全 文 ：楸树、灰楸花粉离体萌发特性及其保存方法
*
李平英1，王军辉2，韩云花1，尚千涵1，于永明1，赵秋玲1
(1. 甘肃省小陇山林业科学研究所，甘肃 天水 741022;
2. 国家林业局林木培育重点实验室，中国林业科学研究院林业研究所，北京 100091)
摘要:以灰楸、楸树花粉为试材，在固体培养基上离体培养，研究花粉萌发的最适温度、适温下的最佳培养时
间及外源钙离子浓度对花粉萌发的影响。结果表明，30 ～ 35℃是灰楸花粉发芽的最适温度，25 ～ 35℃是楸树花
粉发芽的最适温度;2 种楸树花粉的最佳培养时间均为 3 h。外源钙离子能促进楸树、灰楸花粉的萌发，灰楸花
粉以 1. 36 ～ 2. 04 mmol /L CaCl2·2H2O 作用最为显著，楸树花粉以 3. 4 mmol /L CaCl2·2H2O 作用最为显著。贮
藏条件对花粉的贮藏时间起决定作用。其中在常温常湿条件下，灰楸、楸树的花粉贮藏 10 天时完全失活;在
－ 20℃、 － 80℃冷冻条件下灰楸、楸树花粉的活力分别可保持 120 天、90 天以上。表明灰楸、楸树花粉适宜的
贮藏条件依次为 － 20℃、 － 80℃冷冻。此研究可为楸树、灰楸生产上的花粉贮藏和人工授粉提供参考依据。
关键词:楸树;灰楸;花粉;萌发;贮存
中图分类号:S 792 文献标识码:A 文章编号:1672 － 8246 (2014)06 － 0013 － 06
Studies on Characteristics of Pollen Germination and Storage of
Catalpa faygesii and Catalpa bungei
LI Ping-ying1，WANG Jun-hui2，HAN Yun-hua1，SHANG Qian-han1，
YU Yong-ming1，ZHAO Qiu-ling1
(1. Xiao Longshan Forestry Ｒesearch Institute，Tianshui Gansu 741022，P. Ｒ. China;
2. Forest Plantation Key Laboratory of State Forestry of Administration，Forestry Ｒesearch Institute of
Chinese Academy of Forestry Sciences，Beijing 100091，P. Ｒ. China )
Abstract:Choosing Catalpa fargesii and Catalpa bungei pollen as test materials to investigate effect from different
cultivation temperature，exogenous calcium ion concentration and storage conditions on both pollen germination by
isolated cultivation on solid cultivation medium． The pollen viability test showed that the optimum temperatures for
pollen germination in vitro of C. fargesii and C. bungei were 30 ～ 35℃ and 25 ～ 35℃ respectively;and the best in-
cubation time was 3 hours． The exogenous calcium ion could promote the pollen germination of C. bungei and
C. fargesii． The optimal exogenous calcium ion concentration was 1. 36 ～ 2. 04 mmol /L CaCl2·2H2O and 3. 4
mmol /L CaCl2·2H2O for C. fargesii and C. bungei pollen respectively． The storage conditions played a decisive
role on the storage time of pollen. In the context of normal temperature and humidity，C. fargesii and C. bungei pol-
len could be complete inactivation，when they had been stored for 10 days． In the frozen condition of － 20℃ and
－ 80℃，the pollen viability of C. fargesii and C. bungei had been maintained for more than 120 days and 90 days
