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      海州常山花粉活力測定及其萌發(fā)條件1)

      2015-03-06 09:16:56林燕青楊秀蓮王良桂
      關(guān)鍵詞:海州染色法常山

      林燕青 楊秀蓮 王良桂

      (南京林業(yè)大學(xué),南京,210037)

      責(zé)任編輯:任 俐。

      海州常山(Clerodendrum trichotomum Thumb.)為馬鞭草科(Verbenaceae)大青屬(Clerodendrum L.)小喬木或灌木[1]?;ㄐ虼?,花果艷麗,花、花萼、果可共存于同一樹上,白、紅、蘭3種顏色交替生輝,觀賞期長達(dá)半年,是既可觀花,又可冬季觀果的優(yōu)良花木[2-3]。海州常山還具有較強(qiáng)的抗旱、耐瘠薄、耐鹽堿能力,是一種很有潛力的城市廢棄地恢復(fù)植物種。此外,海州常山的莖葉均具有一些重要的藥用成分[4],可以醫(yī)治腫瘤、高血壓等多種疾病,是一種極具經(jīng)濟(jì)價(jià)值的野生植物,極具開發(fā)潛力。

      近年來,有關(guān)海州常山的研究多集中在其抗性機(jī)理方面,鮮有海州常山花粉的相關(guān)研究?;ǚ凼侵参镏匾姆N質(zhì)材料,其活力直接影響到植物的遺傳、育種、進(jìn)化、生殖等的效率和能力[5-7]?;ǚ刍盍Φ难芯繉θ斯な诜酆碗s交育種,解決花期不遇等問題具有極其重要的意義。

      花粉生活力的測定常用的方法有:花粉直接授粉、花粉人工萌發(fā)和花粉染色法鑒定等[8]。文中對多種花粉活力測定方法進(jìn)行了比較研究,篩選出了最適宜于海州常山花粉活力測定的方法,探究了海州常山花粉萌發(fā)的最佳培養(yǎng)基及最佳培養(yǎng)條件。同時(shí)比較了海州常山花期及花粉采集時(shí)間對其花粉萌發(fā)率的影響。旨在探究保持較強(qiáng)海州常山花粉活力及花粉達(dá)到最佳萌發(fā)效果所需條件,為海州常山的種質(zhì)資源保存及育種提供參考。

      1 材料與方法

      用于研究花粉活力及萌發(fā)條件的材料來自江蘇鹽城海州常山基地,研究花粉活力測定方法、花期及花粉采集時(shí)間對花粉萌發(fā)影響的材料來自南京林業(yè)大學(xué)校園及南京紫金山,采集時(shí)間為2014年8月中下旬。

      用移液槍分裝0.1 mL液體培養(yǎng)基于每個(gè)雙孔凹玻片孔內(nèi),使用牙簽將待試花粉均勻點(diǎn)入培養(yǎng)液中,使其充分混合,將凹玻片放入鋪有濕潤濾紙的培養(yǎng)皿中,置于25℃光照人工氣候箱中培養(yǎng)6 h。在40倍電鏡下觀察統(tǒng)計(jì)花粉萌發(fā)率,每處理統(tǒng)計(jì)3個(gè)視野,每個(gè)視野花粉粒數(shù)不少于50粒,每試驗(yàn)3個(gè)重復(fù),花粉萌發(fā)以花粉管長度大于花粉粒直徑為標(biāo)準(zhǔn)[9-10]。

      花粉萌發(fā)率=(萌發(fā)的花粉粒數(shù)/花粉??倲?shù))×100%。

      花粉萌發(fā)法:設(shè)置不同質(zhì)量濃度糖溶液,包括淀粉、乳糖、麥芽糖、蔗糖、葡萄糖,質(zhì)量濃度梯度均為0、50、100、150、200、300 g·L-1,篩選最適宜于海州常山花粉萌發(fā)的糖因子。硼酸質(zhì)量濃度梯度設(shè)置為0、50、100、200、300、500 mg·L-1,氯化鈣質(zhì)量濃度梯度設(shè)為0、50、150、250、350、500 mg·L-1,確定最佳單因子培養(yǎng)基[11]。

      將各質(zhì)量濃度梯度硼酸及氯化鈣液體培養(yǎng)基分別配置其pH值為5.5、6.0、6.5,培養(yǎng)海州常山花粉6 h,觀察統(tǒng)計(jì)其萌發(fā)率,研究比較硼酸及氯化鈣的pH值與質(zhì)量濃度對花粉萌發(fā)率的交互作用[11]。

