于璐 蔣芳玲 周蓉 曹雪 吳震
摘要:為了探討不同培養(yǎng)基類型和培養(yǎng)溫度對(duì)番茄花粉活力的影響,比較不同品種番茄花粉活力差異,確定番茄花粉萌發(fā)的適宜培養(yǎng)基和溫度,以8個(gè)美國(guó)引進(jìn)番茄品種為材料,設(shè)置了5種培養(yǎng)基和5個(gè)培養(yǎng)溫度,測(cè)定花粉的萌發(fā)率和花粉管長(zhǎng)度。結(jié)果表明:番茄花粉離體萌發(fā)的最適培養(yǎng)基為120 g/L蔗糖+120 mg/L硼酸+4 mg/L GA3+0.5 mg/L硫胺素+1%瓊脂;雙因素方差分析結(jié)果,不同溫度及不同品種間花粉活力差異顯著,而且2者之間存在顯著的交互作用。番茄花粉離體萌發(fā)的最適溫度是25 ℃,品種NT-181在25 ℃條件下的花粉活力最高;在供試品種中,NT-203具有耐高溫的能力,NT-168、NT-186具有耐低溫的能力。研究結(jié)果明確了不同品種番茄花粉活力對(duì)不同溫度的耐性,為番茄育種的耐高溫、耐低溫親本選擇和番茄栽培的耐高溫、耐低溫品種的篩選提供依據(jù)。
關(guān)鍵詞:番茄;花粉活力;萌發(fā)率;花粉管長(zhǎng)度
中圖分類號(hào): S641.201文獻(xiàn)標(biāo)志碼: A文章編號(hào):1002-1302(2014)01-0110-04
收稿日期:2013-05-13
基金項(xiàng)目:江蘇省農(nóng)業(yè)科技自主創(chuàng)新資金[編號(hào):CX(12)4044];江蘇省科技支撐計(jì)劃(編號(hào):BE2011435、BE2011461)。
作者簡(jiǎn)介:于璐 (1989—),女,江蘇淮安人,碩士研究生,研究方向?yàn)槭卟嗽耘嗌砼c生物技術(shù)。E-mail:2010104081@njau.edu.cn。
通信作者:吳震,教授,博士生導(dǎo)師,主要從事蔬菜栽培生理與生物技術(shù)等方面的研究。E-mail:wzh@njau.edu.cn。番茄(Lycopersicon esculentum Mill.) 為茄科(Solanaceae)番茄屬植物,是全球范圍內(nèi)廣泛栽培的重要蔬菜作物[1]。番茄采用有性繁殖,在有性繁殖中花粉作為遺傳物質(zhì)的載體,花粉活力的有無(wú)及大小決定遺傳物質(zhì)傳遞的成敗,并與坐果率、種子發(fā)育及果實(shí)生長(zhǎng)有密切的關(guān)系[2]。因此在進(jìn)行番茄授粉受精、胚胎發(fā)育、遺傳育種和花粉學(xué)研究之前,都要檢測(cè)花粉的活力[3]。
花粉活力的檢測(cè)通常分為萌發(fā)測(cè)定和不萌發(fā)測(cè)定。萌發(fā)測(cè)定是利用培養(yǎng)基使花粉萌發(fā)并測(cè)定花粉管的生長(zhǎng),根據(jù)此現(xiàn)象判斷花粉的活力。非萌發(fā)測(cè)定是指不需要通過(guò)花粉的萌發(fā)即可判斷花粉活力的高低,測(cè)定方法有對(duì)花粉呼吸作用或其瀝出液的化學(xué)電導(dǎo)率的測(cè)定、根據(jù)胞質(zhì)的有無(wú)以及酶活性情況進(jìn)行的染色測(cè)定、根據(jù)脯氨酸含量差異進(jìn)行的測(cè)定、形成有效種子能力為基準(zhǔn)進(jìn)行的測(cè)定[4-5]?;ǚ勖劝l(fā)和花粉管伸長(zhǎng)測(cè)定是簡(jiǎn)易而有效的檢測(cè)方法。
