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in vitro Pollen Germination and Storage Conditions of Calanthe tsoongiana

无距虾脊兰花粉离体萌发及储藏条件的研究



全 文 :书西北植物学报!
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收稿日期$
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基金项目$浙江省花卉育种重大科技项目"
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作者简介$钱
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鑫"
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#!男!在读硕士研究生!主要从事兰科植物的保护生物学研究
3(45.6
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.508.0"2"
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通信作者$田
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敏!博士!副研究员!主要从事兰科植物研究
3(45.6
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无距虾脊兰花粉离体萌发
及储藏条件的研究

!
鑫#!刘
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芬!!牛晓玲%!王彩霞#!田
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敏#"
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中国林业科学研究院亚热带林业研究所!浙江富阳
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中国科学院华南植物园!广州
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天目山国家自然保护区
管理局!浙江临安
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要$以天目山野生无距虾脊兰的花粉为材料!采用离体萌发法研究了花粉的储藏性以及不同的培养基组分和
培养条件对花粉萌发和花粉管生长的影响!并采用联苯胺
(
过氧化氢法测定了其柱头的可授性!以筛选无距虾脊兰
花粉的培养方法以及储藏条件!为其种质资源保存等研究奠定基础结果表明$"
#
#无距虾脊兰最适花粉液体培养
基为
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&#蔗糖
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)温度
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温下培养
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!无距虾脊兰花粉萌发率"
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#和花粉管生长"
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#
4
#最佳"
!
#无距虾脊兰花粉在
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中低温干燥储藏
%,"G
后仍具有
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的萌发率"
%
#无距虾脊兰的柱头在开花前
)G
内均具有可授性!花粉块
在整个花期内均保持了
!*2,F
"
#*+#F
的生活力!但柱头可授性和花粉活力均随开花后时间的延长显著降低
关键词$无距虾脊兰&花粉&生活力&储藏性
中图分类号$
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H2$$*$!
文献标志码$
I
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Y
!!
花粉是被子植物雄配子体或者雄配子细胞的载
体+#,!具较强的遗传保守性+!,!是研究植物生殖生物
学)进化生物学)分类学以及育种工程的重要对
象+%,具生活力的花粉到达具可授性的柱头上的有
效传粉过程是植物顺利完成受精作用的必要条件!
故对花粉生活力与柱头可授性的研究是了解其有性
生殖的基础在杂交育种工作中!花粉生活力测定
与储藏性的研究是解决杂交亲本在时间与空间上的
隔离进而扩大育种范围的前提!并且花粉储藏也是
保存珍稀植物种质资源一个重要途径+$(,,
无距虾脊兰"
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*
+"$" Q*Q50
<
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#!是一种中国特有的兰科"
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#
虾脊兰属"
!"#"$%&S*@T*
#植物!分布于浙江)福
建)江西)湖南)贵州等省区!生长于海拔
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"
#$)"
4
的路边)山坡林下以及阴湿岩石上+(,花形似
虾!花色艳丽!唇瓣无距!蕊柱粗短!叶色浓绿并呈倒
卵状披针形!具较高的观赏价值与科研价值!已被列
为国家二级重点保护植物目前对该物种的报道仅
限于一些基本生物学特征+,)果实发育+2,)胚珠发育
及种子形成+#",等方面!关于其花粉生活力)储藏性
以及柱头可授性的研究未见报道本研究以野生无
距虾脊兰的花粉为研究对象!研究了不同培养基组
分及培养条件对花粉萌发率和花粉管生长的影响!
并对开花后不同时间内的花粉活力与柱头可授性进
行了观察分析!以筛选适宜于其花粉活力检测的培
养方法以及较适合的储藏条件!旨在为无距虾脊兰
的分类鉴定)传粉过程)杂交育种及种质资源保存等
研究提供基础资料
#
!
材料和方法
8*8
!

!

