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        水楊酸對鴨梨和雪花梨花粉萌發(fā)及花粉管生長的影響

        2012-12-31 00:00:00趙書崗張玉星趙悅平
        湖北農(nóng)業(yè)科學(xué) 2012年7期

        摘要:適宜濃度的外源水楊酸(SA)可以促進鴨梨(Pyrus bretschneideri Rehd. cv. Yali)和雪花梨(P.breschneideri Redh. cv. Xuehuali)花粉的萌發(fā)和花粉管的生長。采用質(zhì)膜Ca2+通道抑制劑LaCl3、胞外Ca2+螯合劑乙二醇-雙-(2-氨基乙醚)四乙酸(EGTA)及CaCl2分別與不同濃度SA組成培養(yǎng)基對鴨梨和雪花梨的花粉進行培養(yǎng),結(jié)果表明,0.000 2、0.002 0、0.020 0 mmol/L的SA均可拮抗EGTA對花粉萌發(fā)及花粉管生長的抑制作用,花粉發(fā)芽率比對照高,花粉管生長速度快,LaCl3與SA培養(yǎng)花粉有同樣的效果。CaCl2與SA共同培養(yǎng)一定程度上可削弱SA對花粉的促進作用,但0.002 0 mmol/L SA處理,花粉的發(fā)芽率和花粉管的生長速度高于對照。說明Ca2+參與了SA對花粉萌發(fā)及花粉管生長調(diào)節(jié)作用的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)過程,SA通過提高花粉內(nèi)[Ca2+]i的濃度促進花粉萌發(fā)及花粉管生長,胞內(nèi)鈣庫可能是Ca2+的主要來源。

        關(guān)鍵詞:水楊酸;Ca2+;花粉;鴨梨(Pyrus bretschneideri Rehd. cv. Yali);雪花梨(P. breschneideri Redh. cv. Xuehuali)

        中圖分類號:S661.2 文獻標識碼:A 文章編號:0439-8114(2012)07-1366-04

        Effect of Salicylic Acid on Pollen Germinating and Pollen Tube Growth of Pear

        ZHAO Shu-ganga,ZHANG Yu-xingb,ZHAO yue-pingc

        (a. College of Biology Science; b. College of Horticulture; c. College of Modem Science and Technology, Agricultural University of Hebei, Baoding 071001, Hebei, China)

        Abstract: The treatments of 0.000 2、0.002 0、0.020 0 mmol/L salicylic acid(SA) accelerated germination of pollen and tube growth in pear. Pollen of Yali and Xuehuali was cultured in medium containing SA with EGTA, LaCl3 and CaCl2 separately. The results showed that 0.000 2, 0.002 0, 0.020 0 mmol/L SA treatments antagonized the inhibition of EGTA on germination of pollen and extending of pollen tube, and the same to LaCl3. But the accelerating action of SA on pollen growth was counteracted by using CaCl2; the gemination rate and pollen tube length of pear treated by 0.000 2 mmol/L SA was obviously higher than that of control. Those results suggested that Ca2+ is involved in the signal transduction during pollen germination in pear induced by SA. Cytosolic free calcium ([Ca2+]i) was increased by SA, there by accelerate germination of pollen and extend pollen tube, mainly from the intracellular storage and partly from the extracellular space.

        Key words: SA; Ca2+; pollen; Pyrus bretschneideri Rehd. cv. Yali; P. breschneideri Redh. cv. Xuehuali

        授粉受精是果實發(fā)育的開端,良好的授粉受精是生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)果品及高產(chǎn)的基礎(chǔ)。Ca2+與植物授粉受精有著密切的聯(lián)系,特別是花粉正常萌發(fā)和花粉管生長所必需的元素。大量研究表明,Ca2+對啟動、調(diào)節(jié)花粉管生長有重要作用[1,2],其含量及其在花粉管中的極性分布調(diào)節(jié)了花粉萌發(fā)和花粉管生長[3,4]。