花粉活力受自身遺傳和環(huán)境因素的影響[6-7],除與花器官發(fā)育情況及光照、濕度密切相關(guān)外,還受溫度條件影響,這在辣椒、黃瓜、苦瓜、西瓜等蔬菜的研究中已得到證實(shí)[8-11]。在夏季高溫季節(jié)種植番茄,或在晚春、早秋利用保護(hù)設(shè)施栽培番茄,均會(huì)出現(xiàn)異常高溫,極易對(duì)番茄生長(zhǎng)發(fā)育造成脅迫[12]。持續(xù)的高溫環(huán)境往往導(dǎo)致番茄花粉活力的下降和番茄生長(zhǎng)發(fā)育的異常,進(jìn)而影響番茄的產(chǎn)量和質(zhì)量,因此番茄耐熱新品種的選育受到越來(lái)越多育種者的關(guān)注。Abdul-Baki等研究發(fā)現(xiàn),在高溫下花粉萌發(fā)率高的品種坐果率也高[13-14],說(shuō)明高溫下的花粉萌發(fā)率在一定程度上體現(xiàn)了番茄的耐高溫脅迫能力[15]。低溫凍害是當(dāng)前番茄生產(chǎn)主要的障礙之一。番茄為喜溫植物,低于15 ℃就容易導(dǎo)致凍害發(fā)生,造成落花、落果及坐果率下降。相關(guān)資料表明,低溫對(duì)番茄坐果率的影響主要發(fā)生在兩個(gè)階段,分別是花粉形成階段和授粉受精階段[16]。
有關(guān)番茄、辣椒花粉活力的研究國(guó)內(nèi)外均有報(bào)道[17-19],前人研究多側(cè)重于影響番茄花粉萌發(fā)率,而對(duì)溫度與品種與番茄花粉活力交互作用的研究并不多見。本試驗(yàn)采用植物顯微技術(shù),首先明確花粉萌發(fā)的適宜培養(yǎng)基,在此基礎(chǔ)上研究不同溫度處理下8個(gè)美國(guó)引進(jìn)品種番茄花粉活力的差異及其對(duì)高溫和低溫的耐受情況,篩選出耐高溫、低溫的番茄品種,為番茄耐高溫、低溫育種以及在高溫或低溫條件下番茄栽培的品種選擇提供依據(jù)。
1材料與方法
1.1材料
供試植物材料為美國(guó)加州大學(xué)番茄遺傳中心提供的8個(gè)番茄品種。編號(hào)、名稱和類型見表1。
1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)與處理方法
試驗(yàn)于2012年4—8月在南京農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院進(jìn)行。番茄種子經(jīng)浸種、催芽后播種于72孔穴盤中,育苗基質(zhì)為泥炭、蛭石、珍珠巖按2 ∶1 ∶1比例(體積比)配制的復(fù)合基質(zhì)。待幼苗第4張真葉完全展開時(shí),選取生長(zhǎng)狀態(tài)一致的番茄幼苗定植塑料大棚內(nèi),定期澆水施肥。采集以上各番茄品種即將開放的花蕾(大蕾期),取下花藥,用透明紙包好后埋入硅膠中陰干。當(dāng)花粉完全散出后備用。
1.2.1不同培養(yǎng)基下番茄花粉活力的比較根據(jù)果實(shí)的大小將番茄分為櫻桃番茄、小果形番茄、中果形番茄、大果型番茄,選擇具有代表性的4個(gè)番茄品種,編號(hào)分別為NT-181、NT-182、NT-203、NT-206。采用花粉離體萌發(fā)法測(cè)定花粉活力。根據(jù)相關(guān)試驗(yàn)結(jié)果[3,18,20],選擇5種培養(yǎng)基:(1)130 g/L蔗糖+150 mg/L硼酸+1%瓊脂,以M1表示;(2)120 g/L 蔗糖+120 mg/L硼酸+4 mg/L GA3+0.5 mg/L硫胺素+1%瓊脂,以M2表示;(3)125 g/L蔗糖+150 mg/L硼酸+0.5%瓊脂,為M3表示;(4)140 g/L蔗糖+80 mg/L硼酸+7 mg/L GA3+0.5 mg/L硫胺素+1%瓊脂,以M4表示;(5)100 g/L蔗糖+120 mg/L硼酸+7 mg/L GA3+0.4 mg/L硫胺素+1%瓊脂,以M5表示。