供试材料采自浙江省临安市天目山国家自然保
护区内的无距虾脊兰老殿"
##2_!)`3
!
%"_!#`B
#野生
居群该地为亚热带季风气候类型!年平均气温
*
D
"
#$*D
!年降水量
#%2"
"
#+"44
!相对湿度
+,F
"
#F

于盛花期"
%
月下旬
"
$
月上旬#晴天上午
#"
$
""
左右!选取当天开放的无距虾脊兰健康花序!置于冰
盒中迅速带回实验室在体视镜"
A6
Y
4
C
U/WZ,#
#
下!用镊子去除药帽!用解剖针针头从黏盘处挑出花
粉块
8*9
!
单因素试验
花粉萌发采用液体培养法!培养基基本成分同
@(a
试液"
@TN]X5^NT50Ga]59^
#
+
##
,
在探讨每个
培养基因子时!以不加该因子作为参照!设置不同的
浓度蔗糖设置
,
个浓度梯度$
)"
)
#""
)
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)
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A
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A

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%
也各设置
,
个浓度梯度$
#"
)
!"
)
%"
)
$"
)
"

,"4
<
(
=
&#分别进行单因子筛
选每种培养液取
)4=
加入离心管中!每管放入
$
个花粉块!置
!)D
的生化培养箱内分别暗培养
$E
后!用移液枪分装培养液于双凹载玻片上!每孔
!""
#
=
!于生物显微镜"
A6
Y
4
C
U/1K$#
#下镜检!每种培
养液观测
)
个玻片
#"
个凹孔!每个凹孔观察
)"

花粉粒!统计花粉萌发率花粉萌发以花粉管长度
明显大于花粉粒直径为标准
花粉萌发率"
F
#
b
"萌发的花粉粒数%花粉粒总
数#
c#""F
花粉管的长度用
J45
<
N(dT:38
C
TN//,*"
软件
测量!至少选取
)"
个已萌发花粉粒的花粉管!统计
并计算出平均长度
8*:
!
最适培养基的筛选
在单因子实验的基础上!选取对无距虾脊兰花
粉萌发影响较大的培养基组分设计正交试验!以确
定培养基的不同组分的最佳组合
8*;
!
最佳培养条件的确定
利用最佳培养基方案!设置不同的温度"
#)D
)
!"D
)
!)D
)
%"D

%)D
#)培养时间"
#!
)
!$
)
%,
)
$

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#和
C
?
值"
)*"
)
*)
)
,*"
)
,*)
)
+*"
)
+*)

*"
#!对无距虾脊兰花粉进行离体培养!以确定其花
粉萌发和花粉管生长的最适条件
8*<
!
花粉储藏性的测定
采集刚绽放花朵的花粉块与适量的硅胶颗粒充
分接触后装入离心管中!分别置于
$D
)
&!"D
)
&"D
的条件下储藏!并以室温
!)D
条件下储藏
做为对照组分别在储藏
#"
)
%"
)
2"
)
#)"
)
%,"G

采用上述筛选出的最佳培养基成分与培养条件测定
花粉萌发率花粉在
&!"D
储藏和取出时经过
"
D,E
的缓冲处理!而在
&"D
储藏和取出时经过
&!"D

"D

,E
的缓冲处理+#!,在花粉储藏
%,"G
后对无距虾脊兰进行人工授粉!
$
个月后统计
结实率
!$%
西
!

!

!

!

!

!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
%$

8*=
!
柱头可授性的检测
采用联苯胺
(
过氧化氢法+#%,检测柱头的可授
性取开花后不同天数的花朵!将其柱头浸入凹载
玻片上的联苯胺
(
过氧化氢反应液"体积比!
#F
联苯

e%F
过氧化氢
e

b$e##e!!
#中于体视镜
"
A6
Y
4
C
U/WZ,#
#下观察柱头周围是否呈现蓝色以
及产生大量气泡!根据气泡的数目来判断柱头可授
性的强弱!气泡数目达到
!"
个及以上时!其柱头可
授性强&在
)

