3種野生蔥屬植物花粉活力和柱頭可授性研究

趙金花,李青豐,那仁圖雅,斯 琴

（內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)生態(tài)環(huán)境學(xué)院,內(nèi)蒙古 呼和浩特 010019）

蔥屬Allium為百合科植物,世界約有700多種[1],廣布于歐洲、亞洲、北美洲地區(qū),為北溫帶分布屬,以亞洲和歐洲分布居多。我國(guó)約有蔥屬植物110種,全國(guó)各地均有分布,以西北和西南地區(qū)的山地分布種數(shù)最多[2]。蔥屬植物為多年生草本,常有蔥蒜氣味,具圓柱狀至球狀鱗莖[3]；多數(shù)為優(yōu)良牧草,有很高的飼用價(jià)值,對(duì)牲畜抓膘、育肥和防病、治病有重要作用。有些蔥屬植物具有保健作用,可以開(kāi)胃、消食、殺蟲(chóng)、入藥,其中含有大量生物活性的甾體化合物和黃酮化合物,對(duì)于防治心血管疾病和抗腫瘤有一定的療效[4-5]。

傳粉是種子植物受精的必經(jīng)階段,傳粉系統(tǒng)由花粉、柱頭和傳粉媒介3個(gè)部分組成[6]。傳粉過(guò)程始于花藥開(kāi)裂和成熟花粉的散出,攜帶著雄配子或其前體的花粉粒被暴露在干燥條件下,必須在具有活力時(shí)到達(dá)適宜的接受柱頭。因此,花粉的活力與壽命、柱頭的可授性便成為傳粉生態(tài)學(xué)所必須研究的內(nèi)容[7]。近年來(lái),花粉活力與壽命及柱頭可授性的研究已經(jīng)引起了不少學(xué)者的重視,并分別對(duì)樹(shù)木、花卉和藥用植物的花粉生活力和柱頭可授性開(kāi)展了大量的研究[8],對(duì)蔥屬植物雄性器官的研究主要有花粉母細(xì)胞減數(shù)分裂及小孢子發(fā)生[9-12]、雄配子體發(fā)育[11,13-15]、花藥解剖結(jié)構(gòu)[5,16-17]及花粉形態(tài)[5,18]等內(nèi)容。此外,葉律等[19]從韭菜花粉粒中分離出了精細(xì)胞,汪妮等[20]對(duì)韭菜花粉生活力測(cè)定方法進(jìn)行了探索。但對(duì)蔥屬植物的花粉活力和柱頭可授性的研究目前尚未見(jiàn)報(bào)道。本研究以3種野生蔥屬植物為材料,對(duì)其花粉活力、花粉可育率及柱頭可授性進(jìn)行研究,為野生蔥屬植物的繁殖提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料試驗(yàn)材料為蒙古韭A.mongolicum、堿韭A.polyrhizum和細(xì)葉韭A.tenuissimum。2007年夏季將以上3種蔥屬植物從內(nèi)蒙古自治區(qū)錫林郭勒盟蘇尼特左旗滿都拉圖鎮(zhèn)整株挖回后移栽到內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)牧草試驗(yàn)地,為2008年測(cè)花粉活力時(shí)備用。試驗(yàn)采集地為野生草原植被類(lèi)型,該處屬荒漠草原,地勢(shì)平坦,土壤為沙土,植被為蒙古韭群落,其中堿韭較多,細(xì)葉韭稀少。

1.2方法

1.2.1花粉活力檢測(cè) 參照T TC（2,3,5-triphenyl tetrazolium chloride）法[21-22]測(cè)定花粉的活力和壽命。具體方法是：將散出不同時(shí)間的花粉撒在載玻片上,滴加含0.5%TTC的蔗糖溶液,迅速蓋上蓋薄片,置入內(nèi)有濕濾紙的平皿中,連同平皿放置在40℃黑暗條件下。40 min后,在顯微鏡下觀察染色結(jié)果,有活力的花粉被染成紅色,沒(méi)有活力的花粉不被染色。觀察2～3個(gè)制片,每片取5個(gè)視野,花粉活力的統(tǒng)計(jì)為10～15個(gè)視野的平均值。

