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几种忍冬属植物花粉离体萌发研究



全 文 :第38卷第7期          西 南 大 学 学 报 (自然科学版)           2016年7月
Vol.38 No.7 Journal of Southwest University(Natural Science Edition) Jul. 2016
DOI:10.13718/j.cnki.xdzk.2016.07.013
几种忍冬属植物花粉离体萌发研究

刘安成, 尉 倩, 李淑娟, 王 庆, 王 宏, 庞长民
陕西省西安植物园,西安710061
摘要:为了探讨忍冬属(Lonicera Linn.)植物花粉萌发特性,为有性杂交奠定基础,研究了不同质量分数的蔗糖
溶液(15%,20%,25%,30%)对贯月忍冬(L.sempervirens Linn.)离体花粉的萌发作用,分别进行了不同花粉采
集时间(8:00~18:00)和不同培养温度(15℃,20℃,25℃,30℃)对4种离体花粉的萌发影响.结果表明30%
蔗糖+0.01%硼酸的培养液中贯月忍冬花粉萌发迅速、萌发率高,可以作为测定花粉萌发的培养基;贯月忍冬、
“格雷姆”忍冬(L.periclymenum “Geleimu”)和滇西忍冬(L.buchananii Lace)早晨8:00采集的花粉萌发率高,
红白忍冬(L.japonica var Chinensis)18:00采集的花粉萌发率显著高于其他时间;25℃条件下贯月忍冬离体花
粉萌发速度快,4h萌发率为95.1%;30℃条件下“京红久”忍冬(L.×heckrotii)、滇西忍冬和红白忍冬萌发率
高,4h萌发率分别为12.4%,84.7%,34.1%;贯月忍冬、“京红久”忍冬、滇西忍冬离体花粉在25℃和30℃条
件下差异不具有统计学意义,红白忍冬差异具有统计学意义.不同品种间花粉萌发率存在明显差异,贯月忍冬的
花粉萌发率最高.
关 键 词:忍冬属;花粉;萌发
中图分类号:S685.99    文献标志码:A    文章编号:1673-9868(2016)07-0076-06
忍冬属(Lonicera Linn.)隶属于忍冬科(Caprifoliaceae),约200种,产于北美洲、欧洲、亚洲和非洲北
部的温带和亚热带地区,中国有98种,广布于全国各省区,西南地区种类最多[1].忍冬属植物中不仅有中
国传统中药材金银花和山银花的药源植物[2],还有许多具有很高观赏特性的种类,有花灌木、藤本和匍匐
灌木类,如金银忍冬(L.maaekii(Rupr.)Maxim.)、“京红久”忍冬(L.×heckrottii)、贯月忍冬(L.sem-
pervirens Linn.)等,具有很高的园艺应用价值[3-4].迄今为止,忍冬属植物种质资源、栽培技术、化学成
分、药理等方面都有系统、全面的研究报道[5-7],金银花等在医药、花茶、饮料等领域的应用广泛.
忍冬属植物花繁叶茂,但结实率却差异很大,如金银忍冬等灌木结实率很高,而一些藤本类如贯月忍
冬、红白忍冬(L.japonica var Chinensis)等的结实率相对较低,一些杂交品种如“京红久”忍冬等在栽培中
一直未见结实.结实特性是植物有性繁殖和杂交育种的必要条件,植物的结实不仅受自然条件、生物因素
影响,更重要的是受植株本身花粉活力、能否成功受精及正常发育等多方面因素的控制.花粉是许多植物
有性生殖途径中进行遗传物质传递的载体,其活力的有无直接影响遗传物质传递的成败[8].一般通过测定
花粉萌发率来反映花粉的活力,花粉萌发率由两个因素决定:一是花粉本身的活力,二是花粉萌发的条件.
曲波等人[9]通过扫描电子显微镜对4种忍冬属植物花粉的形态进行了比较;张芳等人[10]比较了山东主产区
忍冬5个农家品种花粉形态特征,发现花粉粒形态特征可作为忍冬不同农家品种划分的参考.江幸山等
人[11]对忍冬属植物花药药隔的特化结构及其生物学意义进行了论述.杨爱微等人[12]对5个不同产地及类
① 收稿日期:2015-01-01
基金项目:陕西省农业科技创新与攻关项目(2016NY-022).
作者简介:刘安成(1973-),男,陕西山阳人,副研究员,主要从事观赏植物资源开发利用研究.