!"
个范围时!其柱头具可授性&在
)
个以下!其柱头不具可授性!重复
%

8*>
!
数据处理
对所测定)记录的数据!运用
dIWO/;5/;./;.9/
#*"
软件进行方差分析和多重比较!用
AT.
<
.0*"
软件绘制柱形图
!
!
结果与分析
9*8
!
不同培养基组分对无距虾脊兰花粉离体培养
的影响
9*8*8
!
蔗糖
!
由图
#
可知!蔗糖是无距虾脊兰花粉
萌发的必需条件!花粉在不含蔗糖的培养基中不能
萌发随着蔗糖浓度的增加!花粉萌发率逐渐上升!
花粉管长度伸长当浓度达到
!""
<
(
=
&#时!花粉
萌发率和花粉管长度都达到了最大值!分别为
,,*!#F

#2*##
#
4
当浓度继续增大至
%""
<
(
=
&#时!花粉萌发率降低为
%2*"+F
!但花粉管长度
并无显著差异"
/
#
"*")
#故最佳的蔗糖浓度为
!""
<
(
=
&#


#
!
蔗糖浓度对花粉萌发率及花粉管生长的影响
不同小写字母表示差异达
)F
显著水平&下同
M.
<
*#
!
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<
NT4.05;.:0T5;N50G
C
:6N0;UXN
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<
0.V.950;
G.VVNTN09N5;"*")6N\N6*QEN/54N5/XN6:]
9*8*9
!

!
在一定的范围内!无距虾脊兰花粉萌发
率和花粉管长度随着硼酸浓度的升高而增加!当超
过一定浓度时!硼酸对花粉萌发起抑制作用"图
!
#
当硼酸浓度为
$"4
<
(
=
&#时花粉萌发率和花粉管
长度最大"分别为
,"*"#F

!")*,,
#
4
#!是对照
组"培养基中不添加硼酸#的
!*,2
倍和
#*,
倍!但
与浓度为
)"4
<
(
=
&#时的花粉萌发率和花粉管长
度的差异并不显著"
/
#
"*")
#因此硼酸的最佳浓
度为
$"
"
)"4
<
(
=
&#

9*8*:
!

!
钙对无距虾脊兰花粉萌发率与花粉管
长度的影响与硼相类似!在较低的浓度范围内!钙对
花粉萌发起促进作用"图
%
#当钙离子浓度为
$"
4
<
(
=
&#时花粉萌发率最高!即
)$*%#F
!为对照组

!*"#
倍而花粉管长度的最大值"
!"#*"#
#
4
#
发生在钙离子浓度为
)"4
<
(
=
&#的时候同样!在

!
!
硼酸浓度对花粉萌发率及花粉管生长的影响
M.
<
*!
!
3VVN9;:V?
%
@A
%
9:09N0;T5;.:0:0
C
:6N0
<
NT4.05;.:0T5;N50G
C
:6N0;UXN
<
T:];E+$,+%-)

%
!
钙离子浓度对花粉萌发率及花粉管生长的影响
M.
<
*%
!
3VVN9;:V15
!>
9:09N0;T5;.:0:0
C
:6N0
<
NT4.05;.:0T5;N50G
C
:6N0;UXN
<
T:];E+$,+%-)
%$%
!

!!!!!!!!!!!!!

!
鑫!等$无距虾脊兰花粉离体萌发及储藏条件的研究
钙离子浓度为
$"

)"4
<
(
=
&#时!花粉萌发率与
花粉管长度的差异并不显著"
/
#
"*")
#因此无距
虾脊兰花粉萌发的最适钙离子浓度浓度也是
$"
"
)"4
<
(
=
&#

9*8*;
!
钾和镁
!
在实验浓度范围内!钾离子和镁离
子对无距虾脊兰花粉萌发率与花粉管长度的影响均
不显著"
/
#
"*")
#
9*9
!
无距虾脊兰花粉离体萌发最适培养基的筛选
在单因子实验的基础上!选择对无距虾脊兰花
粉离体萌发影响较大的蔗糖)硼酸和硝酸钙采用正
交实验设计!寻找
%
因子的最佳组合"表
#
#方差
分析结果表明差异极显著的因子为蔗糖和硼酸"
/
$
"*"#
#!硝酸钙及因素间的交互作用均不显著"
/
#
"*")
#利用该正交实验做进一步的平方和比较分
析!结果表明!无距虾脊兰花粉萌发率平方和的最高
值的培养基组合为
!""
<
(
=
&#蔗糖)
)"4
<
(
=
&#
?
%
@A
%

