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        4種木蘭屬植物花粉萌發(fā)特性

        2018-06-22 06:53:58王倩穎王寧杭王型力范李節(jié)張明如申亞梅
        關(guān)鍵詞:植物質(zhì)量

        俞 芹,王倩穎,王寧杭,王型力,范李節(jié),張明如,申亞梅

        (浙江農(nóng)林大學(xué) 風(fēng)景園林與建筑學(xué)院,浙江 杭州 311300)

        木蘭屬M(fèi)agnolia植物分布范圍廣,多為高大喬木或灌木,抗性強(qiáng),株型優(yōu)美,早春季節(jié)開(kāi)花,花色艷麗,具有較高的觀賞價(jià)值,在園林綠化中應(yīng)用廣泛[1],具有廣闊的市場(chǎng)價(jià)值。目前,雜交育種是木蘭屬新品種選育的主要手段之一,大部分種間雜交均表現(xiàn)為親和[2]?;ǚ刍盍Φ母叩椭苯佑绊戨s交育種工作的成敗?;ǚ刍盍Φ臏y(cè)定方法有直接授粉、離體萌發(fā)、染色法等[3]。直接授粉花粉生活力易受柱頭可授性、授粉時(shí)期、花粉與柱頭親和性等因素影響[4]。根據(jù)染色原理不同,染色法分為氯化三苯基四氮唑(TTC)、碘-碘化鉀法、聯(lián)苯胺法、醋酸洋紅染色法等,該方法雖簡(jiǎn)單易操作,但所測(cè)得的花粉活力受花粉自身特性的影響較大,如花粉壁的厚度、花粉內(nèi)各種酶活性的強(qiáng)弱等[5],未成熟、衰老或敗育的花粉仍能染色[6]。離體培養(yǎng)法為花粉提供的條件與花粉在柱頭內(nèi)萌發(fā)的條件相似[7],所得花粉活力與花粉在柱頭上的活力最接近,是檢測(cè)花粉活力的最佳方法。近年來(lái),已有許多木蘭屬植物花粉形態(tài)、生活力及其儲(chǔ)藏特性的相關(guān)研究, 如二喬玉蘭Magnolia soulangeana[8], 天女木蘭 Magnolia sieboldii[9], 紫玉蘭Magnolia liliflora[10],景寧木蘭Magnolia sinostellata[11]等,研究表明不同植物適宜的培養(yǎng)基組分及質(zhì)量濃度要求不同,花粉離體培養(yǎng)中所需的萌發(fā)條件也不同。本研究在綜合前人研究的基礎(chǔ)上,以望春玉蘭Magnolia biondii,長(zhǎng)花玉蘭 Magnolia ‘Changhua’,丹馨玉蘭 Magnolia ‘Danxin’,黃山木蘭 Magnolia cylindrica等為試驗(yàn)材料,研究不同培養(yǎng)基組分、培養(yǎng)溫度及時(shí)間對(duì)花粉萌發(fā)的影響。旨在篩選出各植物材料適宜的培養(yǎng)基及花粉萌發(fā)最佳條件,為木蘭屬植物的育種工作提供依據(jù)。

        1 材料與方法

        1.1 試驗(yàn)材料

        望春玉蘭、長(zhǎng)花玉蘭、丹馨玉蘭、黃山木蘭等4種木蘭屬植物均來(lái)自于浙江農(nóng)林大學(xué)苗圃地,將所采集花藥置于硫酸紙上,自然干燥24~36 h,待花藥開(kāi)裂后收集花粉,并放置于硅膠中干燥,-80℃條件下儲(chǔ)藏備用。

        1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

        1.2.1 單因子試驗(yàn) 采用離體培養(yǎng)法。蔗糖質(zhì)量濃度梯度為0,50,100,150,200 g·L-1;硼酸質(zhì)量濃度梯度為 0, 50, 100, 200, 300 mg·L-1; PEG-4000 質(zhì)量濃度梯度為 0, 150, 200, 250, 300 g·L-1。

