全 文 ：武汉植物学研究 2002, 20( 4) : 280～282
Journal of Wuhan Botanical Research
甜柿巨大花粉萌发特征及辐射敏感性研究
谷晓峰1 罗正荣1, 2
( 1.华中农业大学园艺林学学院, 武汉 430070; 2.湖北民族学院园艺系, 恩施 445000)
摘 要: 以‘禅寺丸’(Diospy r os kaki L . f . )为试材,对巨大花粉萌发率、花粉管伸长、亲和性及辐射敏感性进行了研
究, 结果表明: ( 1)巨大花粉在培养基和柱头上正常萌发,不存在萌发及亲和性障碍; ( 2)巨大花粉萌发迟缓及低萌
发率造成其与普通花粉受精竞争中处于劣势; ( 3)巨大花粉和普通花粉对60Co -射线辐射敏感性有差异, 巨大花粉
的敏感性低于普通花粉, 1 200 Gy 为刺激巨大花粉萌发的适合剂量, 同时可抑制普通花粉萌发,从而可相对提高巨
大花粉的受精竞争力; ( 4)辐射延迟效应造成巨大花粉的萌发率在一定期间内有下降趋势,但自身的修复机制可部
分恢复其生活力。
关键词: 甜柿; 巨大花粉; 萌发; 辐射敏感性
中图分类号: Q943. 1 文献标识码: A 文章编号: 1000-470X ( 2002) 04-0280-03
Study on Germinant Characteristic and Radiosensitivity of Giant
Pollen in Nonastringent Persimmon
GU Xiao-Feng
1 , LU O Zheng-Rong
1, 2
( 1. Col le ge of H orti culture and Forestry , H uaz hong A gri cultural Univ ersity, Wuhan 430070, Ch ina;
2. Dep artment of H orti culture, H ubei Inst itut e f or N ationali tie s, En shi 445000, C hina)
Abstract: Studies w er e carried out on germinat ion, pollen tube elongat ion, compat ibility and ra-
diosensit ivity of g iant po llen in ‘Zenjimaru’persimmon( Diospy ros kaki L. f . ) . The r esults show ed
that : ( 1) the normal germinat ion of g iant pollen in st igma and medium indicated that g iant po llen
is compatibility with female parent ; ( 2) the delay er g erminant pro cess and low er g erminat ion rate
of g iant pol len caused w eaker compet ition in mixed pol linat ion than normal pollen, w hich is the
real reason of low rate o f acquired triploids in breeding pract ice; ( 3) g iant and normal pollen have
dif ferent radiosensit ivity, and giant po llen w er e low er. 1 200 Gy w as the fit ter dose of r adiation
to st imulate g iant pollen germination, meant ime to rest rain some no rmal pollen. T herefore , the
compet itio n of normal pollen could be increased in stigma. ( 4) the effect of post radiat ion could
decl ined germination rate o f g iant pollen, and the germ inat ion could increased part ly as the result
of damage repair .
Key words: Nonast ring ent per simmon; Giant pollen; Germinat ion characteristic; Radiosensi-
tiv ity
柿的栽培品种多为 6倍体( 2n= 6x= 90) ,其中
部分具雄花的品种存在巨大花粉,比例从 0. 1%～
19. 5%不等,经细胞学鉴定确认为 2n花粉[ 1]。许多
研究表明, 利用 2n 配子育种不仅可以提高杂种倍
作者简介: 谷晓峰( 1974- ) ,男,在读博士生,主要从事柿属植物倍性育种研究。
通讯作者。Author for corr espon dence ( E -mail : luozh r@ public. w h. hb. cn )
收稿日期: 2001-12-21,修回日期: 2002-07-12。
基金项目: 国家自然科学基金( 30070529)、教育部优秀青年资助计划项目、高等学校博士学科专项科研基金资助项目( 1999004001)资
助。