$"4
<
(
=
&#
15
"
BA
%
#
!
(
$?
!
A
!但此组合
在正交实验中并未出现!表
#
中最佳组合为
!"
号!即
!""
<
(
=
&#蔗糖)
"4
<
(
=
&#
?
%
@A
%

%"4
<
(
=
&#
15
"
BA
%
#
!
(
$?
!
A
为了找出最佳培养基组合!增加

!""
<
(
=
&#蔗糖)
"4
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(
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&#
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%
@A
%

$"4
<
(
=
&#
15
"
BA
%
#
!
(
$?
!
A
这一组实验结果表明这组
培养基组合的花粉萌发率"
+2*"F
#与
!"
号培养基
并没有显著差异"
/
#
"*")
#但是!结合考虑钙离子
单因素实验的结果!无距虾脊兰花粉离体培养的最佳
培养基组合为
!""
<
(
=
&#蔗糖)
"4
<
(
=
&#
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%
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$"4
<
(
=
&#
15
"
BA
%
#
!
(
$?
!
A

9*:
!
培养条件对无距虾脊兰花粉离体培养的影响
9*:*8
!
培养时间
!
从图
$
可以看出!培养时间小于
$E
时!无距虾脊兰花粉萌发率与花粉管长度随着

8
!
无距虾脊兰花粉萌发的正交实验结果
Q5X6N#
!
d:6N0
<
NT4.05;.:0T5;N50G;UXN6N0
<
;E:V!.%())$
*
+"$".0:T;E:
<
:056;N/;
编号
B:*
蔗糖
WU9T:/N
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<
(
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#
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(
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萌发率
PNT4.05;.:0
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NT9N0;5
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N
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花粉管长度
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6N0
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培养时间的延长而增加超过
$E
时!花粉萌发率
与花粉管长度有稍微增加!但与
$E
时的差异并不
显著"
/
#
"*")
#而且随着培养时间的增加!培养
液中的微生物量也会逐渐增加!影响观察因此!无
距虾脊兰花粉离体萌发的最佳培养时间为
$E

9*:*9
!
培养温度
!

)
显示!在
#)
"
!)D
范围内!
温度得升高对无距虾脊兰花粉的萌发起促进作用
!)D
时!花粉萌发率与花粉管长度达到最大值当
温度高于
!)D
时!无距虾脊兰花粉萌发率与花粉管
长度均随着培养温度的升高而显著下降可见温度
过高和过低都会抑制花粉萌发故无距虾脊兰花粉
离体培养的最适温度为
!)D

9?:?:
!
@
A

!
培养基的
C
?
值对花粉萌发同样有
显著的影响!由图
,
可以看出!当
C
?
值为
)*)

,*"
时!无距虾脊兰花粉萌发率与花粉管长度显著高

$
!
培养时间对花粉萌发率及花粉管生长的影响
M.
<
*$
!
3VVN9;:V.09UX5;.:0;.4N:0
C
:6N0
<
NT4.05;.:0
T5;N50G
C
:6N0;UXN
<
T:];E+$,+%-)

)
!
温度对花粉萌发率及花粉管生长的影响
M.
<
*)
!
3VVN9;:V;N4
C
NT5;UTN:0
C
:6N0
<
NT4.05;.:0
T5;N50G
C
:6N0;UXN
<
T:];E+$,+%-)
于其它处理组当
C
?
值低于
)*)
或者高于
,*"
时!无距虾脊兰花粉的萌发和花粉管的生长都受到
了抑制因此!无距虾脊兰花粉离体萌发的最佳
C
?
值为
)*)
"
,*"

9*;
!
花粉储藏性测定
从表
!
中可以看出!无距虾脊兰花粉萌发率与
储藏条件密切相关储藏时间相同的情况下!低温
下储藏的花粉萌发率高于室温下的花粉萌发率在
!)D
条件下储存
$E
后!无距虾脊兰花粉萌发力
基本丧失在
$D
条件下储存
#"G
后!花粉萌发率
迅速下降为
#,*,%F