型的细毡毛忍冬(L.similes Hemsl.)、淡红忍冬(L.acuminate Wal.)花粉粒的形态特征进行了研究.黄
丽华等人[13]对黄褐毛忍冬花形态结构进行了研究.目前忍冬属植物花粉研究主要集中在花粉形态上,为种
及种以下分类提供科学依据.花粉萌发方面研究报道有:许珂等人[14]以金银忍冬为试材,研究了不同种类
糖、硼酸、钙离子、pH值、光照等单因子对花粉萌发的影响,发现分别含有25%的蔗糖、0.01%的硼离子、
0.02%~0.05%的钙离子以及pH=6.7时较适合金银忍冬的花粉萌发;王丽瑛等人[15]分析了鞑靼忍冬
(L.tatarica Linn.)、金银忍冬和忍冬(L.japonica)花粉活力及不同贮藏温度对花粉活力的影响,结果表
明3种忍冬属植物花粉活力存在极显著差别,其中鞑靼忍冬的生活力和耐贮力最强,低温有效地延长了花
粉活力的保持时间,忍冬属植物花粉最适萌发培养基成分为10%蔗糖+1%琼脂;孙年喜等人[16]进行了灰
毡毛忍冬(L.macranthoides Hand-Mazz)开花特性及繁育系统的研究,采用离体培养法测定了花粉活力,
结果发现灰毡毛忍冬单株整个花期花粉萌发率以盛花期最高,为43.1%,初花及末花期萌发率稍低,平均
为35.4%.在植物杂交工作中,花粉具有较高的活力是保证有效杂交的关键,也是选择父本的基础,为了
探讨花粉萌发率对结实的影响,本研究对几种忍冬属藤本植物的花粉进行离体培养,观测花粉的萌发率,
为下一步开展忍冬属植物杂交育种提供理论依据,也为忍冬属植物花粉的生殖生物学研究、品种改良等提
供参考.
1 材料与方法
1.1 材 料
“京红 久”忍 冬、贯 月 忍 冬、红 白 忍 冬、滇 西 忍 冬 (L.buchananii Lace)和 “格 雷 姆”忍 冬
(L.periclymenum “Geleimu”)为2010年来分别从北京植物园、云南腾冲、银川植物园等地引种栽培在西
安植物园植物资源圃中.试验于2014年4-6月在西安植物园植物生理实验室进行.
1.2 方 法
1.2.1 不同蔗糖质量分数对贯月忍冬花粉萌发的影响
采用离体萌发法,配制质量分数为15%,20%,25%,30%的蔗糖溶液(Sucrose solution,简写为S),另
一组为同样质量分数的蔗糖溶液,但加入0.01%的硼酸(Boric Acid,简写为B).用胶头滴管在载玻片上滴
1滴培养液,将3~5朵贯月忍冬花的花粉混合,用棉签轻弹撒于培养液上,每种花粉做3个重复.载玻片
放入铺有湿滤纸的培养皿内,在25℃条件下培养,3,6,9,24h后分别在显微镜下观察萌发情况,镜检时每
视野花粉粒在50粒以上,取平均值.花粉萌发率(%)=(花粉管长度大于或等于花粉直径的花粉粒的数量/
观察花粉数量)×100%.
1.2.2 不同采集时间对离体花粉萌发的影响
于晴天8:00-18:00每隔2h采集“格雷姆”忍冬、贯月忍冬、红白忍冬、滇西忍冬的花粉,置于30%
蔗糖+0.01%硼酸的培养基中,于20℃恒温箱内暗光培养.2,4h后分别观察萌发情况,并统计萌发率.
1.2.3 不同萌发温度对不同种花粉离体萌发的影响
采集“京红久”忍冬、贯月忍冬、红白忍冬、滇西忍冬的花粉,采用30%蔗糖+0.01%硼酸的培养基,
分别放置在15℃,20℃,25℃,30℃散射光条件下培养.2h,4h后分别观察萌发情况,并统计萌发率.
1.3 数据处理
利用SPSS软件对所取得的实验数据进行统计分析.
2 结果与分析
2.1 不同蔗糖质量分数对贯月忍冬花粉萌发的影响
贯月忍冬花粉在培养基不加硼酸的情况下,蔗糖质量分数在15%~25%之间,随蔗糖质量分数的增
加花粉萌发率呈递增趋势.3h内30%蔗糖溶液条件下萌发率最高,随着培养时间的延长,25%蔗糖溶
液条件下萌发率迅速超过30%蔗糖溶液,24h萌发时间内,最高萌发率为25%蔗糖溶液条件下,萌发
77第7期          刘安成,等:几种忍冬属植物花粉离体萌发研究
率为29.2%(图1).加入0.01%硼酸后,贯月忍冬花粉萌发率迅速提高,由30%蔗糖3h的13.5%提高
到30%蔗糖+0.01%硼酸3h的79.7%,并且随着培养时间的延长,不同质量分数的蔗糖溶液条件下
萌发率都在缓慢增长(图2),说明0.01%的硼酸对花粉萌发起促进作用,并且抑制高质量分数蔗糖溶液
对花粉的损伤;含30%蔗糖+0.01%硼酸的培养基3h萌发率为79.7%,6h内就达到90.8%,6h与9
h的91.8%、24h的92.4%差异不具有统计学意义,说明可以选择30%蔗糖+0.01%硼酸溶液作为测
定贯月忍冬花粉萌发试验的培养基.