將配制好的培養(yǎng)基,用玻璃棒蘸取2~3滴滴于載玻片中央,冷卻后將花粉均勻播種于載玻片的培養(yǎng)基上,25 ℃暗培養(yǎng)3h 后,在光學(xué)顯微鏡下觀察,統(tǒng)計(jì)花粉萌發(fā)率和花粉管生長(zhǎng)長(zhǎng)度。花粉管長(zhǎng)度大于花粉粒直徑視為萌發(fā)。每個(gè)載玻片觀察3 個(gè)視野,每視野≥20 ?;ǚ?,按公式計(jì)算花粉萌發(fā)率:花粉萌發(fā)率=視野中已萌發(fā)的花粉粒數(shù)/同一視野中花粉??倲?shù)×100%。
1.2.2品種和溫度雙因素處理對(duì)番茄品種花粉活力的影響設(shè)置品種為A因素,溫度為B因素。共8個(gè)品種,分別為A1、A2、A3、A4、A5、A6、A7、A8,其對(duì)應(yīng)的品種編號(hào)分別為:NT-163、NT-168、NT-181、NT-182、NT-183、NT-186、NT-203、NT-206;共5個(gè)溫度水平,記作B1、B2、B3、B4、B5,對(duì)應(yīng)的溫度分別為11、18、25、32、39 ℃。A與B的不同水平組合AiBj(i=1,2,…,8;j=1,2,…,5)共有40個(gè),每個(gè)水平組合為一個(gè)處理。根據(jù)“1.2.1”節(jié)的結(jié)果,選用培養(yǎng)基 120 g/L 蔗糖+120 mg/L硼酸+4 mg/L GA3+0.5 mg/L硫胺素+1%瓊脂對(duì)花粉進(jìn)行離體培養(yǎng),統(tǒng)計(jì)每個(gè)處理的花粉萌發(fā)率和花粉管長(zhǎng)度。每個(gè)處理重復(fù)3次,每次測(cè)定20 根花粉管的長(zhǎng)度,花粉萌發(fā)率觀察和計(jì)算方法同“1.2.1”節(jié)。
1.3數(shù)據(jù)處理和分析
試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)采用EXCEL 2003和SPSS 16.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析,按雙因素有重復(fù)試驗(yàn)設(shè)計(jì)進(jìn)行方差分析及Duncans多重比較。
2結(jié)果與分析
2.1不同培養(yǎng)基對(duì)番茄花粉活力的影響
從表2看出,在相同培養(yǎng)基上,不同品種番茄的花粉萌發(fā)率不同,說(shuō)明不同品種番茄的花粉活力存在差異;同一品種在不同培養(yǎng)基上的花粉萌發(fā)率也不同,說(shuō)明同一品種番茄花粉活力對(duì)不同培養(yǎng)基的響應(yīng)不同。
品種NT-181,以M2培養(yǎng)基的花粉發(fā)芽率最高,達(dá)到66.07%,顯著高于M3、M4、M5培養(yǎng)基,但M1與M2間差異不顯著。品種NT-206在不同培養(yǎng)基上花粉發(fā)芽率的差異顯著性與品種NT-181相同,但最高發(fā)芽率M2僅為15.68%。品種NT-182,在M2培養(yǎng)基的花粉發(fā)芽率為12.49%,顯著高于其他培養(yǎng)基,其他培養(yǎng)基間花粉萌發(fā)率差異不顯著。品種NT-203在M2培養(yǎng)基的花粉發(fā)芽率為20.28%,顯著高于M4、M5,與M1和M3間差異不顯著。
供試的4個(gè)番茄品種,花粉萌發(fā)率均以品種NT-181最高,在5種培養(yǎng)基上的發(fā)芽率范圍為58.66%~66.07%;以品種NT-182最低,發(fā)芽率范圍為8.46%~12.49%。4個(gè)品種均以培養(yǎng)基M2的花粉發(fā)芽率最高。
