荔枝(Higuchi等1998)、苹果
(Zhu等1997)、桃(Nava等2009)、荔枝(周碧燕等
2010)等, 研究认为花期高温显著加快了珠心和胚
囊的降解速度, 致使开花后胚囊快速退化, 导致结
实不良(Beppu等1997, 2001), 而缺少花期高温对授
粉受精过程影响的研究。本文以苹果授粉受精为
主要研究对象, 以生产上的主栽品种‘长富2号’红
植物生理学报52
富士苹果为母本, 以生产上常用的授粉树‘红星’苹
果为父本, 进行人工授粉, 通过人工调控温度来研
究高温对苹果花粉在花柱内萌发生长的影响, 旨
在为生产上对苹果花期的温度管理提供理论参考
和指导。
材料与方法
1 材料
试验于2009年4~6月在山东农业大学园艺科
学与工程学院中心实验室和沂源市中庄镇精品果
生产基地进行。
以十二年生 ‘长富2号 ’红富士苹果 (Malus
domestica Borkh. cv. Red Fuji, ‘Nagafu No.2’)为母
本, 授粉所用花粉来自生产中常用的‘红星’苹果
(Malus domestica Borkh. cv. ‘Starking’)。于铃铛花
期采外围生长健壮的枝条带回实验室, 摘除边花,
仅留下中心花, 去雄, 人工点授之前采收的‘红星’
苹果的花粉(采后–20 ℃保存), 然后在光照培养箱
用营养液(含尿素1%、蔗糖2%、硼酸0.01%)进行
光照培养, 光照强度约50 μmol·m-2·s-1, 相对湿度为
70%。
2 试验处理
高温处理和对照的培养温度分别为35 ℃/10 ℃
和20 ℃/10 ℃ (昼12 h/夜12 h), 分别采集授粉后1、
2、3、4、6、8、10、12、16、24、48、72和96 h
的花, 每个时间点采集50朵, 剥去花瓣, 仅留花柱
及子房, 并用卡诺液(乙醇:冰醋酸=3:1)固定。
用卡诺液将花柱及子房在0~4 ℃下固定12 h
后保存于70%乙醇中(Sogo和Tobe 2005; 张青林和
罗正荣2006), 试验时将雌蕊用6 mol·L-1 NaOH处理
12 h, 反复冲洗后, 用0.5%水溶性苯胺蓝溶液(溶于
0.1 mol·L-1 K3PO4)浸泡24 h, 将染色后的子房压片
(王爱云等2006), 用日本尼康公司倒置荧光显微镜
(NIKON TE2000)在紫外光源下观察花粉黏附、萌
发、柱头乳突细胞的胼胝质产生及花粉管的生长
情况并拍照。
3 花粉离体萌发率测定
将融化的培养基(含琼脂1%、硼酸0.01%, 蔗
糖浓度为5%)均匀涂抹于载玻片上, 冷却后将花粉
均匀撒播在培养基表面, 每3个为一组, 放入一个
培养皿, 每个处理共设3组, 分别放入光照培养箱
培养, 培养温度分别为20和35 ℃, 培养湿度均为
70% (王旭军等2007), 24 h后用尼康倒置荧光显微
镜镜检, 每个载玻片镜检3个以上有代表性的视野,
计算花粉萌发率和花粉管长度。花粉萌发率=(花
粉管长度大于花粉直径的花粉数量/视野内花粉数
量)×100%, 取平均值。
实验结果
1 不同温度处理下花粉离体萌发率
如图1所示, 离体培养条件下, ‘红星’苹果花粉
在20和35 ℃培养条件下萌发率分别为85.4%和
87.2%, 表明高温在一定程度上增加了花粉的萌发
率, 但影响不明显, 二者无显著差异(P<0.05), 表明
‘红星’苹果花粉满足授粉的要求, 可以作为授粉
花粉。
图1 不同培养温度下‘红星’苹果花粉的萌发率
Fig.1 Germination rate of ‘Starking’ apple pollen under
different culture temperatures
2 花粉在花柱内的萌发生长状况
图2显示, 授粉后1 h, 对照柱头上的花粉开始
萌动, 少数花粉粒上出现萌发孔(图2-A); 2 h时, 柱
头上花粉开始萌发, 少量花粉管伸长(图2-B); 4 h
时, 花粉大量萌发, 花粉管伸长, 且少量花粉管伸
入花柱中生长(图2-C), 6~24 h时在花柱内萌发生
长, 24 h时达到花柱的1/2处。35 ℃高温处理下, 授
粉后1 h, 柱头上的花粉大量萌发, 且少量花粉开始
伸入柱头生长(图2-E), 生长进程与对照4 h的一致;
2 h时, 花粉管继续萌发伸长, 大量花粉管伸入花柱
内伸长生长(图2-F); 4 h时, 花粉管继续在花柱内萌
发生长到达花柱的1/4处(图2-G); 6~24 h, 花粉管在
徐臣善等: 高温对苹果花粉在花柱内萌发和生长的影响 53
花柱内伸长生长, 24 h时到达花柱基部。由此可见,
温度影响花粉萌发及生长, 高温促进花粉在花柱
柱头的快速萌发, 这与上述花粉离体萌发率的测
定结果相一致; 另外, 高温还可以促进花粉管在花
柱内的伸长生长。
由图2-D可见, 对照培养条件下, 授粉后48 h
时, 少量花粉管已经到达花柱的基部, 这与王浩等
(2008)的研究结果基本一致, 但是子房内未发现花
粉管存在, 说明花粉管还未伸长至子房; 35 ℃高温
处理下, 授粉后48 h时, 花粉管已经伸入子房, 到达
胚珠附近, 但是还没有完成受精(图2-H)。
对照培养条件下, 授粉后72 h时, 花粉管已经