&!"D

&"D
低温条件
显著降低了花粉萌发率的下降速度!在储藏
%,"G
后花粉仍然可以萌发!萌发率分别为
!,*,#F

$*)F

%"G
的储藏时间内!
&!"D

&"D
两个储藏条件之间的花粉萌发率的差异不显著"
/
#
"*")
#但是储藏
2"G
后!
&"D
储藏条件下的
无距虾脊兰花粉萌发率显著高于
&!"D
条件下的
花粉萌发率"
/
$
"*")
#因此!
&"D
的储藏效果
最佳取
&"D
储藏
%,"G
后的花粉进行授粉!结
实率达
*"2F

9*<
!
花粉生活力与柱头可授性
无距虾脊兰的单花平均花期为"
2f%
#
G
由表
%
可以看出!开花当天的花粉萌发率最高!之后逐渐
降低!开花
2G
后花粉萌发率显著降低!但在单花花
期结束时!花粉依然具有一定的生活力无距虾脊
兰柱头上分布丰富的紫色粘性物质!表面微凹柱
头可授性在开花的前
%G
最强!从开花第
$
天起柱
头可授性开始减弱!到开花第
,
天部分柱头已不具
可授性!至开花第
2
天时!柱头萎蔫!变黑并失去粘
性!完全丧失可授性

,
!C
?
值对花粉萌发率及花粉管生长的影响
M.
<
*,
!
3VVN9;:V
C
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C
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<
NT4.05;.:0
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C
:6N0;UXN
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鑫!等$无距虾脊兰花粉离体萌发及储藏条件的研究

9
!
不同储藏条件下无距虾脊兰的花粉萌发率
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!
d:6N0
<
NT4.05;.:0T5;N:V!.%())$
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<
N9:0G.;.:0/
储藏时间
W;:T5
<
N;.4N
%
G
花粉萌发率
PNT4.05;.:0T5;N
%
F
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注$数据后面的不同字母代表差异达到显著水平"
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无距虾脊兰的花粉活力与柱头可授性
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Y
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花粉萌发率
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柱头可授性
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强可授性&
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具有可授性&
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&*
部分柱头具可授性&
&*
不具可授性
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<
45TN9N
C
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;
Y
*
%
!

!

兰科植物的花粉块结构减缓了其花粉离体萌发
速度+#$,!故使用液体培养基可以明显提高其花粉萌
发效率+#),蔗糖是大多数植物花粉离体培养所必
需的成分!它为花粉的萌发和花粉管的生长提供了
碳源!并且起到了维持培养基的花粉粒内外的渗透
平衡的作用+#,,蔗糖浓度对无距虾脊兰花粉萌发
的影响较为明显!未添加蔗糖的培养基中无距虾脊
兰花粉不能萌发!当浓度为
!""
<
(
=
&#时!萌发率
最高!浓度继续增高时!高的渗透压会造成花粉细胞
壁的质壁分离!从而抑制花粉萌发+#+,绝大多数的
研究显示培养基中添加一定的蔗糖会对花粉萌发起
促进作用+,!#)!#+(#2,!但是龚双姣等+!",发现培养基中
不添加蔗糖反而更有利于蜡梅 "
!&+1)$"$%&2(
3
-"4)5
#花粉的萌发!其具体机制目前还不明确
硼离子能够与蔗糖结合形成络合物!使其易于通过
质膜在组织中运输!进而促进蔗糖的吸收和代谢!硼
离子还参与了花粉管顶端细胞壁的形成+#2!#,!因而
一定浓度的硼可以提高花粉的萌发率硼离子浓度
不足会阻碍花粉的萌发!而且会导致花粉管的形态
异常+!!,本实验中!促进无距虾脊兰花粉萌发的最
佳硼浓度为
$"
"
)"4
<
(
=
&#
!与杂种卡特兰"
6&
7
$8
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7
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<
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-
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+
#)
,以
及扇脉杓兰"
!
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-+
3
9+21
:
"
3
)$+421
#
+
!%
,研究结果的
相近钙离子主要是在蔗糖和硼的主导作用下其辅
助作用!而这种作用对启动花粉萌发和调节花粉管生
长是必须的+!$,不同植物花粉萌发的最适钙离子浓
度并不相同!如无距虾脊兰为
$"
"
)"4
<
(
=
&#
!远低
于杂种卡特兰"
#""4
<
(
=
&#
#
+
#)
,和大花蕙兰"
!
7
18
;+9+21&
7
;-+9+21
#"
#)"4
<
(
=
&#
#
+
!)
,
然而!但这三
个因素共同起作用时!蔗糖和硼对无距虾脊兰花粉
的萌发起最主要作用!钙离子次之!因素间的交互作
用也不明显!无距虾脊兰花粉离体培养的最佳液体
培养基组合为
!""
<
(
=
&#蔗糖
>)"4
<
(
=
&#
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%
@A
%
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<
(
=
&#
15
"
BA
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#
!
(
$?
!
A
培养基
条件同样对花粉萌发有影响!如温度和
C
?
值过高
或者过低时也会对花粉萌发率和花粉管生长起抑制
作用与淫羊藿"
<
3
+19+21;-,+4)-$21
#
+
#
,
)薄
壳山核桃"
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7
"+##+$)+$$(+(
#
+
!,
,及黄连木"
/+(%"8
4+"4&+$$(+(
#
+
!+
,一样!无距虾脊兰花粉的最适萌发
温度为
!)D
因此!在野外对无距虾脊兰进行人工
辅助授粉时!不宜在温度偏低的早晨以及温度过高
的正午进行
花粉储藏是植物杂交育种工作关键环节!选择
适宜的储藏条件对保持花粉生活力极为重要+),兰
科植物的花粉属于二核型!具有较厚的外壁!一般比
,$%
西
!