2.2品種和培養(yǎng)溫度對(duì)番茄花粉活力的影響
2.2.1番茄品種和培養(yǎng)溫度對(duì)花粉活力的影響采用雙因素設(shè)計(jì)和統(tǒng)計(jì)方法,分析品種和培養(yǎng)溫度對(duì)番茄花粉萌發(fā)率及花粉管生長(zhǎng)的影響,結(jié)果見表3、表4。從表3看出,品種、培養(yǎng)溫度及品種與培養(yǎng)溫度交互作用的P值均為0.00,表明品種和培養(yǎng)溫度對(duì)番茄花粉萌發(fā)率有顯著影響,而且二者存在顯著的交互作用。
從表4看出,品種、培養(yǎng)溫度及品種與培養(yǎng)溫度交互作用的P值均為0.00,表明品種和培養(yǎng)溫度對(duì)番茄花粉管伸長(zhǎng)影響顯著,而且二者存在顯著的交互作用。
2.2.2品種對(duì)番茄花粉萌發(fā)率和花粉管伸長(zhǎng)的影響從表5看出,不同番茄品種間花粉萌發(fā)率和花粉管長(zhǎng)度差異顯著。
表3品種及溫度對(duì)番茄花粉萌發(fā)率作用的雙因素方差分析
方差來(lái)源1平方和1自由度1均方和1F值1P值品種12 486.06171355.151134.8610.00溫度14373.021411093.261415.1310.00品種×溫度16 928.051281247.43193.9510.00誤差1210.6818012.6311總和119 285.911120111
8個(gè)供試品種中在本試驗(yàn)溫度范圍內(nèi),品種NT-181花粉萌發(fā)率最高,為16.56%,顯著高于其他品種;品種NT-183花粉萌發(fā)率最低,為2.01%,顯著低于除NT-168外的其他品種。品種NT-186花粉管最長(zhǎng),為75.23μm,顯著高于除
2.2.3培養(yǎng)溫度對(duì)番茄花粉萌發(fā)率和花粉管伸長(zhǎng)的影響從表6看出,在溫度25 ℃以下,隨著溫度的上升,花粉萌發(fā)率和花粉管長(zhǎng)度均增加;在溫度25 ℃以上,隨著溫度的上升,花粉的萌發(fā)率和花粉管長(zhǎng)度均降低。不同培養(yǎng)溫度間番茄花粉的萌發(fā)率和花粉管長(zhǎng)度均差異顯著。
在本試驗(yàn)的5個(gè)溫度處理中,11 ℃處理的花粉萌發(fā)率顯著高于39 ℃處理,18 ℃處理的花粉萌發(fā)率顯著高于11、32、39 ℃處理。11 ℃處理的花粉管長(zhǎng)度顯著高于39 ℃處理,18 ℃ 處理的花粉管長(zhǎng)度顯著高于11、39 ℃處理。以25 ℃處理的花粉萌發(fā)率最高,為17.88%,花粉管最長(zhǎng),為89.84 μm,均顯著高于其他處理;以39 ℃處理的花粉萌發(fā)率最低,為014%,花粉管最短,為4.14 μm,均顯著低于其他處理。
2.2.4番茄品種和培養(yǎng)溫度對(duì)花粉萌發(fā)率和花粉管長(zhǎng)度的影響由表7可見,處理組合A3B3的花粉萌發(fā)率顯著高于其他處理,A7B3、A7B2、A8B3的萌發(fā)率次之,并且顯著高于其他處理;A3B3、A6B3的花粉管長(zhǎng)度顯著高于其他處理,A4B3的花粉管長(zhǎng)度次之,顯著高于除A4B4以外的其他處理。
品種NT-168和NT-186在18 ℃與25 ℃處理?xiàng)l件下的花粉萌發(fā)率差異不顯著,其余品種的萌發(fā)率均在溫度25 ℃條件下達(dá)到最大值。除 NT-203 在溫度32 ℃條件下的花粉管長(zhǎng)度最長(zhǎng)外,其他品種的花粉管長(zhǎng)度均在溫度為25 ℃條件下達(dá)到最大值。