        1.2.2 正交試驗(yàn) 在單因子試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,選取對(duì)試驗(yàn)材料影響較大的培養(yǎng)基組分及質(zhì)量濃度,進(jìn)行L9(33)正交試驗(yàn)(表1),以得到最佳培養(yǎng)基組分。

        1.2.3 最佳培養(yǎng)條件的確定 利用最佳培養(yǎng)基,把4種試驗(yàn)材料分別置于15,20,25,30,35℃下進(jìn)行離體培養(yǎng),培養(yǎng)12 h后,根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果,確定最適萌發(fā)溫度。在最適溫度條件下,分別培養(yǎng)3,6,9,12,15 h,確定最佳培養(yǎng)條件。

        1.3 試驗(yàn)方法

        采用離體培養(yǎng)法,在雙凹載玻片內(nèi)滴入培養(yǎng)液,將充分混勻后的花粉均勻點(diǎn)入培養(yǎng)液中,將載玻片置于鋪有濕潤(rùn)濾紙的培養(yǎng)皿內(nèi),25℃,8 400 lx人工氣候培養(yǎng)箱中培養(yǎng)12 h。在顯微鏡下觀察統(tǒng)計(jì),花粉管長(zhǎng)度等于或超過(guò)花粉粒直徑的花粉即視為已萌發(fā)。重復(fù)3次·處理-1,觀察視野3個(gè)·重復(fù)-1,所統(tǒng)計(jì)的花粉粒不少于50粒·視野-1?;ǚ勖劝l(fā)率=(萌發(fā)的花粉粒數(shù)/視野中花粉粒總數(shù))×100%。

        1.4 數(shù)據(jù)處理

        使用Excel 2010對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì),利用SPSS 22.0對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行反正弦轉(zhuǎn)換并進(jìn)行單因素方差分析(Duncan’s),各處理間差異顯著性水平為0.05。

        2 結(jié)果與分析

        2.1 不同培養(yǎng)基組分對(duì)4種木蘭屬植物花粉萌發(fā)的影響

        2.1.1 蔗糖對(duì)花粉萌發(fā)的影響 試驗(yàn)結(jié)果表明:不同質(zhì)量濃度蔗糖對(duì)4種木蘭屬植物花粉萌發(fā)率影響顯著(圖1A)。隨著蔗糖質(zhì)量濃度的增加,4種花粉萌發(fā)率均呈先增加后減小的變化趨勢(shì)。不同植物最大萌發(fā)率及最適蔗糖質(zhì)量濃度有所不同,望春玉蘭花粉適宜的蔗糖質(zhì)量濃度為50和100 g·L-1,花粉萌發(fā)率分別為62.56%和68.87%,顯著高于其他質(zhì)量濃度處理下的萌發(fā)率(P<0.05);當(dāng)蔗糖質(zhì)量濃度超過(guò)100 g·L-1時(shí),望春玉蘭花粉萌發(fā)率下降,但蔗糖溶液中花粉萌發(fā)率均高于對(duì)照。長(zhǎng)花玉蘭在100 g·L-1的蔗糖溶液中,萌發(fā)率達(dá)最大,為18.02%,顯著高于其他質(zhì)量濃度處理(P<0.05);蔗糖質(zhì)量濃度為200 g·L-1時(shí),花粉萌發(fā)率最低,為9.90%,比對(duì)照低1.92%。在各質(zhì)量濃度蔗糖培養(yǎng)基上,丹馨玉蘭花粉萌發(fā)率均低于10%,蔗糖質(zhì)量濃度為0~100 g·L-1時(shí),花粉萌發(fā)率差異不顯著(P>0.05);而高質(zhì)量濃度蔗糖溶液對(duì)丹馨玉蘭花粉萌發(fā)起抑制作用,150和200 g·L-1蔗糖質(zhì)量濃度下,花粉萌發(fā)率顯著低于對(duì)照,分別降低了3.47%和4.42%。黃山木蘭花粉適宜的蔗糖質(zhì)量濃度為50~100 g·L-1,在此范圍內(nèi)花粉萌發(fā)率顯著高于對(duì)照(P<0.05),在200 g·L-1蔗糖溶液中,黃山木蘭花粉萌發(fā)率最低,為2.46%,低于對(duì)照22.95%。