        水楊酸(Salicylic Acid,SA)被認為是一種植物內(nèi)源信號分子和新的植物激素[5,6],是一種胞內(nèi)信號物質(zhì),參與了多種生理過程。SA與Ca2+有著密切的關(guān)系,已有實驗證明Ca2+參與了SA的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑,如SA可引起煙草懸浮細胞培養(yǎng)液細胞質(zhì)游離鈣([Ca2+]i)瞬時增加,Ca2+通道抑制劑和螯合劑能阻止[Ca2+]i的增加,推測增加的[Ca2+]i來自胞外[7];SA能引起酵母細胞[Ca2+]i升高,增加的鈣主要來自胞內(nèi)鈣庫[8];在蘿卜和煙草的研究中證明,SA的生理效應(yīng)與胞外Ca2+有關(guān)[9];劉新等[10]認為Ca2+參與了SA誘導(dǎo)氣孔運動的信號轉(zhuǎn)導(dǎo),SA引起胞內(nèi)Ca2+的升高,Ca2+可能既來自胞外又來自胞內(nèi),胞內(nèi)Ca2+庫可能是主要來源。本研究以鴨梨和雪花梨的花粉為試材,探討SA對花粉萌發(fā)和花粉管生長的影響及SA與Ca2+的關(guān)系,旨在為進一步明確SA的作用機理奠定基礎(chǔ)。

        1 材料與方法

        1.1 試驗材料及處理

        供試材料為盛果期鴨梨(Pyrus bretschneideri Rehd. cv. Yali)和雪花梨(P. breschneideri Redh. cv.Xuehuali)的花粉。試驗地為河北農(nóng)業(yè)大學(xué)標本園,樹齡7~8年,生長結(jié)果正常?;ㄆ谄骄鶞囟龋保叮?℃,相對濕度30%~50%。選擇物候期一致的大氣球期花朵,用鑷子撥取花藥置于光滑的紙上,25 ℃下陰干,待散粉后將干燥好的花粉保存于密封小瓶中置于-20 ℃?zhèn)溆谩?/p>

        1.2 花粉培養(yǎng)

        1.2.1 SA處理 花粉培養(yǎng)采用蔗糖、瓊脂和SA組成的培養(yǎng)基,SA的終濃度分別為0.000 2、0.002 0、0.020 0、0.200 0 mmol/L,對照不加SA,用雙凹面載玻片在25 ℃、飽和濕度、避光條件下培養(yǎng)2 h后,取出置于-20 ℃終止,在光學(xué)顯微鏡下觀察花粉的發(fā)芽率及花粉管的生長情況,每個處理3次重復(fù),每個重復(fù)觀察花粉200粒,花粉管50根。

        1.2.2 SA與EGTA、LaCl3和CaCl2處理 分別用適量乙二醇-雙-(2-氨基乙醚)四乙酸(EGTA)、LaCl3及CaCl2與蔗糖、瓊脂和SA組成培養(yǎng)基,SA的最終濃度分別為0.000 2、0.002 0、0.020 0、0.200 0 mmol/L,對照不加SA,培養(yǎng)及觀察測量方法同1.2.1。

        2 結(jié)果與分析

        2.1 外源SA對花粉萌發(fā)和花粉管生長的影響

        從表1可以看出,0.000 2、0.002 0、0.020 0 mmol/L SA處理顯著提高了雪花梨和鴨梨花粉的發(fā)芽率,其中0.020 0 mmol/L SA處理雪花梨花粉的發(fā)芽率為對照的1.29倍,差異達極顯著水平;而對于鴨梨0.002 0 mmol/L SA處理發(fā)芽率為對照的1.78倍,差異達極顯著水平。不同濃度SA對鴨梨和雪花梨花粉管生長的影響基本相同。對于雪花梨0.000 2、0.002 0、0.020 0 mmol/L SA處理都顯著促進了花粉管的生長,其花粉管生長量分別為對照的1.22、1.20、1.34倍,其中0.020 0 mmol/L SA處理與對照相比差異達極顯著水平;鴨梨的花粉管生長情況與雪花梨相近,但僅有0.020 0 mmol/L SA處理花粉管生長量與對照相比差異達顯著水平。可見對于2個品種梨花粉萌發(fā)及花粉管生長最佳的SA處理濃度為0.020 0 mmol/L。