respectively． The suitable pollen storage conditions were － 20℃ and － 80℃ for both tree species. There had dif-
ferent storability of pollen among intraspecific single plants． The study results could provide reference for the pollen
第 43 卷 第 6 期
2014 年 12 月
西 部 林 业 科 学
Journal of West China Forestry Science
Vol. 43 No. 6
Dec. 2014
* 收稿日期:2014 － 08 － 26
基金项目:“珍贵用材树种新品种选育技术研究”(2012BAD01B05) ，甘肃省科技计划项目 (144NCNE176)资助。
第一作者简介:李平英 (1970 －)，女，高级工程师，主要从事林木育种研究。E-mail:xlslpy@ 126. com
通讯作者简介:王军辉 (1972 －) ，男，研究员，主要从事林木遗传育种研究。E-mail:wangjh@ caf. ac. cn
storage and artificial pollination of C. bungei and C. fargesii．
Key words:Catalpa bungei;Catalpa fargesii;pollen;germination;storage conditions
灰楸(Catalpa fargesii)、楸树 (Catalpa bungei)
是紫葳科 (Bignoniaceae)梓属 (Catalpa )高大落
叶乔木［1］，主要分布于我国西北、中原地区，是我
国特有的珍贵用材树种和观赏树种，具有重要的生
态和经济价值。种间杂交是常规育种研究中培育新
品种的重要途径，而花粉采集、贮藏及其生活力检
测是人工授粉的重要环节。目前，打破杂交亲本的
时间和空间隔离，扩大杂交育种的亲本成了杂交育
种工作的一个热门课题。灰楸花期为 5 月初［2］，楸
树花期为 4 月初，两者花期存在明显时空隔离，花
粉萌发率测定对开展梓属种间或种内杂交具有重要
意义。近年来，不少学者在植物花粉生活力测定方
面进行了深入研究［3 ～ 11］，大量研究表明，钙、镁等
微量元素对植物花粉萌发具有不同程度的影
响［12 ～ 19］;花粉离体萌发是检测花粉活力简便而可
靠的方法之一，在植物人工辅助授粉和杂交育种研
究中已广泛应用。目前国内开展了部分灰楸、楸树
花粉萌发试验［7 ～ 9］，但在固体培养基上，未见培养
温度、钙、贮藏条件对灰楸、楸树花粉萌发的相关
报道。
在固体培养基上进行楸树的花粉生活力试验，
以期掌握楸树、灰楸花粉离体萌发的合适培养温
度、培养条件，揭示楸树、灰楸花粉萌发特征，探
讨其花粉长期保存的方法，打破灰楸、楸树花粉的
时空隔离，为开展楸树、灰楸种间或种内杂交及新
品种培育奠定基础。
1 材料与方法
1. 1 材料来源
预试验表明，灰楸、楸树从蕾期到凋落期花粉
都具有萌发能力，但盛花期的花粉活力最高。因此，
选在盛花期采集花药，灰楸花粉采自灰楸主要分布
区甘肃省天水市，采集时间为 2009 年 5 月 12 日;
楸树花粉采自河南洛阳偃师楸树试验林，采集时间
为 2009年 5 月 1 日。每个树种选 10 个以上单株，
间距不小于 100 m，花粉采后混合，放入华夏牌便
携式冰箱，室内阴干后 (室温 20℃、3天)，将花粉
分成若干份，分别存放于常温、 － 20℃、 － 80℃条
件下，用于萌发及储存试验。
1. 2 方法
1. 2. 1 花粉萌发试验
采用 0. 7 %琼脂 + 20 g /L蔗糖 + 0. 005 %硼酸
培养基为基础培养基［9］。
(1)花粉萌发温度 设置 15℃、20℃、25℃、
30℃、35℃、40℃等 6 个温度梯度筛选楸树、灰楸
花粉离体萌发的最适温度。
(2)最适的钙离子浓度的筛选 基础培养基中
分别加入 0 mmol /L、0. 34 mmol /L、0. 68 mmol /L、
1. 36 mmol /L、2. 04 mmol /L、3. 4 mmol /L、6. 8
mmol /L CaCl2·2H2O，筛选最适的钙离子浓度。
(3)花粉的萌发过程观察 在最适温度下，
应用最佳培养基研究花粉的萌发过程。培养后每隔
1 h观测 1 次萌发情况，直到花粉萌发率稳定时即
停止观察。
1. 2. 2 花粉储存试验
灰楸、楸树的花粉室内阴干后 (室温 20℃、3
天)，将花粉分成若干份，在常温、 － 20℃、 － 80℃
等 3 种条件下贮藏，贮藏后第 10 天、20 天、30
天、60 天、90 天、120 天、150 天测定发芽率，直
到发芽率为 0。
每个处理 4 次重复，每次重复随机观察 3 个视
野，统计每个视野内花粉粒数、发芽粒数，到花粉
萌发率稳定时即停止观察。计算每个视野的发芽
率，进而求算每次重复的平均值。花粉萌发率
(%) =花粉萌发数 /总花粉数 × 100 %。