        2.1.2 硼酸對(duì)花粉萌發(fā)的影響 硼酸對(duì)4種木蘭屬植物花粉萌發(fā)均有顯著作用(圖1B)。其中,望春玉蘭花粉在200 mg·L-1硼酸的培養(yǎng)液中萌發(fā)率高達(dá)79.63%,顯著高于其他質(zhì)量濃度下花粉的萌發(fā)率(P<0.05),且比對(duì)照萌發(fā)率高46.89%,高質(zhì)量濃度的硼酸培養(yǎng)液中花粉萌發(fā)率與對(duì)照無(wú)顯著差異(P>0.05)。在0~200 mg·L-1硼酸范圍內(nèi),長(zhǎng)花玉蘭花粉萌發(fā)率均隨質(zhì)量濃度的增加而上升,其最適質(zhì)量濃度為200 mg·L-1,萌發(fā)率為25.57%,顯著高于對(duì)照;在300 mg·L-1硼酸條件下,萌發(fā)率開(kāi)始下降。丹馨玉蘭花粉在各質(zhì)量濃度硼酸條件下萌發(fā)率差異均不顯著(P>0.05),當(dāng)硼酸質(zhì)量濃度為50和100 mg·L-1時(shí),花粉萌發(fā)率達(dá)最大,分別為13.22%和14.93%,對(duì)照萌發(fā)率最低,為7.27%。黃山花粉萌發(fā)率隨著硼酸質(zhì)量濃度增大而增加,在100 mg·L-1時(shí),其花粉萌發(fā)率達(dá)最大,為47.09%,顯著高于200 mg·L-1下的萌發(fā)率(28.47%),與其他質(zhì)量濃度培養(yǎng)液中的花粉萌發(fā)率差異不顯著(P>0.05)。

        2.1.3 PEG-4000對(duì)花粉萌發(fā)的影響 隨著PEG-4000質(zhì)量濃度的增加,4種木蘭屬植物花粉萌發(fā)率均呈先增加后減小的變化趨勢(shì)(圖1C)。PEG-4000的質(zhì)量濃度為200和250 g·L-1時(shí),望春玉蘭花粉萌發(fā)率達(dá)最大,分別為53.92%和51.21%,顯著高于其他質(zhì)量濃度處理(P<0.05)。長(zhǎng)花玉蘭花粉萌發(fā)的最適PEG-4000質(zhì)量濃度為150 g·L-1,之后隨著PEG-4000質(zhì)量濃度的增加,花粉萌發(fā)率降低;當(dāng)質(zhì)量濃度為300 g·L-1時(shí),花粉萌發(fā)率僅為2.41%,顯著低于對(duì)照萌發(fā)率(13.60%)??梢?jiàn)高質(zhì)量濃度的PEG-4000抑制長(zhǎng)花玉蘭花粉萌發(fā)。丹馨玉蘭花粉在PEG-4000質(zhì)量濃度為150~250 g·L-1時(shí),萌發(fā)率差異不顯著(P>0.05), 顯著高于其他處理(P<0.05);質(zhì)量濃度為 200 g·L-1時(shí)萌發(fā)率最大,為 17.29%; 300 g·L-1PEG-4000抑制花粉萌發(fā),萌發(fā)率僅為2.41%,且低于對(duì)照(4.39%)。在150g·L-1PEG-4000培養(yǎng)液中黃山木蘭花粉萌發(fā)率達(dá)最大(42.39%),顯著高于其他質(zhì)量濃度下花粉萌發(fā)率,隨著質(zhì)量濃度增大,萌發(fā)率呈逐漸遞減趨勢(shì)。

        圖1 不同因素對(duì)4種木蘭屬植物花粉萌發(fā)率的影響Figure1 Effects of different factors on pollen germination rate of four Magnolia species