      在單因子試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,進(jìn)行L25(53)正交試驗(yàn)[11-12],與最佳單因子組合相比較,選取對海州常山花粉萌發(fā)影響最大的培養(yǎng)基組合。

      在最佳培養(yǎng)基的基礎(chǔ)上,設(shè)置以下4個(gè)方案來探究海州常山花粉最佳培養(yǎng)條件:于25、35、45℃黑暗條件下培養(yǎng)花粉6 h,觀察統(tǒng)計(jì)花粉萌發(fā)率,探究短時(shí)高溫對花粉萌發(fā)率的影響;將海州常山花粉于黑暗與光照下培養(yǎng)6 h,比較花粉萌發(fā)狀況,研究光照條件對海州常山花粉萌發(fā)率的影響;分別培養(yǎng)花粉2、4、6、8、10、12、24 h,確定海州常山花粉最適宜的培養(yǎng)時(shí)間;將同樣的花粉均勻分為6份,分別放置于鋪有玻璃紙的培養(yǎng)皿中,放入烘箱25℃,分別干燥1、3、6、9、12、24 h后取出,待其溫度達(dá)到室溫,培養(yǎng)干燥后的花粉,統(tǒng)計(jì)花粉萌發(fā)率,確定海州常山花粉最適宜干燥時(shí)間[11-12]。

      花粉活力測定方法:花粉活力測定采用染色法和離體培養(yǎng)法,染色法有碘-碘化鉀染色法、TTC染色法、聯(lián)苯胺染色法。離體培養(yǎng)法有無機(jī)酸刺激花粉管伸長的硫酸(質(zhì)量分?jǐn)?shù)梯度為7.2%、14.4%、28.0%)培養(yǎng)法和液體萌發(fā)法[13]。

      花期及花粉采集時(shí)間對花粉萌發(fā)率的影響:選擇晴朗的天氣,分別采集花蕾期、開花第1天~第2天、開花第3天、花謝后的海州常山花粉進(jìn)行液體培養(yǎng),統(tǒng)計(jì)花粉萌發(fā)率,確定采集海州常山花粉的最佳時(shí)期[6]。分別在同一天的08:00、12:00、16:00采集盛花期且生長健壯植株的花粉,收集于聚乙烯離心管中,迅速帶回實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)并測定其萌發(fā)率,確定海州常山花粉采集的最適時(shí)間。

      數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析:測定數(shù)據(jù)使用EXCEL及SPSS19.0軟件進(jìn)行處理。

      2 結(jié)果與分析

      2.1 海州常山花粉活力測定方法的分析比較

      本試驗(yàn)采用3種染色法(TTC、聯(lián)苯胺、碘-碘化鉀染色法)和2種離體培養(yǎng)法(液體培養(yǎng)法、硫酸培養(yǎng)法)測定海州常山花粉活力。試驗(yàn)結(jié)果顯示,染色法測定海州常山花粉活力效果并不明顯,海州常山花粉為深紫色,所以采用染色法無法區(qū)分出花粉是否被染色,不適宜用于海州常山花粉活力的測定。由表1顯示,經(jīng)無機(jī)酸培養(yǎng)法測定的海州常山花粉活力極顯著低于經(jīng)液體培養(yǎng)法測定的花粉活力,經(jīng)14.4%質(zhì)量分?jǐn)?shù)硫酸測定的花粉活力為27.12%,相對較高;經(jīng)7.2%質(zhì)量分?jǐn)?shù)硫酸測定的花粉活力為14.23%;經(jīng)28.0%質(zhì)量分?jǐn)?shù)硫酸處理造成了花粉細(xì)胞的質(zhì)壁分離,萌芽率為7.84%;試驗(yàn)采用14.4%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的硫酸測定花粉的活力。液體培養(yǎng)法(150 g·L-1蔗糖溶液)測定的海州常山花粉活力為72.27%,可以直接觀察花粉管的發(fā)育情況,能較好地反映花粉的萌發(fā)率。故采用液體培養(yǎng)法可更準(zhǔn)確的測定海州常山花粉的活力。

      表1 液體培養(yǎng)法與硫酸培養(yǎng)法測定海州常山花粉活力比較

      2.2 單因子對海州常山花粉萌發(fā)的影響

      2.2.1 不同糖因子對花粉萌發(fā)率的影響

      由表2顯示,5種糖因子中,經(jīng)質(zhì)量濃度為150 g·L-1蔗糖培養(yǎng)的花粉萌發(fā)率最高,達(dá)到22.84%,與經(jīng)葡萄糖、淀粉、乳糖及麥芽糖培養(yǎng)的花粉萌發(fā)率差異均顯著,可知150 g·L-1蔗糖可以更加有效地提高海州常山花粉的萌發(fā)率。