图1 贯月忍冬离体花粉在
不同质量分数蔗糖(S)溶液中的萌发率
图2 贯月忍冬离体花粉在含0.01%硼酸(B)的
不同质量分数蔗糖(S)溶液中的萌发率
2.2 花粉不同采集时间对离体萌发的影响
如图3-4所示,“格雷姆”忍冬、贯月忍冬、滇西忍冬早晨8:00采集的花粉萌发率最高,贯月忍冬花粉
离体培养2h萌发率为90.4%,4h后达到97.3%;红白忍冬花粉培养2h未见萌发,4h后萌发率仅
2.7%.上午随着气温升高,花粉的萌发率迅速下降,14:00采集的花粉萌发率最低,贯月忍冬花粉离体培
养2h萌发率仅为4.7%;下午气温下降,采集的花粉萌发率又缓慢升高.红白忍冬18:00采集的花粉培养
2h萌发率为1%,培养4h为10%,高于其他时间点采集的花粉.4个种间的花粉萌发率差异具有统计学
意义,其原因是物种间花粉活力存在差异,也与物种不同开花时间特性、温度、太阳直射等各种因素的影
响共同作用.本试验主要目的是探讨花粉的采集时间和授粉时间,因而未统计更长时间的花粉萌发率.
图中相同图形上不同小写字母表示差异具有统计学意义(p<0.05).
图3 不同时间采集花粉培养2h后的萌发率
2.3 不同萌发温度对不同种花粉萌发的影响
在15℃条件下,滇西忍冬和红白忍冬培养4h内花粉未见萌发,贯月忍冬和“京红久”忍冬也与25℃
和30℃条件下差异具有统计学意义.随着培养温度的升高,萌发率呈上升趋势,供试的几种忍冬属植物花
粉离体萌发最佳温度为25~30℃,贯月忍冬在25℃时萌发率最高,4h萌发率为95.1%;“京红久”忍冬、
滇西忍冬和红白忍冬在30℃萌发率最高,4h萌发率分别为12.4%,84.7%,34.1%,贯月忍冬、“京红久”
忍冬、滇西忍冬离体花粉在25℃和30℃条件下差异不具有统计学意义,红白忍冬差异具有统计学意义.
87 西南大学学报(自然科学版)     http://xbbjb.swu.edu.cn     第38卷
种间比较可看出,贯月忍冬和滇西忍冬的花粉萌发率明显高于“京红久”忍冬和红白忍冬(图5-6).“格雷
姆”忍冬花期在西安地区是4月,花期为15d左右,测定萌发温度对花粉萌发的影响时盛花期已过,无法
进行测试,因而增加了“京红久”忍冬.从试验结果看不同种类适宜温度存在差异,进行人工授粉时也需要
考虑温度因素,合适的温度条件更有利于授粉萌发.
图中相同图形上不同小写字母表示差异具有统计学意义(p<0.05).
图4 不同时间采集花粉培养4h后的萌发率
图中相同图形上不同小写字母表示差异
具有统计学意义(p<0.05).
图5 不同温度条件下培养2h花粉萌发率
图中相同图形上不同小写字母表示差异
具有统计学意义(p<0.05).
图6 不同温度条件下培养4h花粉萌发率
3 讨 论
3.1 植物花粉萌发条件
测定花粉生活力的方法很多,与染色法相比,虽然离体萌发法操作较复杂、耗时长,但花粉在离体萌
发培养基中可萌发出花粉管,这种测定方法与花粉在自然状态的生长萌发相似,故数据更科学可靠.因此,
目前离体萌发法仍为花粉生活力测定的首选方法[17].糖类物质是花粉萌发及花粉管生长的重要营养物质,
在花粉萌发过程中能够为花粉提供能源、调节渗透压[18],糖质量分数过低,能量不足;质量分数过高,对
花粉细胞会造成损伤,这与本实验中采用30%蔗糖溶液培养时,随着培养时间的延长,统计出的花粉萌发
率反而下降一致.不同植物的花粉萌发条件是不相同的,通常认为20~30℃是适宜的温度范围,含有硼、
钙以及碳源的培养基适于花粉萌发[14,18].糖单独应用时200g/L的质量浓度使榛子花粉萌发率最高,而糖
和硼酸同时应用时糖的质量浓度只要150g/L就使花粉萌发率达到最大[18].硼对植物的生殖过程有重要的
影响,与花粉形成、花粉管萌发和受精有密切关系[19],硼酸作为微量元素虽对花粉的萌发具有促进作用,
但不是越多越好[8].本试验结果也表明培养基中加入0.01%的硼酸能提高离体花粉萌发率和萌发速度,不
97第7期          刘安成,等:几种忍冬属植物花粉离体萌发研究
同质量分数硼酸对忍冬属各个种有性生殖的影响将需要进一步试验研究.本研究主要探讨这几种藤本类忍
冬属植物的花粉活力情况,为种间杂交父母本的选择提供依据,因而未进行钙、镁、钾及pH值等因素对离
体花粉萌发的影响试验.