3討論
花粉活力與坐果率直接相關(guān),花粉萌發(fā)率和花粉管長(zhǎng)度是鑒定花粉活力的2個(gè)基本要素。在番茄花粉離體培養(yǎng)試驗(yàn)中,不同研究者所用培養(yǎng)基組分結(jié)論存在較大的差異,甚至在相同的品種上也不盡相同[21-24]。本試驗(yàn)在前人研究基礎(chǔ)上,篩選出對(duì)于不同類型番茄品種的最適培養(yǎng)基為120 g/L蔗糖+120 mg/L硼酸+4 mg/L GA3+0.5 mg/L硫胺素+1%瓊脂,表明在培養(yǎng)基中添加適宜濃度的赤霉素和硫胺素有利于花粉的萌發(fā)。
本研究結(jié)果,相同品種花粉萌發(fā)率和花粉管長(zhǎng)度隨培養(yǎng)溫度增加表現(xiàn)為先升高后降低的趨勢(shì),8個(gè)番茄品種中,除了品種NT-168和NT-186在溫度為18 ℃與25 ℃條件下的花粉萌發(fā)率差異不顯著,其余品種的萌發(fā)率均在適宜萌發(fā)溫度25 ℃時(shí)達(dá)到最大值,在高溫39 ℃條件下為最小值;除品種NT-203花粉管長(zhǎng)度在32 ℃下為最大值外,其他番茄品種的花粉管長(zhǎng)度均在適宜萌發(fā)溫度25 ℃時(shí)達(dá)到最大值,在高溫39 ℃條件下均為最小值。表明品種NT-203具有耐高溫的潛力,品種NT-168和NT-186具有耐低溫的能力,同時(shí)也說(shuō)明多數(shù)品種花粉活力的適宜溫度為25 ℃左右,對(duì)高溫的敏感性大于對(duì)低溫的敏感性。
在溫度25 ℃的培養(yǎng)條件下,8個(gè)供試番茄品種的花粉均表現(xiàn)出活力,但不同品種間花粉萌發(fā)率和花粉管長(zhǎng)度均有顯著差異。全部供試材料的平均花粉離體萌發(fā)率為17.88%,以品種NT-181最高,為66.07%;品種NT-182、NT-203、NT-206的花粉萌發(fā)率為10%~21%;品種NT-163、NT-168、NT-183、NT-186的花粉萌發(fā)率均低于10%。品種 NT-181、NT-186的花粉管長(zhǎng)度最長(zhǎng),分別為157.84、154.61 μm;NT-168、NT-183、NT-203品種的花粉管長(zhǎng)度均小于60 μm。表明番茄花粉活力受基因型影響顯著。在番茄育種和繁種的親本選擇時(shí),應(yīng)考慮不同品種花粉活力的差異。
在不同溫度條件下,花粉活力差異較大。本試驗(yàn)中8個(gè)番茄品種在11~39 ℃的培養(yǎng)溫度下均表現(xiàn)出不同程度的花粉萌發(fā)率和花粉管長(zhǎng)度。與其他作物相似,番茄花粉活力,除與自身遺傳差異有關(guān)外,還受溫度、光照、濕度[25-28]等因素影響。
本試驗(yàn)明確了不同番茄品種花粉活力對(duì)高溫、低溫的耐性。在本試驗(yàn)的供試品種中,常溫下花粉活力最高是 NT-181,較耐高溫的為NT-203,較耐低溫的為NT-168、NT-186。研究結(jié)果為番茄育種中授粉植株及耐高溫、耐低溫品種的篩選提供依據(jù),也可為番茄栽培中耐熱或耐冷品種的應(yīng)用提供指導(dǎo)。