性,而且可向子代高频率传递杂和性( heterozy gosi-
ty )和上位性( epistasis) [ 2]。因此,利用 2n花粉育种
可望获得无核且综合性状优良的甜柿新种质。但 2n
配子和正常配子的天然结合很低, 难以获得期望的
9倍体[ 3]。由于 2n花粉 DNA 含量加倍,推测其萌发
率、萌发进程、柱头亲和性及辐射敏感性可能有所改
变,但这方面直接证据还很少。本试验选用花粉量
大、含有一定比例 2n 花粉的甜柿品种‘禅寺丸’为试
材进行了研究,以期为甜柿 2n花粉育种提供科学依
据。
1 材料与方法
1. 1 材料
‘禅寺丸’( Diospy ros kaki L. f. )花粉收集及筛
选参照谷晓峰等[ 3, 4]的方法。用未筛选花粉及筛选纯
化的花粉授粉‘罗田甜柿’( Diospy ros kaki L. f . ) ,
6 h后采集雌蕊,卡诺氏液(乙醇冰乙酸= 31)固定
24 h 后, 转入 70%乙醇 4℃保存备用。我们曾经对
‘禅寺丸’巨大花粉进行过细胞学鉴定,认为其为染
色体未减数的 2n花粉(结果将另文发表) ,本文称为
“巨大花粉”。
1. 2 检测方法
1. 2. 1 花粉萌发进程 花粉萌发采用悬滴培养法,
具体参考谷晓峰等 [ 4]的方法,以花粉管超过花粉直
径为花粉发芽的直观标志, 3 h, 6 h, 9 h, 12 h, 15 h
后测定花粉管长度, 每次每类花粉不少于 60 粒。
20 h后统计两类花粉萌发率。
1. 2. 2 精子在花粉管中位置 精细胞的 DAPI 荧
光染色参考姜泊[ 5]及 Sug iura 等[ 6]的方法, 并做适
当修改: 将花粉悬浮于 15%蔗糖+ 1%硼酸溶液
10 h, 滴 1滴花粉悬浮液(约 20 L)于载玻片上,加
入适量 DAPI, 使其最终浓度为 50 g/ mL, 染色
20～30 min,盖上盖玻片, Olympus AH-3型万能显
微镜观察, SENSYS CCD 摄影。
1. 2. 3 花粉在柱头上萌发 花粉管苯胺兰染色参
考 T akamura 等[ 7]的方法, 并做适当修改:将花柱在
60℃ 1 mol/ L NaOH 溶液软化 80 m in, 0. 1%水溶
性苯胺兰染色 15～20 min, 压片, 荧光观测同本文
1. 2. 2所述。
1. 2. 4 花粉辐射敏感性 利用湖北省农业科学院
原子能利用研究所的60Co 辐射源,剂量率为 10 Gy/
min, 本试验设计的各处理剂量综合前人的研究[ 8]
和本实验室的预备试验结果而定, 普通花粉为 0
( CK)、200、400、600、800、1 000、1 200、1 400 Gy; 巨
大花粉为 0 ( CK )、800、1 000、1 200、1 400、1 600、
1 800 Gy。辐射后 0 h, 12 h, 24 h, 48 h, 72 h 检测花
粉萌发率。
2 结果与讨论
2. 1 花粉萌发进程
表 1表明, 巨大花粉花粉管的伸长速度明显慢
于普通花粉, 萌发 15 h 后, 普通花粉的花粉管长度
为 1 462. 55 m, 而巨大花粉的仅为710. 55 m, 相
差 1倍左右(图版Ⅰ: 1) ;柿成熟花粉为 3细胞型[ 6] ,
精细胞进入花粉管的早晚, 将决定与卵细胞结合的
机率。DAPI染色可见,由于两类花粉萌发速度的差
异,普通花粉的精细胞进入花粉管时,巨大花粉的精
细胞仍处于花粉中(图版Ⅰ: 2)。且两类花粉的萌发
率相差较大: 普通花粉为 21. 14%; 巨大花粉仅
8. 4%。
表 1 巨大花粉和普通花粉的花粉管长度的比较
Table 1 Compar ion of pollen tube leng th of
g iant and no rmal pollen
测定时间
T ime ( h)
普通花粉
Normal pollen
( m)
巨大花粉
Giant po llen
( m)
3 204. 11 141. 87
6 493. 28 204. 06
9 632. 54 331. 95
12 924. 55 460. 80
15 1 462. 55 710. 55
花粉与柱头亲和性是决定授粉成功与否的关键
因素,从授粉柱头荧光检测结果可见,巨大花粉和普
通花粉均可正常萌发(图版Ⅰ: 3) ,说明巨大花粉不
存在亲和性障碍, 只要提高混合花粉中巨大花粉的
纯度和竞争力, 受精可望成功。但纯化花粉和未筛选
花粉在柱头上萌发数量相差很大,未筛选花粉授粉
的柱头上, 花粉管数量达 50～72条(图版Ⅰ: 4) , 而
纯化花粉的仅有 2～10条(图版Ⅰ: 5)。
授粉时萌发较快的那部分花粉最具竞争力, 巨
大花粉由于萌发迟缓,加上萌发率较低,在受精竞争
中处于不利地位, 这样即使采用较高比例的巨大花
粉授粉, 只要存在普通花粉,就很难与卵细胞结合,
这可能是巨大花粉受精成功率低的根本原因。而且
由于巨大花粉的萌发特征, 筛选时其比普通花粉更
易丧失活力,竞争力进一步降低,因而提高巨大花粉
受精竞争力是育种成败的关键。
2. 2 普通和巨大花粉辐射敏感性
辐射敏感性依据辐射效应的任何终末点为指标
衡量, 其所需剂量大, 表示辐射敏感性弱, 反之为
强[ 9]。花粉辐射敏感性以萌发率下降程度为指标, 下
281 第 4 期 谷晓峰等: 甜柿巨大花粉萌发特征及辐射敏感性研究
降程度越大其敏感性就越强。结果显示, 普通花粉
随着辐射剂量的增加萌发率逐渐下降(图 1) , 800
Gy 辐射剂量时, 萌发率约为对照的一半, 故此剂量
为普通花粉的半致死剂量。一般来说,高倍性物种具
有更强的辐射抗性, 本试验以普通花粉的半致死剂
