張全鋒,尹新彥,賈紅姍,儲博彥,趙玉芬

(1.河北省林業(yè)科學(xué)研究院,河北 石家莊050061;2.河北省林木良種工程技術(shù)研究中心,河北 石家莊050061)

鳶尾屬 (Iris L.)為鳶尾科 (Iridaceae)多年生草本植物,是科內(nèi)最大的屬,約有300種植物,中國有60余種,集中分布在西北部和北部,南部很少[1]?，F(xiàn)在,全世界僅鳶尾的品種達(dá)到20 000余種[2],花色幾乎囊括了除正紅色以外所有的顏色和可以想象到的顏色組合,能形成良好的園林綠化景觀。Dykes和Simonet將鳶尾屬系統(tǒng)分為鱗莖類、塊莖類、根莖類。根莖類鳶尾又分為飾冠鳶尾、有髯鳶尾和無髯鳶尾三大類[3],且不同類鳶尾花朵性狀差異較大。近年來鳶尾的育種工作進(jìn)展得很快,其中,雜交育種仍然是選育鳶尾新品種的主要手段之一[4]。

花粉活力的維持時間和柱頭可授性的長短組合在一起,對異花傳粉植物的傳粉成功率起到很大影響[5-6]。目前,有關(guān)鳶尾屬植物的花粉活力及柱頭可授性的研究已有相關(guān)報道[7-10],但系統(tǒng)性不強,且不同品種的花粉活力和柱頭可授性差異極大,其傳粉機制更是千差萬別。因此,本研究以7種鳶尾屬植物為材料,通過測定開花后不同時間的花粉活力和檢測其柱頭可授性,探討其傳粉機制,以期提高其雜交效率,為中國鳶尾屬植物的雜交育種工作提供數(shù)據(jù)支持。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

以有髯鳶尾品種‘音箱'、‘紫褐'、‘平瓣粉'‘貴格少女',飾冠鳶尾原生種藍(lán)蝴蝶,無髯鳶尾原生種黃菖蒲、馬藺共7個鳶尾品種為試驗材料。自然生長條件下,7個鳶尾品種的單朵花期均為2d,于開花后32h花朵閉合并凋謝。選擇第2d即將開放的花蕾,每品種標(biāo)記30朵花,套袋,于次日7：00-17：00之間分別采集花后0h、2h、4h、6h、8h、24h、26h、28h、30h、32h的花粉與柱頭進(jìn)行試驗?；ǚ塾们嗝顾匦∑渴⒀b,以脫脂棉或原帶的橡膠蓋封口,柱頭用自封袋封裝備用。

1.2 試驗方法

1.2.1 花粉生活力觀測

采用TTC染色法進(jìn)行花粉活力觀測。具體步驟為:取少量花粉于載玻片上,滴入1-2滴TTC染色液,用鑷子攪拌均勻,蓋上蓋玻片,于35℃恒溫箱靜置30-35min。每份材料觀察3個制片,每片取5個視野,在Motic BA300數(shù)碼顯微鏡下觀察,凡被染成紅色或玫瑰紅的記作有生活力的花粉,黃色或不著色者則為沒有生活力的花粉,以花粉著色的百分率作為其活力指標(biāo)。花粉活力 (%)=(紅色花粉粒數(shù)/花粉?？倲?shù))×100%。

1.2.2 柱頭可授性檢測

采用聯(lián)苯胺-過氧化氫法進(jìn)行柱頭可授性檢測。具體操作為,將柱頭浸入聯(lián)苯胺-過氧化氫反應(yīng)液 (V1%聯(lián)苯胺∶ V3%過氧化氫∶ V水=4∶11∶ 22)中,觀察柱頭周圍是否變?yōu)樗{(lán)紫色并產(chǎn)生大量氣泡。按照柱頭變化,將其活性分為4個等級 (-為無反應(yīng),+為極少氣泡或不明顯變色,++為柱頭變色明顯或產(chǎn)生大量氣泡,+++為柱頭變?yōu)樗{(lán)紫色并產(chǎn)生大量氣泡)。