        2.2 4種木蘭屬植物花粉最佳萌發(fā)培養(yǎng)基的選擇

        在單因子試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,進(jìn)行L9(33)正交試驗(yàn),尋找最佳培養(yǎng)基組合。試驗(yàn)結(jié)果表明(表1):4種木蘭屬植物花粉萌發(fā)對(duì)液體培養(yǎng)基組分的質(zhì)量濃度存在差異,這可能因不同基因型花粉自身的萌發(fā)特性而異。 望春玉蘭在 50 g·L-1蔗糖+50 mg·L-1硼酸+200 g·L-1PEG-4000 培養(yǎng)基下萌發(fā)率高于其他培養(yǎng)基,高達(dá)69.23%,極差分析表明各因素對(duì)其花粉萌發(fā)率的影響依次為:硼酸>蔗糖>PEG-4000。長(zhǎng)花玉蘭在 100 g·L-1蔗糖+200 mg·L-1硼酸+200 g·L-1PEG-4000 培養(yǎng)基下萌發(fā)率最高, 為 51.47%, 極差分析顯示對(duì)其花粉萌發(fā)率的影響因素依次為:蔗糖>PEG-4000>硼酸。丹馨玉蘭在100 g·L-1蔗糖+100 mg·L-1硼酸+150 g·L-1PEG-4000培養(yǎng)基下萌發(fā)率最高,為29.79%,極差分析顯示對(duì)其花粉萌發(fā)率的影響因素依次為: 蔗糖>硼酸>PEG-4000。 黃山木蘭在 50 g·L-1蔗糖+100 mg·L-1硼酸+250 g·L-1PEG-4000 培養(yǎng)基下萌發(fā)率最高,為69.54%,極差分析表明各因素對(duì)其花粉萌發(fā)率的影響依次為蔗糖>硼酸>PEG-4000。

        表1 4種木蘭屬植物花粉正交試驗(yàn)的萌發(fā)率Table 1 Pollen germination rate of four Magnolia species in orthogonal design experiment

        2.3 4種木蘭屬植物花粉萌發(fā)最適條件

        2.3.1 最適培養(yǎng)溫度 不同溫度對(duì)望春玉蘭、長(zhǎng)花玉蘭、丹馨玉蘭及黃山木蘭花粉萌發(fā)率均有一定的影響(圖3A)。15~25℃內(nèi),隨著溫度的升高,萌發(fā)率隨之增加,25℃時(shí)各植物花粉萌發(fā)率顯著高于其他溫度處理萌發(fā)率(P<0.05),依次為75.85%,31.85%,18.94%,61.14%;在25~35℃內(nèi),隨著溫度的上升,萌發(fā)率受到抑制,即溫度過(guò)高或過(guò)低均不適合4種花粉萌發(fā)。由此可見(jiàn):雖然4種不同遺傳背景的花粉萌發(fā)率有較大差異,但其最適萌發(fā)溫度相同。

        2.3.2 最適培養(yǎng)時(shí)間 由試驗(yàn)結(jié)果可知(圖3B):培養(yǎng)3 h時(shí),4種木蘭屬植物花粉均已萌發(fā),6~9 h萌發(fā)率迅速上升,12~15 h萌發(fā)率趨于穩(wěn)定。其中培養(yǎng)9 h時(shí),望春玉蘭和黃山木蘭花粉萌發(fā)率達(dá)到最大,分別為71.19%和59.82%,而長(zhǎng)花玉蘭和丹馨玉蘭花粉萌發(fā)率在培養(yǎng)12 h時(shí)達(dá)到最大,分別為44.50%,23.43%。4種植物花粉雖最適培養(yǎng)時(shí)間有所不同,但其萌發(fā)趨勢(shì)幾乎一致。

        圖2 不同培養(yǎng)條件下4種木蘭屬植物花粉萌發(fā)率的變化Figure 2 Changes of different culture conditions on pollen germination rate of four Magnolia species