!

!

!

!

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三核型型花粉更能忍耐干燥!具更长寿命+),程式
君+!,曾对藏虎头兰"
!
7
1;+9+21%-"4
7
"$21
#)多花
兰"
!.
=
#)-+;2$921
#)大花万带兰"
>"$9"4)-2#"
#
以及蜘蛛兰"
?-"4&$+(4#"-@+
#等多种兰科植物的
花粉干燥后低温存储数月后进行授粉!仍可保持很
高的授粉结实率本研究中!无距虾脊兰花粉在
&!"D

&"D
条件下干燥保存
%,"G
后仍然具
有一定的萌发率和较高的授粉结实率!与大花蕙兰
和墨兰"
!
7
1;+9+21(+$$(
#花粉的研究结果相
近+!2,这是因为低温低湿条件下!花粉的酶活性减
弱!呼吸作用降低!代谢受到抑制!从而可以使花粉
长时间的保持生活力+#),然而欧阳英等+%",采用新
鲜的密花石斛"
A$9-);+219$(+
=
#)-21
#花粉块在
&!"D
条件下储藏
#!G
后花粉萌发率就降至
,*2)F
!这可能是其花粉未经过干燥处理!花粉细胞
内含水量过高!在冷冻过程中容易造成冰冻伤害!从
而影响了花粉活力所以用低温干燥冷藏法来保存
兰花花粉块!不仅可以解决杂交育种中花期不遇的
问题!并且还可以大大丰富了育种种质资源!为兰花
育种工作开辟新的途径+!,
柱头可授期是花朵成熟过程中的一个非常重要
时期!它在很大程度上影响开花不同阶段的传粉成
功率+%#,通过对植物柱头可授性的研究!明确雌蕊
柱头的最佳授粉时期!不仅可以大大减少授粉工作
量!而且还能显著提高杂交的成功率+%!,在本实验
中!无距虾脊兰的柱头可授性所持续的时间为
)G
!
与其它的兰科植物相比!明显短 于 杏 黄 兜 兰
"
/"
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3
9+#21"-1$+"421
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#
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"
)G
#
+
%+
,相近因
此!今后对无距虾脊兰的进行杂交育种时!若是花期
不遇或需异地授粉!可将父本花粉储藏于
&!"D

&"D
条件下!至少可以在
#
年内保持一定的生活
力!而母本的授粉时期则最好在开花后
)G
内进行
参考文献!
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