1.3 數(shù)據(jù)處理

本試驗數(shù)據(jù)用Excel進(jìn)行表格記錄與數(shù)據(jù)運算。用DPSv 7.05軟件進(jìn)行Duncans差異性比較,并運用歐氏距離和類平均法 (UPGMA)構(gòu)建聚類樹狀圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 花粉生活力分析

從表1可知,7個品種間花粉活力變化差異顯著。藍(lán)蝴蝶花粉活力值最高,高于馬藺和黃菖蒲,但3者間差異不顯著。‘紫褐'花粉活力值最低,低于‘平瓣粉'、‘貴格少女'和‘音箱',但差異不顯著;顯著地低于藍(lán)蝴蝶、馬藺和黃菖蒲。

表1 各品種花粉活力統(tǒng)計表Tab.1 The pollen viability changes of 7 Iris cultivars

圖1 各品種花粉活力變化Fig.1 The pollen viability changes of 7 Iris cultivars

從圖1和圖2可知,除‘貴格少女'外,6個鳶尾品種的花粉生活力均表現(xiàn)出先上升后下降的趨勢,且下降速度均較快。藍(lán)蝴蝶、黃菖蒲花粉活力在開花后2h達(dá)到最大值,最高花粉活力分別為88.12%、91.19%;馬藺則是在開花后4h達(dá)到最大值92.34%;‘音箱'、‘紫褐'和‘平瓣粉'在開花后6h達(dá)到最大值,分別為62.80%、34.97%、65.91%。藍(lán)蝴蝶、黃菖蒲、‘音箱'的花粉活力可維持32h,分別降到22.98%、7.88%、11.32%;馬藺、‘平瓣粉'可維持30h,分別降到12.35%、0.63%;而‘紫褐'僅能維持26h,降到6.34%;‘貴格少女'開花后2h花粉即散盡?！虾?花粉粒大小不一,花粉活力最大值僅為34.97%,這可能是導(dǎo)致‘紫褐'自花授粉、異花授粉均不結(jié)實的原因之一。因此,以花粉活力為34.97%為低線,若要采集鳶尾花粉用于雜交或貯藏,‘貴格少女'應(yīng)在花后2h內(nèi)采集,‘平瓣粉'和‘音箱'分別應(yīng)在花后24h和26h內(nèi)進(jìn)行,而藍(lán)蝴蝶、黃菖蒲、馬藺則應(yīng)在花后28h內(nèi)為宜。

圖2 開花后6h各品種花粉染色顯微結(jié)構(gòu) (10倍鏡)Fig.2 Pollen morphology of 6h after flowering(10-fold)

2.2 柱頭可授性分析

從表2和圖3可以看出,7個鳶尾品種的柱頭可授性均表現(xiàn)出先上升后下降的趨勢。除馬藺外,花朵開放后柱頭即具有可授性;除‘貴格少女'外,開花后32h內(nèi)柱頭均具有可授性。‘貴格少女'于開花后4-6h柱頭可授性達(dá)到最大,‘紫褐'于開花后6h,‘音箱'、‘平瓣粉'于開花后6-8h,藍(lán)蝴蝶、馬藺于開花后4-24h,黃菖蒲于開花后4-26h均保持較高可授性?？梢?7個鳶尾品種于開花后4-24h均保持較高的柱頭可授性,均可進(jìn)行人工授粉。因此,為提高雜交成功率,可在開花后24h內(nèi)進(jìn)行重復(fù)授粉。