        3 結(jié)論與討論

        蔗糖和硼酸是組成花粉離體培養(yǎng)基的基本成分,蔗糖為花粉代謝、跨膜運(yùn)輸?shù)冗^(guò)程提供必要的能量,同時(shí)也是維持花粉內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)[12]。本研究結(jié)果表明,蔗糖對(duì)4種木蘭屬植物花粉萌發(fā)的影響水平不同,蔗糖在長(zhǎng)花玉蘭、丹馨玉蘭及黃山木蘭花粉萌發(fā)中具有主導(dǎo)作用,但對(duì)望春玉蘭花粉萌發(fā)率影響水平次于硼酸,這可能與不同植物生物學(xué)特性相關(guān)。4種木蘭屬植物花粉萌發(fā)最適蔗糖質(zhì)量濃度(50~100 g·L-1)與二喬玉蘭[8], 天女木蘭[9]結(jié)果相符。

        硼元素在植物體內(nèi)作為微量營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑,以花器官內(nèi)含量居多,且主要分布于柱頭及子房,硼對(duì)糖分的吸收具有促進(jìn)作用,參與果膠物質(zhì)的合成,且促進(jìn)花粉管壁的形成,從而加快花粉萌發(fā)生長(zhǎng)[13]。本研究中,4種木蘭屬植物所需最適硼酸質(zhì)量濃度不同,但在含有硼酸的培養(yǎng)基中花粉萌發(fā)率均高于對(duì)照,即花粉萌發(fā)需要硼元素的參與。正交試驗(yàn)結(jié)果表明:望春玉蘭花粉萌發(fā)所需硼酸質(zhì)量濃度低于其他3種花粉,可能由于蔗糖和PEG-4000的添加,望春玉蘭花粉對(duì)硼酸的需求量減少。長(zhǎng)花玉蘭在200 mg·L-1硼酸溶液中萌發(fā)率達(dá)最大,與景寧木蘭研究結(jié)果相同[11];丹馨玉蘭、黃山木蘭均在100 mg·L-1硼酸溶液中萌發(fā)率達(dá)最大,與二喬玉蘭、天女木蘭結(jié)果一致[8-9]。由此可知:100~200 mg·L-1硼酸可促進(jìn)木蘭屬植物花粉萌發(fā)生長(zhǎng)。

        PEG-4000作為高分子滲透劑,在花粉萌發(fā)過(guò)程中,通常改變花粉內(nèi)膜結(jié)構(gòu),提高內(nèi)膜通透性,從而促進(jìn)花粉粒萌發(fā)[14]。單因素試驗(yàn)表明:4種木蘭屬植物最適PEG-4000質(zhì)量濃度為150~250 g·L-1,對(duì)蠟梅Chimonanthus praecox[15]的研究發(fā)現(xiàn),低質(zhì)量濃度PEG-4000對(duì)花粉離體萌發(fā)作用不顯著,而高濃度下,花粉萌發(fā)率顯著受到抑制,本研究結(jié)果與此相一致。正交試驗(yàn)結(jié)果表明:PEG-4000在4種花粉萌發(fā)中均不是主導(dǎo)因子,而若蠟梅花粉離體培養(yǎng)基內(nèi)不含PEG-4000,其花粉不萌發(fā)[15],可能由于不同科植物花粉萌發(fā)過(guò)程中所需營(yíng)養(yǎng)不同。PEG-4000是首次應(yīng)用于木蘭屬植物花粉離體萌發(fā),對(duì)同屬其他植物花粉萌發(fā)有待進(jìn)一步研究。

        多數(shù)花粉萌發(fā)的最適溫度為25℃[16],本研究結(jié)果與此相同。也有研究發(fā)現(xiàn)[17]:由于植物分布區(qū)不同,其花粉萌發(fā)對(duì)溫度的響應(yīng)有所差異。望春玉蘭和黃山木蘭花粉在培養(yǎng)9 h時(shí)萌發(fā)率達(dá)最大,而長(zhǎng)花玉蘭和丹馨玉蘭花粉最佳培養(yǎng)時(shí)間為12 h,在各自最適培養(yǎng)時(shí)間下,對(duì)花粉其進(jìn)行觀察,花粉管互不交錯(cuò),清晰,便于統(tǒng)計(jì)。

        4 參考文獻(xiàn)

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