量为基础,考察了不同辐射剂量对巨大花粉萌发率
的影响。
图 1 普通花粉辐射敏感性
Fig. 1 Radio sensit ivity o f normal po llen
表 2 巨大花粉的辐射敏感性及辐射延迟效应的检测
Table 2 Compar ison o f radio sensitivity and
po st radiat ion o f giant po llen
辐射剂量
Dose of
r adiation
( Gy )
辐射后不同时间的花粉萌发率( % )
Germina tion pr opor tion o f pollen in
differ ent t ime after r adiation
0 h 12 h 24 h 48 h 72 h
0 7. 8 6. 3 6. 2 7. 6 4. 7
800 16. 8 7. 1 7. 6 6. 7 4. 6
1 000 16. 5 6. 5 12. 3 9. 7 4. 0
1 200 20. 2 7. 2 9. 1 13. 1 5. 0
1 400 11. 8 5. 5 4. 7 6. 8 5. 3
1 600 6. 3 3. 9 4. 6 0 0
1 800 4. 5 0 0 0 0
表 2表明,巨大花粉萌发率随辐射剂量的增加
而提高, 1 200 Gy 剂量达最大, 比对照提高了
12. 4% ;同时由图 1可知,此辐射剂量时普通花粉萌
发率不到 5%, 可见 1 200 Gy 为刺激巨大花粉萌发
的适宜剂量(图版Ⅰ: 6)。剂量继续增加导致巨大花
粉萌发率下降, 但 1 800 Gy 辐射剂量时,仍未达到
半致死剂量, 这说明巨大花粉的辐射敏感性低于普
通花粉,究其原因,可能与加倍的遗传物质对辐射损
伤的补偿和掩盖作用有关 [ 10]。辐射延迟效应( post
of radiat ion)使遗传损伤在辐射一段时间后才完全
表现[ 10] , 12 h后巨大花粉萌发率下降正是此效应的
体现。随着时间的延续,花粉萌发率又有所增加,可
能由于植物具有一定程度的自我修复能力,可对损
伤的 DNA 进行修复 [ 11] , 辐射剂越大修复需要的时
间越长。
3 小结
巨大花粉不存在亲和性障碍,其受精成功率低
的根本原因可能是巨大花粉萌发迟缓造成生殖细胞
进入花粉管较晚,加上低的萌发率,使其在受精竞争
中处于不利地位。巨大花粉辐射敏感性低于普通花
粉, 采用适宜辐射剂量( 1 200 Gy)可刺激其萌发, 同
时抑制正常花粉萌发,可能在一定程度上提高巨大
花粉在受精中的竞争力。
参考文献:
[ 1 ] Sug iur a A , Ohkuma T , Cho i Y A , et al. Pr oduction
of nonaploid ( 2n= 90) Japanese per simmon (Diosp y-
r os kaki ) by po llination with unreduced ( 2n = 6x )
po llen and em bryo r escue cult ur e. J A mer S oc H or t
Sci, 2000, 125( 5) : 609 614.
[ 2 ] 唐仙英, 罗正荣, 蔡礼鸿. 植物未减数配子及其应用
研究进展. 武汉植物学研究, 1999, 17(增刊) : 1 7.
[ 3 ] 谷晓峰, 唐仙英,罗正荣. 柿品种‘禅寺丸’未减数花
粉分离体系的建立. 果树学报, 2001, 18( 1) : 32 34.
[ 4 ] 谷晓峰, 罗正荣. 柿品种‘禅寺丸’花粉生活力及贮藏
特性的初步研究. 华中农业大学学报, 2000, 32(增
刊) : 95 98.
[ 5 ] 姜泊.细胞凋亡基础与临床. 北京: 人民军医出版社,
1999. 3 15, 255 265.
[ 6 ] Sug iura A , Tao R, Ohkuma T . Po llen nuclear num-
ber in four Diosp y ros species. H or t S cience, 1998, 33
( 1) : 14 150.
[ 7 ] Takamura T , M iyajima I . Cr oss-compatibility and
the plo idy of pr ogenies in cro sses betw een diploid
and tet raploid cyclamen (Cyclamen p ersicum Mill. ) .
J Jp an Soc H ort S ci, 1996, 64( 4) : 883 889.
[ 8 ] 康向阳, 朱之悌, 林惠斌. 白杨不同倍性花粉的辐射
敏感性及其应用. 遗传学报, 2000, 27( 1) : 78 82.
[ 9 ] 夏寿萱. 放射生物学. 北京: 军事医学科学出版社,
1998. 237 257.
[ 10] Conger A D , Sparr ow A H, Schwemm er S S, et al.
R elat ion o f nuclear v olume and radio sensitivity t o
ploidy level ( haploid to 22-plo id ) in higher plants
and a yeast . Environ Exp Bot, 1982, 22: 57 74.
[ 11] 朱壬葆, 刘永, 罗祖玉. 辐射生物学. 北京:科学出版
社, 1987. 254 331.
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