表2 各品種柱頭可授性情況Tab.2 The stigma receptivity changes of 7 Iris cultivars

圖3 開花后6h各品種柱頭可授性檢測Fig.3 Stigma receptivity of 6h after flowering

2.3 聚類分析

從圖4的7個鳶尾品種的花粉與柱頭聚類分析結(jié)果可知,在歐式距離D2=2.68處,7個鳶尾品種可分為兩大類,第一類包括‘音箱'、‘平瓣粉'、‘貴格少女'和‘紫褐'4個品種,按相似度依次為‘音箱'、‘平瓣粉'、‘貴格少女'和‘紫褐'。第二類包括黃菖蒲、馬藺和藍(lán)蝴蝶3個品種,在D2=1.34處,此3個品種又分為2類,藍(lán)蝴蝶為一類,黃菖蒲、馬藺為一類,按相似度依次為黃菖蒲、馬藺、藍(lán)蝴蝶。此聚類結(jié)果與這7個鳶尾品種的植物學(xué)分類特性基本吻合?！粝?、‘平瓣粉'、‘貴格少女'和‘紫褐'均屬于有髯鳶尾類群,‘音箱'和‘平瓣粉'屬于矮生有髯鳶尾,歐式距離為1.47;‘貴格少女'屬于高生有髯鳶尾,與‘音箱'、‘平瓣粉'的歐式距離為2.24;‘紫褐'則屬于中生有髯鳶尾,與‘音箱'、‘平瓣粉'和‘貴格少女'的歐式距離為2.59。黃菖蒲和馬藺屬于無髯鳶尾類群,歐式距離為1.03。藍(lán)蝴蝶屬于飾冠鳶尾類群,與黃菖蒲、馬藺的歐式距離為1.91。

圖4 7個鳶尾品種花粉和柱頭的UPGMA聚類分析圖Fig.4 UPGMA of pollen morphology and stigma of 7 Iris cultivars

3 結(jié)論與討論

自然生長條件下,7個鳶尾品種的單朵花期均為2d,于開花后32h花朵閉合并凋謝。從花粉活力和柱頭可授性可以看出,7個鳶尾品種花粉活力最高期比柱頭可授性的最高期要提前,在時間上并不吻合。即,7個鳶尾品種雌蕊比雄蕊成熟的時間要晚很多,再加上花粉活力維持時間較短,使其自花傳粉在時間上形成了生殖隔離,這與白花馬藺(I.lactea)等[11]、中亞鳶尾 (I.bloudowii)[12]和溪蓀 (I.sanguinea)[8]等的研究結(jié)果相似。可以推測,雌雄蕊不同熟是導(dǎo)致部分鳶尾屬植物自花不結(jié)實的重要原因之一,由于鳶尾屬植物自花傳粉存在障礙,作為一種生殖補償機制,鳶尾大多花朵碩大,花色艷麗,氣味芬芳,從而吸引大量的傳粉昆蟲,因此,鳶尾屬植物都是高度發(fā)達(dá)的蟲媒花[1]。

形態(tài)學(xué)特性研究是遺傳多樣性研究最常用的手段之一,通過比較不同材料之間的形態(tài)特征,可以直觀反映出其遺傳差異[13-14]。本研究中7個鳶尾品種的花粉與柱頭聚類分析結(jié)果表明,在歐式距離D2=2.68處,7個鳶尾品種可分為兩大類,第一類包括4個品種,第二類包括3個品種,此聚類結(jié)果與7個鳶尾品種的植物學(xué)分類特性基本吻合?！粝?、‘平瓣粉'、‘貴格少女'和‘紫褐'屬于有髯鳶尾類群,‘音箱'和‘平瓣粉'屬于矮生有髯鳶尾,‘貴格少女'為高生有髯鳶尾,‘紫褐'則是中生有髯鳶尾,‘音箱'、‘平瓣粉'和‘貴格少女'可少量自花結(jié)實,‘紫褐'則自花不實;黃菖蒲和馬藺屬于無髯鳶尾類群,自花結(jié)實率較高;藍(lán)蝴蝶屬于飾冠鳶尾類群,自花結(jié)實率通常低于黃菖蒲、馬藺,但高于‘音箱'、‘平瓣粉'和‘貴格少女'。可見,鳶尾的花粉與柱頭特性可在一定程度上反映其遺傳差異的大小和親緣關(guān)系的遠(yuǎn)近。因此,花粉與柱頭的聚類分析可作為研究鳶尾屬植物遺傳特性的重要工具之一,為其品種雜交提供初步的數(shù)據(jù)分析。另外,關(guān)于鳶尾屬植物形態(tài)學(xué)的聚類分析目前還未見報道,今后的相關(guān)工作可將此內(nèi)容作為研究重點之一。