      表2 不同質(zhì)量濃度各種糖因子對海州常山花粉萌發(fā)率的影響

      2.2.2 單因子對花粉萌發(fā)率的影響

      硼酸、蔗糖、氯化鈣對海州常山花粉萌發(fā)均有顯著作用。質(zhì)量濃度為200 mg·L-1的硼酸溶液可以極顯著地提高花粉萌發(fā)率,達(dá)到20.04%,且與經(jīng)其他質(zhì)量濃度的硼酸溶液培養(yǎng)的花粉萌發(fā)率差異均極顯著;經(jīng)500 mg·L-1硼酸溶液培養(yǎng)的花粉萌發(fā)率為8.81%,與對照組(蒸餾水)所培養(yǎng)花粉的萌發(fā)率(4.35%)差異不顯著;經(jīng)其余質(zhì)量濃度的硼酸培養(yǎng)的花粉萌發(fā)率均與對照組差異呈顯著水平。經(jīng)150 mg·L-1氯化鈣溶液培養(yǎng)下的花粉萌發(fā)率達(dá)到22.27%,極顯著的高于經(jīng)0、50、250、350、500 mg·L-1氯化鈣溶液培養(yǎng)下的花粉萌發(fā)率,后五者之間差異均不顯著。150 g·L-1蔗糖溶液可極顯著的提高花粉萌發(fā)率,達(dá)到22.84%,與經(jīng)0、50、100、200、300 g·L-1蔗糖溶液培養(yǎng)下的花粉萌發(fā)率差異均呈極顯著水平。由此可見,適宜濃度的硼酸、氯化鈣、蔗糖溶液均可有效提高花粉萌發(fā)率,質(zhì)量濃度過低或過高的培養(yǎng)液會(huì)抑制花粉的萌發(fā)。

      2.2.3 不同質(zhì)量濃度、pH值硼酸和氯化鈣對花粉萌發(fā)率的影響

      由表3可以看出,當(dāng)硼酸質(zhì)量濃度為50~200 mg·L-1時(shí),花粉萌發(fā)率隨著硼酸質(zhì)量濃度的增大而逐漸升高,但隨著pH值的升高而降低,可見硼酸質(zhì)量濃度為200 mg·L-1,pH=5.5的情況下花粉萌發(fā)率最高。

      當(dāng)氯化鈣質(zhì)量濃度為150 mg·L-1、pH=5.5的情況下花粉萌發(fā)率較顯著高于其他兩種pH值下的萌發(fā)率。結(jié)合2.2.2的結(jié)論,可以得出硼酸及氯化鈣pH值對花粉萌發(fā)率的影響沒有其質(zhì)量濃度對萌發(fā)的影響顯著,且硼酸和氯化鈣溶液的pH值為5.5時(shí),更適宜海州常山花粉的萌發(fā)。

      表3 不同質(zhì)量濃度、pH值硼酸和氯化鈣對花粉萌發(fā)率的影響

      2.3 蔗糖、硼酸、氯化鈣三因子正交試驗(yàn)結(jié)果

      由表4顯示,第1到第25組為正交試驗(yàn)組合,第26組為2.2.2得出的最佳單因子組合。正交試驗(yàn)結(jié)果顯示,海州常山花粉在第23組(蔗糖200 g·L-1+硼酸200 mg·L-1+氯化鈣150 mg·L-1)培養(yǎng)基配方下的花粉萌發(fā)率是最高的,達(dá)到22.02%。其次為第18組(蔗糖150 g·L-1+硼酸200 mg·L-1+氯化鈣50 mg·L-1)培養(yǎng)基配方下的花粉萌發(fā)率,為20.57%。在2.2.2試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,蔗糖、硼酸、氯化鈣最佳單因子的組合(第26組:蔗糖150 g·L-1+硼酸200 mg·L-1+氯化鈣150 mg·L-1)培養(yǎng)基配方下的花粉萌發(fā)率達(dá)到28.07%,與正交組合的第23組培養(yǎng)基下花粉萌發(fā)率差異不顯著外,與其他正交組合的花粉萌發(fā)率均達(dá)到極顯著差異。