1. 3 数据统计分析
采用 EXCEL 2003、SPSS 10. 0 软件进行数据汇
总与统计分析，百分数数据经反正弦变换后采用
LSD方法进行多重比较。
2 结果与分析
2. 1 花粉的萌发温度与萌发过程
2. 1. 1 灰楸花粉的萌发温度与萌发过程
以 10 个单株的花粉萌发率平均值代表该树种
的萌发率。结果表明，不同温度条件下灰楸花粉萌
发率呈现极显著差异 (P ＜ 0 . 01)。从图 1 可知，
在 15℃时，灰楸花粉萌发率显著低于 20℃、25℃、
35℃，在30 ～ 35℃时均达最大值，而且显著高于
41 西 部 林 业 科 学 2014 年
40 ℃，可见，灰楸花粉离体萌发的最适温度为 30
～ 35℃。从节约能源的角度考虑，宜选择 30℃为
灰楸花粉培养的最适温度。
图 1 培养温度对灰楸花粉萌发的影响
注:大写字母表示 1%极显著差异水平，下图同
Fig. 1 Effect on pollen germination variation of Catalpa
fargesii in different temperature
灰楸花粉在最适温度下的发芽进程见图 2。由
图 2 可知，灰楸花粉培养 1 h 后，见花粉管伸出，
且发芽率达到较高水平，培养 3 h 发芽率达到高
峰，培养 4 h 部分花粉管脱落破裂，发芽率下降。
因此灰楸花粉在 30℃培养条件下观察的最佳时间
为 3 h。
图 2 灰楸花粉的萌发进程
Fig. 2 Pollen germination process of Catalpa fargesii
2. 1. 2 楸树花粉的萌发温度与萌发过程
在不同温度条件下楸树花粉萌发率呈现极显著
差异 (P ＜ 0 . 01)。从图 3 可知，在 15℃、20℃
时，楸树花粉萌发率显著低于 25℃、30℃、35℃，
在 25 ～ 35℃ 时均达最大值，而且显著高于 40℃，
可见，楸树花粉离体萌发的最适温度为 25 ～ 35
℃。从节约能源的角度考虑，宜选择 25℃为灰楸
花粉培养的最适温度。
图 3 培养温度对楸树花粉萌发的影响
Fig. 3 Effect on pollen germination variation of
Catalpa bungei in different temperature
楸树花粉在最适温度下的发芽进程见图 4。由
图 4 可知，楸树花粉培养 1 h 后，见花粉管伸出，
培养 3 ～ 4 h 发芽率最高，之后发芽率开始下降，
花粉管脱落。方差分析表明不同培养时间楸树花粉
的萌发率达极显著差异 (P ＜ 0 . 01)，培养 3 h 楸
树花粉的发芽率与培养 4 h 的发芽率无明显差异，
因此楸树花粉在 25℃培养条件下观察花粉发芽的
最佳培养时间为 3 h。
图 4 楸树花粉萌发过程
Fig. 4 Pollen germination process of Catalpa bungei
2. 2 灰楸、楸树花粉萌发的最适钙离子浓度
钙离子对灰楸、楸树花粉萌发的影响见图 5 ～
6。由图 5 ～ 6 可知，在培养基中加入 Ca2 +后，楸
树、灰楸花粉的萌发率均显著高于对照，表明不同
浓度的 Ca2 +均能促进灰楸、楸树花粉的萌发。在
不同浓度的 Ca2 +条件下灰楸、楸树花粉萌发率呈
现极显著差异，灰楸花粉萌发率在 1. 36 ～ 2. 04
51第 6 期 李平英等:楸树、灰楸花粉离体萌发特性及其保存方法
mmol /L CaCl2·2H2O达最大值，花粉萌发率从9. 9 %
上升至 39. 6 %，提高了 4 倍;楸树花粉萌发率在
以 3. 4 mmol /L CaCl2·2H2O 作用最为显著，花粉
萌发率从 15. 9 %上升至 31. 2 %，增加了 2 倍。可
见在培养基中加入 Ca2 +后，显著促进了灰楸、楸
树花粉萌发。灰楸花粉萌发的最适钙离子浓度
1. 36 ～ 2. 04 mmol /L CaCl2·2H2O，楸树花粉萌发
的最适钙离子浓度 3. 4 mmol /L CaCl2·2H2O。
图 5 不同钙离子浓度对灰楸花粉萌发的影响
Fig. 5 Effects on pollen germination for Catalpa fargesii
in different Ca2 + concentrations
图 6 不同钙离子浓度对楸树花粉萌发的影响
Fig. 6 Effects on pollen germination for Catalpa bungei
in different Ca2 + concentrations
2. 3 花粉的保存方法、保存时间对其萌发力的影响
不同贮藏方法对灰楸、楸树花粉的萌发力影响
结果见图 7 ～ 8。
由图 7 可知，灰楸花粉在常温常湿条件下贮藏
10 天左右，完全失活，表明常温常湿条件不利于
灰楸花粉的保存。在 － 20℃、 － 80℃条件下灰楸花
粉贮藏 90 天时，花粉活力显著降低。在 － 20℃条
件下灰楸花粉可贮藏 150 天，在 － 80℃条件下可保
存 120 天。
图 7 灰楸花粉在不同贮藏条件下活力的变化