3.2 忍冬属植物花粉活力
金银忍冬花粉在培养基为25%蔗糖+0.01%硼离子+0.02%钙离子,光照为0.562 5μmol(m
2·S)和
pH值为6.7的条件下,6h萌发率可达88.1%[14].鞑靼忍冬、金银忍冬和忍冬在10%蔗糖的培养基3h
花粉萌发率分别为91.43%,92.22%,94.44%[15].灰毡毛忍冬盛花期花粉于蔗糖质量分数为20%,硼
酸质量浓度为50mg/L,pH 5的培养基上,置于25℃下暗培养1.5h后,萌发率为43.1%[16].本研究
发现贯月忍冬离体花粉在30%蔗糖+0.01%硼酸培养基,25℃条件培养2h萌发率为91.6%,4h为
95.1%;“京红久”忍冬、滇西忍冬和红白忍冬在30 ℃条件下,4h萌发率分别为12.4%,84.7%,
24.5%.说明虽然不同试验采用的花粉萌发条件不同、原植物生长环境不同,但可以看出忍冬属植物花
粉活力差异比较大.
3.3 花粉萌发情况对植物授粉结实的影响
花粉必须在具有活力时到达适宜的接受柱头才能完成传粉过程,花粉活力和柱头可授性是影响传粉成
功率的重要因素[16].开花时期、开花时天气等都会影响花粉活力,晴天中午太阳照射会使忍冬属植物花药
迅速干褐,花粉失去活力.从实验中发现贯月忍冬和滇西忍冬的花粉活力强,花期也长,在栽培中发现其结
实率也相对较高,判断花粉活力是这几种忍冬属植物传粉成功率的一个更重要的影响因素,因而在人工杂
交过程中,单从花粉活力因素考虑,选择贯月忍冬和滇西忍冬作父本比“京红久”忍冬和红白忍冬成功授粉
结实的几率高,另外授粉时间和气温也是需要考虑的因素.试验所选择的几种材料中,贯月忍冬、滇西忍冬
和红白忍冬是引种栽培的原变种或变种,而“格雷姆”忍冬、“京红久”忍冬为栽培品种,从其花粉萌发率上
看,花粉活性差异较大,说明野生种类的有性生殖能力更强.
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Study on Polen Germination in vitro for
Several Species of Lonicera
LIU An-cheng, YU Qian, LI Shu-juan,
WANG Qing, WANG Hong, PANG Chang-min
Xian Botanical Garden of Shaanxi Province,Xian 710061,China
Abstract:In order to investigate polen germination characteristics of LoniceraLinn.species and lay a
foundation for their sexual hybridization,the authors studied in vitro polen germination of L.sempervi-
rens at different sucrose concentrations(15%,20%,25%and 30%).Four kinds of polen were colected
at different times of the day(8:00-18:00)and let to germinate in vitro at different temperatures(15℃,
20℃,25℃and 30℃).The results showed that the polen of L.sempervirens germinated quickly in the
culture liquid containing 30%sucrose+0.01% boric acid with a high germination rate,which could be
used as a polen germination medium.The polen of L.sempervirens Linn.,L.periclymenum “Geleimu”
and L.buchananii Lace.had high germination rate when colected at 8:00a.m.,and the polen of L.ja-
ponica var.chinensis colected at 18:00p.m.had significantly higher germination rate than that colected
at other times.Under the condition of 25℃,the polen of L.sempervirens Linn.germinated in vitro
quickly,with a germination rate of 95.1%in 4h.The polen of L.×heckrottii,L.buchananii Lace and
L.japonica var.chinensis gave a high germination rate at 30℃,being 12.4%,84.7%and 12.4%,re-
spectively,in 4h.No significant difference was noticed between 25℃and 30℃in polen germination rate
of L.sempervirens,L.×heckrottii and L.buchananii Lace,while a significant difference was recorded
for L.japonica var.chinensis.Polen germination rate was significantly different between different varie-
ties,being the highest for L.sempervirens Linn.
Key words:Lonicera;polen;germination
责任编辑 潘春燕    
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