      綜上所述,海州常山花粉離體培養(yǎng)的最佳液體培養(yǎng)基配方為最佳單因子組合:蔗糖150 g·L-1+硼酸200 mg·L-1+氯化鈣150 mg·L-1。

      表4 海州常山花粉正交試驗(yàn)的萌發(fā)率

      2.4 不同培養(yǎng)條件對花粉萌發(fā)率的影響

      光照條件的選擇:在光照及黑暗條件下培養(yǎng)海州常山花粉,比較其萌發(fā)率,探究光照條件對海州常山萌發(fā)的影響。試驗(yàn)結(jié)果顯示,光照條件下培養(yǎng)的海州常山花粉萌發(fā)率為24.32%,黑暗培養(yǎng)的海州常山花粉萌發(fā)率為21.10%,可見光照條件下培養(yǎng)海州常山花粉萌發(fā)率略高于黑暗培養(yǎng)的花粉萌發(fā)率。

      培養(yǎng)時(shí)間的選擇:海州常山花粉在培養(yǎng)8 h后其萌發(fā)率基本不再變化,且出現(xiàn)斷芽及模糊現(xiàn)象。海州常山花粉在培養(yǎng)不同時(shí)間段后,花粉萌發(fā)率差異顯著。培養(yǎng)8 h的花粉萌發(fā)率達(dá)到最高,為27.99%,且極顯著地高于培養(yǎng)2、4 h后的花粉萌發(fā)率,而與培養(yǎng)6、10、12、24 h下的花粉萌發(fā)率差異均不顯著??芍V莩I交ǚ叟囵B(yǎng)的最佳時(shí)間為8 h。

      培養(yǎng)溫度的選擇:在高于25℃的高溫條件下海州常山花粉萌發(fā)率達(dá)到21.01%,且隨著溫度的升高而極顯著下降,溫度升高為35、45℃時(shí),萌發(fā)率分別下降為14.06%、10.01%??梢姕囟忍邥?huì)對海州常山花粉活力造成破壞,不利于花粉的萌發(fā)。因此,海州常山花粉萌發(fā)的適宜溫度為25℃。

      最佳含水量的選擇:海州常山花粉干燥1~9 h時(shí),花粉萌發(fā)率隨著干燥時(shí)間的延長而不斷提高,干燥9 h以后花粉萌發(fā)率呈下降趨勢。干燥9 h后花粉萌發(fā)率達(dá)到最高,為25.35%,與干燥6 h的花粉萌發(fā)率(21.01%)差異不顯著外,與其他干燥時(shí)間下的花粉萌發(fā)率均達(dá)極顯著水平。干燥9 h后花粉萌發(fā)率與不進(jìn)行干燥處理的花粉萌發(fā)率(16.12%)達(dá)顯著水平。由試驗(yàn)結(jié)果可得,海州常山花粉在25℃條件下干燥9 h較適宜。

      2.5 海州常山花期與花粉采集時(shí)間對花粉萌發(fā)率的影響

      為探究海州常山花粉采集的最佳時(shí)間,本試驗(yàn)在不同花期及一天中不同時(shí)間采集海州常山花粉,進(jìn)行離體培養(yǎng),統(tǒng)計(jì)其萌發(fā)率。試驗(yàn)結(jié)果顯示,花蕾期的花粉萌發(fā)率為72.43%,與開花第1~第2天花粉萌發(fā)率(79.28%)差異不顯著,但均與開花第3 d花粉萌發(fā)率(56.02%)差異極顯著?;ㄖx后其花粉萌發(fā)率(8.70%)與前3種情況下的花粉萌發(fā)率差異均達(dá)極顯著水平??梢娫诨ɡ倨诩伴_花2 d內(nèi)花粉活力相對較高,開花第1~第2 d時(shí)花粉活力最強(qiáng)。

      于08:00采集的海州常山花粉萌發(fā)率為75.20%,12:00采集的海州常山花粉萌發(fā)率為62.24%,二者差異不顯著,但均與16:00采集的海州常山花粉萌發(fā)率(41.73%)有極顯著差異。隨著1 d中時(shí)間的延續(xù),花粉萌發(fā)率顯著下降,從而得出,海州常山花粉活性在1 d中的08:00較高??芍V莩I降幕ǚ鄄杉叭斯ひ巴廨o助授粉等作業(yè)適宜在08:00進(jìn)行,此時(shí)花粉活力較強(qiáng)。