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本研究結(jié)果,相同品種花粉萌發(fā)率和花粉管長(zhǎng)度隨培養(yǎng)溫度增加表現(xiàn)為先升高后降低的趨勢(shì),8個(gè)番茄品種中,除了品種NT-168和NT-186在溫度為18 ℃與25 ℃條件下的花粉萌發(fā)率差異不顯著,其余品種的萌發(fā)率均在適宜萌發(fā)溫度25 ℃時(shí)達(dá)到最大值,在高溫39 ℃條件下為最小值;除品種NT-203花粉管長(zhǎng)度在32 ℃下為最大值外,其他番茄品種的花粉管長(zhǎng)度均在適宜萌發(fā)溫度25 ℃時(shí)達(dá)到最大值,在高溫39 ℃條件下均為最小值。表明品種NT-203具有耐高溫的潛力,品種NT-168和NT-186具有耐低溫的能力,同時(shí)也說(shuō)明多數(shù)品種花粉活力的適宜溫度為25 ℃左右,對(duì)高溫的敏感性大于對(duì)低溫的敏感性。
在溫度25 ℃的培養(yǎng)條件下,8個(gè)供試番茄品種的花粉均表現(xiàn)出活力,但不同品種間花粉萌發(fā)率和花粉管長(zhǎng)度均有顯著差異。全部供試材料的平均花粉離體萌發(fā)率為17.88%,以品種NT-181最高,為66.07%;品種NT-182、NT-203、NT-206的花粉萌發(fā)率為10%~21%;品種NT-163、NT-168、NT-183、NT-186的花粉萌發(fā)率均低于10%。品種 NT-181、NT-186的花粉管長(zhǎng)度最長(zhǎng),分別為157.84、154.61 μm;NT-168、NT-183、NT-203品種的花粉管長(zhǎng)度均小于60 μm。表明番茄花粉活力受基因型影響顯著。在番茄育種和繁種的親本選擇時(shí),應(yīng)考慮不同品種花粉活力的差異。
在不同溫度條件下,花粉活力差異較大。本試驗(yàn)中8個(gè)番茄品種在11~39 ℃的培養(yǎng)溫度下均表現(xiàn)出不同程度的花粉萌發(fā)率和花粉管長(zhǎng)度。與其他作物相似,番茄花粉活力,除與自身遺傳差異有關(guān)外,還受溫度、光照、濕度[25-28]等因素影響。
本試驗(yàn)明確了不同番茄品種花粉活力對(duì)高溫、低溫的耐性。在本試驗(yàn)的供試品種中,常溫下花粉活力最高是 NT-181,較耐高溫的為NT-203,較耐低溫的為NT-168、NT-186。研究結(jié)果為番茄育種中授粉植株及耐高溫、耐低溫品種的篩選提供依據(jù),也可為番茄栽培中耐熱或耐冷品種的應(yīng)用提供指導(dǎo)。
參考文獻(xiàn):
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在溫度25 ℃的培養(yǎng)條件下,8個(gè)供試番茄品種的花粉均表現(xiàn)出活力,但不同品種間花粉萌發(fā)率和花粉管長(zhǎng)度均有顯著差異。全部供試材料的平均花粉離體萌發(fā)率為17.88%,以品種NT-181最高,為66.07%;品種NT-182、NT-203、NT-206的花粉萌發(fā)率為10%~21%;品種NT-163、NT-168、NT-183、NT-186的花粉萌發(fā)率均低于10%。品種 NT-181、NT-186的花粉管長(zhǎng)度最長(zhǎng),分別為157.84、154.61 μm;NT-168、NT-183、NT-203品種的花粉管長(zhǎng)度均小于60 μm。表明番茄花粉活力受基因型影響顯著。在番茄育種和繁種的親本選擇時(shí),應(yīng)考慮不同品種花粉活力的差異。
在不同溫度條件下,花粉活力差異較大。本試驗(yàn)中8個(gè)番茄品種在11~39 ℃的培養(yǎng)溫度下均表現(xiàn)出不同程度的花粉萌發(fā)率和花粉管長(zhǎng)度。與其他作物相似,番茄花粉活力,除與自身遺傳差異有關(guān)外,還受溫度、光照、濕度[25-28]等因素影響。
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