伸入子房, 且伸长至胚珠附近, 但没有进入胚珠,
尚未完成受精(图3-A); 图3-B显示的是同一时间段
的胚珠, 表明此时花粉管尚未进入胚珠。35 ℃高
温处理下, 授粉后72 h, 花粉管没有进入胚珠内完
成受精, 而且花粉管形态出现异化, 即花粉管变粗,
弯曲有瘤状小结出现, 类似火柴头形状膨大, 有强
烈的荧光效应(图3-D), 这是花粉管停止生长前的
现象; 图3-E显示的为同一时间的胚珠, 表明花粉
管没有进入胚珠内完成受精。另外, 受精后72 h时,
35 ℃高温处理的花柱外观发生变化, 花柱褐变严
重, 而对照条件下的花柱没有出现褐变, 这说明高
温加速了柱头的成熟和老化(Shivanna等1991)。
授粉后96 h, 对照花粉管伸长至胚珠内开始受
精, 进而完成授粉受精作用(图3-C); 35 ℃高温处理
下, 胚珠内没有花粉管的伸入(图3-F), 无法完成授
粉受精过程, 这可能与花粉管停止生长有关。而
图2 授粉后1~48 h花粉管在花柱内的生长状况
Fig.2 Growth status of pollen tube in style during 1–48 h after pollination
图3 授粉后72和96 h时花粉管在花柱内的生长状况
Fig.3 Growth status of pollen tube in style at 72 and 96 h after pollination
植物生理学报54
花粉管生长末端荧光效应强烈, 可能与胼胝质大
量积累不利于花粉管内物质外泄有关, 从而使得
受精作用不能顺利完成。
讨　　论
花粉萌发和花粉管生长是植物有性生殖所必
须经历的过程。花粉落到柱头之后, 需要经过粘
附、水合、萌发和花粉管穿过柱头、在花柱内生
长、穿过珠孔等一系列过程, 才能实现受精。这
一连续的过程中任何一个阶段发生障碍, 都可能
导致受精失败, 出现自交不亲和或远缘杂交不亲
和的现象(华志明1999; 吴巨友等2006)。研究认为,
被子植物双受精的识别是多位点的(徐恒平和曹宗
巽1995; 杨杰等2004), 花粉在柱头萌发、花粉管在
花柱中粘附及定向生长到达胚囊的过程中涉及到
许多识别反应(杨杰等2004), 可分为花粉与柱头、
花粉管与花柱及雌雄配子之间3个层次, 任何一个
部位不能识别都会导致生殖障碍。‘红星’苹果花
粉与红富士苹果的亲和性高, 在授粉过程中, 不存
在识别障碍。对坐果率的研究发现, 在高温条件
下不利于果实坐果, 这可能与高温引起某一位点
的识别障碍有关(欧世金等2010)。
研究发现, 授粉后48 h内高温环境下花粉在花
柱中发育顺利, 不存在识别障碍, 即花粉与柱头、
花粉管与柱头之间相互识别, 且高温条件下花粉
的萌发及花粉管在花柱内伸长生长进程均早于对
照, 说明授粉前期高温处理促进花粉萌发及花粉
管在花柱内的伸长生长, 这可能与高温加速花粉
管及柱头的成熟有关(Shivanna等1991)。但是授粉
后72 h时, 高温培养下的花粉管在子房内的生长出
现异化现象, 即顶端弯曲, 畸形膨大等, 有研究认
为这是花粉管在子房内停止生长及子房阻止花粉
管继续伸长生长的一种机制(陈士强等2007), 此时
对照条件下的花粉管在子房内生长正常。研究还
发现, 在72 h时高温下培养的花粉管末端有大量胼
胝质沉积, 赵天荣等(2007)认为无论自交亲和还是
自交不亲和单株自花授粉后都可见胼胝质沉积,
但是二者产生的量明显不同, 不亲和单株会迅速
产生大量的胼胝质, 而且一定时间段内胼胝质产
生的量随着授粉时间的延长逐渐增多, 而亲和单
株胼胝质较少, 因此推测, 高温促进呼吸作用, 加
速花粉萌发和花粉管在花柱内的伸长生长, 但也
可能加速花粉管老化, 缩短花粉管寿命, 促进胼胝
质合成, 使得花粉管内胼胝质的积累量增加, 降低
了识别能力, 从而抑制花粉管进入胚珠。
前人的研究发现, 高温显著加快甜樱桃珠心
和胚囊的降解速度, 加速胚囊的退化, 导致结实不
良(Beppu等1997, 2001)。本研究发现, 高温培养条
件下, 花粉在柱头的萌发及花粉管在花柱内的生
长正常, 但花粉管不能进入胚珠内完成受精作用,
这也可能与高温加速胚囊的退化有关, 导致胚囊
异常, 调控花粉管定向生长的相关酶和膜蛋白类
表达异常, 出现识别障碍(杨杰等2004), 促进胼胝
质的产生, 从而阻止花粉管的进入。
此外, 研究认为, 高温的抑制作用明显不同于
‘自交不亲和性’现象。‘自交不亲和性’可发生于花
粉与柱头识别、花粉管在花柱内的生长、花粉管
进入子房和胚珠、雌雄胚子的识别等任何一个阶
段; ‘自交不亲和’花粉管在花柱中上部的生长较慢,
小于异花授粉花粉管的生长速度, 生长受到一定
的抑制, 而在中下部生长所需时间基本相同(王浩
等2008; 李天忠和奥野智旦2005)。这都明显不同
于高温对花粉管在花柱和子房内生长的影响, 高
温条件下, 花粉在柱头的萌发及花粉管在花柱内
的生长加快, 但后期花粉管在子房内的生长异常,
不能进入胚珠完成受精作用。
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