        2.2 SA與花粉萌發(fā)及花粉管生長過程中Ca2+的關(guān)系

        2.2.1 EGTA與SA共同培養(yǎng)對花粉的影響 比較表1與表2中對照的花粉萌發(fā)及花粉管生長情況可以看出,EGTA對鴨梨和雪花梨的花粉萌發(fā)和花粉管的生長有顯著的抑制作用。培養(yǎng)基中EGTA濃度為0.50 mmol/L時(表2),0.002 0、0.020 0 mmol/L SA極顯著拮抗EGTA對雪花梨花粉萌發(fā)的抑制作用,發(fā)芽率分別為對照的2.37、1.90倍,對于鴨梨僅有0.002 0 mmol/L SA處理顯著拮抗EGTA的抑制作用,其花粉發(fā)芽率為對照的1.53倍,其他各處理與對照相比差異不顯著。用此培養(yǎng)基培養(yǎng)花粉,發(fā)現(xiàn)其對花粉管生長的影響與其對花粉萌發(fā)的影響有相似之處,EGTA對花粉管生長有明顯的抑制作用,適宜濃度的SA可顯著逆轉(zhuǎn)EGTA的作用。0.002 0、0.020 0 mmol/L SA處理極顯著逆轉(zhuǎn)了EGTA對雪花梨花粉管生長的抑制作用,其生長量分別為對照的1.67、1.82倍。對于鴨梨其結(jié)果略有不同,0.000 2、0.002 0 、0.020 0 mmol/L SA處理均顯著拮抗了EGTA對花粉管生長的抑制作用,其生長量分別為對照的1.26、1.28、1.41倍,0.200 0 mmol/L SA處理顯著抑制了花粉管的生長。

        2.2.2 LaCl3與SA共同培養(yǎng)對花粉的影響 花粉培養(yǎng)基中加入LaCl3后,雪花梨和鴨梨花粉的萌發(fā)及花粉管的生長均受到顯著的抑制,并且隨著其濃度的升高其抑制作用增強(表3)。LaCl3濃度較低時,不同濃度SA可顯著拮抗LaCl3對雪花梨花粉萌發(fā)的抑制作用,0.000 2、0.002 0、0.020 0 mmol/L SA處理花粉萌發(fā)率依次分別為對照的1.36、1.42、1.59倍,差異均達極顯著水平,鴨梨與雪花梨相似;0.002 0 mmol/L SA處理雪花梨和鴨梨花粉管生長量分別為對照的1.33和1.23倍,差異也均達極顯著水平。當LaCl3濃度較高時,SA對花粉的萌發(fā)及花粉管生長的促進作用則更為顯著,0.000 2、0.002 0、0.020 0 mmol/L SA處理均促進了鴨梨及雪花梨花粉的萌發(fā)及花粉管的生長,其中促進鴨梨花粉管生長的作用最突出。