Fig. 7 Active variation on pollen germination of Catalpa fargesii in different storage conditions
由图 8 可知，楸树花粉在常温常湿条件下贮藏
10 天左右，花粉完全失活;在 － 20℃条件下，花
粉保存 60 天花粉活力显著下降，贮藏 120 天时花
粉几乎没有活力。在 － 80℃条件下楸树花粉可保存
90 天。
试验结果表明适当冷藏有利于灰楸、楸树花粉
的保存。在 － 20℃与 － 80℃贮藏条件下花粉发芽率
相比较， － 80℃贮藏没有比 － 20℃贮藏显著提高灰
楸、楸树花粉活力，从节约能源的角度考虑，没必
要进行超低温保存。
61 西 部 林 业 科 学 2014 年
图 8 楸树花粉在不同贮藏条件下萌发率的变化
Fig. 8 Germination rate variation on pollen germination of Catalpa bungei in different storage conditions
3 结论与讨论
3. 1 温度对花粉萌发的影响
在植物受精过程中温度是一个至关重要的因
素。温度过低花粉管生长慢，在花粉管到达胚囊
前，胚囊已失去受精能力;温度过高则造成花粉死
亡而无法萌发，影响植物的繁殖效率。花粉萌发的
适宜温度因植物种类而异。西南桦 (Betula al-
noides)［3］与柑桔 (Fortunella crasstfolia)［21］花粉离
体萌发的最适培养温度分别为 30℃、36℃。滇楸
(Catalpa faygesii f. duclouxii)、黄金树 (C. speciosa)
及梓树 (C. ovata)花粉的适宜萌发温度，为 24 ～
28 ℃［7］。在本项研究中，灰楸花粉适宜萌发温度
为 30 ～ 35℃，楸树花粉适宜的萌发温度为 25 ～
35℃。这种差异除了与物种特性有关之外，可能与
其花期气温不同有关，可视为对环境的一种适应。
3. 2 Ca2 +对花粉萌发的影响
大量的研究证明，Ca2 +对启动花粉萌发、调节
花粉管生长具有重要的作用。外源钙可以替代花粉
萌发时的群体效应［19］，从图 3 ～ 4 可以看出，在没
有外源 Ca2 +的培养基中，灰楸、楸树花粉萌发率
稍低，但仍能萌发。可见，外在 Ca2 +对花粉萌发
并不是必需的。灰楸、楸树对外源 Ca2 +的需求量
不同，灰楸在 0. 34 ～ 0. 68 mmol /L低浓度就可显著
促进灰楸花粉萌发，在 1. 36 ～ 2. 04 mmol /L时达到
最大值，Ca2 +浓度增加到 3. 4 ～ 6. 8 mmol /L时对花
粉萌发产生抑制作用;楸树花粉在 Ca2 +浓度达 3. 4
mmol /L时才可极显著促进花粉萌发，需 Ca2 +量较
灰楸高，6. 8 mmol /L 高浓度的外源 Ca2 +对花粉萌
发却有抑制作用，可见，过高过低的 Ca2 +浓度都
会影响花粉的萌发。在丝瓜 (Luffa cylindrica)和
黄瓜 (Cucumis sativus)花粉的研究中也发现类似
现象［12，14］。
3. 3 贮藏条件对花粉活力的影响
花粉贮藏过程中贮藏温度和贮藏时间的长短对
花粉生活力都有明显的影响［7］。灰楸、楸树花粉
萌发率均表现出随时间的延长而降低的趋势，且不
同贮藏温度下降低幅度不同。在 － 20℃、 － 80℃下
变化较小而在常温保存下萌发率下降明显。常温贮
藏对多数花粉是不利的［23］，这与本试验结果相同。
从理论上讲，超低温 (干冰温度 － 80℃到液氮温度
－196℃)保存生物材料，是保存生命物质最好的方
法之一［17，22］，超低温贮藏对多数花粉来说是有利
的。王改萍［8］研究了楸树花粉保存 3 周后花粉的活
力，表明液氮、 － 70℃保存好于 － 20℃、0℃和常温
保存。本项研究在常温、 － 20℃、 － 80℃储存条件
下对楸树、灰楸花粉活力进行对比，结果表明，
－20℃保存好于 － 80℃，这与王改萍的结论不同。
花粉能否超低温保存主要取决于其含水量［22］，本试
验研究了贮藏花粉的温度，未对其含水量进行测定，
可能是花粉含水量的差异导致 － 20℃保存好于
－80℃。此次试验采用最常用的阴干处理，且各品
种的处理时间相同，有可能造成 2 树种含水量变化
不一致，从而导致树种花粉生活力的突然下降，具
体原因还需进一步研究。
花粉保存技术对楸树进行有性杂交育种非常重
要，因此今后对梓属植物花粉进行超低温保存要从
71第 6 期 李平英等:楸树、灰楸花粉离体萌发特性及其保存方法
花粉的发育程度、花粉含水量、花粉保存时间、预
冻处理、冷冻保护剂、解冻方法等进行探讨，建立
一套梓属植物花粉保存技术。
本项研究由于采集花粉的基因型较少，仅对楸
树和灰楸 2 个树种的花粉萌发差异进行初步比较，
探索二者是否具有差异，要进行楸树和灰楸花粉长
期离体保存，还需进行多基因型参与试验，才能为
杂交育种工作提供切实有效的保存方法。
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