      3 結(jié)論與討論

      糖類物質(zhì)在花粉萌發(fā)和花粉管生長中起著重要的作用,蔗糖起著維持花粉與培養(yǎng)基之間滲透平衡的作用,也是花粉萌發(fā)的營養(yǎng)物質(zhì)和能量來源[14]。在花粉萌發(fā)過程中,硼酸具有增加糖的吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)和代謝,幫助形成胞外Ca2+梯度,促進(jìn)花粉萌發(fā)和花粉管生長等作用[15]。鈣離子主要是在蔗糖和硼酸的主導(dǎo)作用下起輔助作用,而這種作用對啟動(dòng)花粉萌發(fā)和調(diào)節(jié)花粉管生長是必須的[16]。由試驗(yàn)得出,空白對照下海州常山花粉萌發(fā)率為3.75%,150 g·L-1蔗糖培養(yǎng)下海州常山的花粉萌發(fā)率顯著提高到22.84%,200 mg·L-1硼酸下海州常山花粉萌發(fā)率達(dá)到20.04%,與大花蕙蘭[17](Cymbidium hybridium)相同,150 mg·L-1的氯化鈣顯著提高了花粉萌發(fā)率。試驗(yàn)中,經(jīng)150 mg·L-1氯化鈣培養(yǎng)下的花粉萌發(fā)率達(dá)到22%,相對于硼酸及氯化鈣質(zhì)量濃度對花粉萌發(fā)率的影響,其pH值對海州常山花粉萌發(fā)率的影響并不顯著。海州常山花粉在硼酸及氯化鈣pH值為5.5時(shí)其萌發(fā)率較pH值為6.0、6.5的情況下萌發(fā)率高。

      正交試驗(yàn)中蔗糖、硼酸、氯化鈣之間的交互作用并不明顯,但由單因素試驗(yàn)所選出的最佳質(zhì)量濃度單因子組合150 g·L-1蔗糖+200 mg·L-1硼酸+150 mg·L-1氯化鈣則可顯著提高花粉萌發(fā)率,蔗糖和硼酸對海州常山花粉的萌發(fā)起最主要作用,鈣離子次之。

      培養(yǎng)條件不同,海州常山花粉萌發(fā)率也達(dá)到顯著不同,與黃連木(Pistacia chinensis)[18]、無距蝦脊蘭[19]相同,海州常山花粉最適宜萌發(fā)溫度為25℃,可見海州常山花粉采集及野外授粉等活動(dòng)適宜在25℃溫度條件下進(jìn)行。

      一定的含水量對花粉的萌發(fā)率及低溫貯存有重要的意義,試驗(yàn)中海州常山在烘箱中25℃干燥9 h可顯著提高花粉萌發(fā)率,超過9 h其活力顯著下降。由此可見,采集的海州常山花粉不適宜長時(shí)間暴露在外。廣玉蘭[20]花粉培養(yǎng)2 h,楸樹花粉[21]培養(yǎng)6 h,其花粉萌發(fā)狀態(tài)最佳,試驗(yàn)中海州常山花粉需要培養(yǎng)8 h達(dá)最佳萌發(fā)狀態(tài),可能因?yàn)椴煌参锘ǚ鄣慕Y(jié)構(gòu)與適應(yīng)性有差異,因此,所需培養(yǎng)時(shí)間也不同。

      花粉生活力的測定在育種和種質(zhì)保存中具有重要意義[22-23]。本試驗(yàn)中,染色法對海州常山花粉的染色效果不佳,海州常山花粉自身為深紫色,使用染色法測定活力很難區(qū)分其是否被染色,有效且可快速測定海州常山花粉活力方法為液體培養(yǎng)法。海州常山活力的測定較適宜的染色法仍需要進(jìn)一步的試驗(yàn)研究。

      花粉在不同的發(fā)育時(shí)期其活力顯著不同,試驗(yàn)得出海州常山在開花第1~第2天其花粉萌發(fā)率達(dá)到最高。1 d中海州常山花粉活力也是不同的,在08:00花粉活力較強(qiáng),萌發(fā)率較高,隨著時(shí)間的延續(xù),海州常山花粉活力不斷的降低。因此,收集花粉及人工輔助授粉適宜在花期1~2 d完成,于08:00進(jìn)行效果較好。試驗(yàn)中于南京采集的海州常山花粉萌發(fā)率遠(yuǎn)大于從鹽城試驗(yàn)基地所采集海州常山的花粉萌發(fā)率,可知長距離及長時(shí)間的攜帶對海州常山花粉萌發(fā)率影響較大。

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