        2.2.3 CaCl2與SA共同培養(yǎng)對花粉的影響 Ca2+對花粉萌發(fā)及花粉管生長有重要的調(diào)控作用,適宜濃度的Ca2+可提高花粉的發(fā)芽率及促進花粉管的生長。采用含有0.10 mmol/L CaCl2的培養(yǎng)基培養(yǎng)花粉發(fā)現(xiàn),CaCl2對花粉萌發(fā)有一定促進作用,適宜濃度的SA增強了這種促進作用(表4)。各處理中僅有0.000 2和0.020 0 mmol/L SA處理顯著促進了雪花梨花粉的萌發(fā),發(fā)芽率分別為對照的1.07和1.21倍,后者差異達極顯著水平,對于鴨梨各處理間差異不顯著。用上述培養(yǎng)基繼續(xù)培養(yǎng)花粉,發(fā)現(xiàn)與未加任何物質(zhì)(表1)相比,各處理花粉管的生長速度明顯加快,適宜濃度的SA可加強這種促進作用,以0.002 0 mmol/L SA處理鴨梨花粉管生長速度最快,與對照相比差異達極顯著水平。雪花梨花粉管生長量除0.200 0 mmol/L SA處理顯著低于對照外,其他各處理間差異均不顯著。

        3 小結(jié)與討論

        花粉發(fā)芽率的高低及花粉管生長的速度與授粉受精的質(zhì)量有直接的關(guān)系。促進花粉萌發(fā)及花粉管生長是提高果實品質(zhì)和產(chǎn)量的重要措施?;ǚ鄣拿劝l(fā)與花粉管的生長是一個復(fù)雜的生理生化過程,已被越來越多地用作研究細胞生長的分子調(diào)控機理,Ca2+在此過程中起著重要的作用[4],對花粉萌發(fā)是必不可少的[1],許多研究結(jié)果證明細胞外的鈣離子參與了這一過程[11,12]。此外前人的大量研究認為SA對細胞的調(diào)控與Ca2+有密切的關(guān)系[7-10],試驗結(jié)果表明,0.020 0 mmol/L的SA促進了花粉的萌發(fā)及花粉管的生長,進一步說明SA對花粉的調(diào)控作用與Ca2+有必然的聯(lián)系。EGTA為胞外Ca2+專一性螯合劑,可顯著抑制花粉的萌發(fā)及花粉管的生長,但適宜濃度的SA介入后可拮抗這種抑制作用,使花粉萌發(fā)及花粉管生長得以進行,說明SA對花粉萌發(fā)及花粉管生長的促進作用與胞外的Ca2+無關(guān)。

        采用質(zhì)膜Ca2+通道阻塞劑LaCl3與SA共同培養(yǎng)花粉與前者有同樣的效果, 進一步說明在胞外Ca2+無法正常進入胞內(nèi)的情況下,花粉能夠正常萌發(fā),花粉管能夠正常生長,SA對花粉萌發(fā)及花粉管生長的促進作用與胞外Ca2+關(guān)系并不緊密。有研究表明SA可誘導(dǎo)含水母發(fā)光蛋白的酵母細胞[Ca2+]i升高,這種升高在無Ca2+介質(zhì)中并不減弱,說明增加的鈣主要來自胞內(nèi)鈣庫[7],劉新等[10]認為Ca2+參與了SA誘導(dǎo)氣孔運動的信號轉(zhuǎn)導(dǎo),SA引起胞內(nèi)Ca2+的升高,Ca2+可能既來自胞外又來自胞內(nèi),胞內(nèi)Ca2+庫可能是主要來源。試驗采用外源Ca2+與SA共同培養(yǎng)花粉從側(cè)面證實了這一點,外源Ca2+的增加可在一定程度上削弱低濃度SA對鴨梨花粉萌發(fā)及花粉管生長的促進作用,但個別SA處理對花粉的萌發(fā)及花粉管的生長仍起到顯著的促進作用,說明SA提高花粉內(nèi)Ca2+的水平,而補充外源Ca2+是無法達到這一水平的,Ca2+參與了SA對花粉萌發(fā)及花粉管生長調(diào)節(jié)作用的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)過程,SA主要通過提高花粉內(nèi)Ca2+的濃度誘發(fā)花粉萌發(fā)及促進花粉管生長,胞內(nèi)鈣庫可能是Ca2+主要來源。但SA誘導(dǎo)[Ca2+]i升高的普遍性、引起[Ca2+]i升高的機制及與其他胞內(nèi)信使的關(guān)系還有待進一步研究。

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