1.2.2花粉可育率測(cè)定 參照陳家瑞[23]的孢粉染色法。在每種蔥屬植物隨機(jī)選取20株,再?gòu)闹腥芜x20朵花,花藥成熟后剛開(kāi)始散粉時(shí),將各小花的花粉輕彈于鋪有硫酸紙的培養(yǎng)皿中,然后用毛筆輕沾20朵小花的混合花粉并彈于載玻片上,滴1～2滴孔雀綠-酸性品紅-桔紅G（Gmalachite green-aid fuchsin-orange G）染液后制片,在光學(xué)顯微鏡下取3個(gè)視野觀察并計(jì)數(shù),做10次重復(fù)?？捎ǚ郾诰G色,原生質(zhì)紅色；敗育花粉無(wú)原生質(zhì),只有壁被染上綠色。

可育率=可育花粉數(shù)/觀測(cè)花粉總數(shù)×100%。

1.2.3柱頭可授性的檢測(cè) 用聯(lián)苯胺—過(guò)氧化氫法[8,21]測(cè)定柱頭可授性。具體方法是：在盛花期,中午標(biāo)記數(shù)百個(gè)剛開(kāi)的花朵,之后每天中午采開(kāi)花后不同時(shí)間的花朵,將其柱頭（每種任選20個(gè)）放入含有聯(lián)苯胺-過(guò)氧化氫反應(yīng)液（1%聯(lián)苯胺∶3%過(guò)氧化氫∶水=4∶11∶22,體積比）的血球計(jì)數(shù)板上。若柱頭具可授性,則柱頭周?chē)姆磻?yīng)液呈現(xiàn)藍(lán)色并有氣泡出現(xiàn)。測(cè)定持續(xù)到柱頭可授性消失為止。

2 結(jié)果與分析

2.1 花粉活力檢測(cè)結(jié)果花粉有無(wú)活力或活力的高低對(duì)雌蕊授粉成功率有直接的影響。經(jīng)檢測(cè),3種野生蔥屬植物的花粉活力有所不同（表 1）。

表1 3種蔥屬植物的花粉活力

從表1可以看出,在開(kāi)花初期3種野生蔥屬植物的花粉活力均較高,在70%以上。隨著時(shí)間的推移,花粉活力均緩慢下降,至開(kāi)花后4 h蒙古韭和堿韭的花粉活力下降至50%以下；而細(xì)葉韭的花粉保持較高的活力,至開(kāi)花后5 h才下降至46%。但不論哪種蔥屬植物的花粉,8 h之后僅有少量花粉具有活力,因此,3種野生蔥屬植物的花粉壽命約8 h。在觀察過(guò)程中還發(fā)現(xiàn),開(kāi)花時(shí)間越長(zhǎng),則淺紅色花粉粒所占比例越大,說(shuō)明花粉雖然具備活力,但隨著開(kāi)花時(shí)間的延長(zhǎng)活力變?nèi)酢?/p>

2.2 花粉可育率檢測(cè)結(jié)果3種野生蔥屬植物花粉的可育率均較高（表2）,其中堿韭最高,細(xì)葉韭的最低,蒙古韭在兩者之間。試驗(yàn)還發(fā)現(xiàn),可育花粉粒大,充實(shí)飽滿；不育花粉粒較小,具充實(shí)飽滿或形狀不規(guī)則2種類(lèi)型。

表2 3種蔥屬植物的花粉可育率

2.3 柱頭可授性檢測(cè)結(jié)果3種野生蔥屬植物的柱頭從開(kāi)花當(dāng)天直至第5天均有可授性,其中開(kāi)花第1天可授性最強(qiáng),之后隨著開(kāi)花時(shí)間的延長(zhǎng)變?nèi)?到第6天時(shí)柱頭變褐,過(guò)氧化物酶活性減弱至無(wú),柱頭失去活性（表3）。

表3 3種蔥屬植物的柱頭可授性

3 討論與結(jié)論

花粉活力指雄配子體在花粉管中的生長(zhǎng)能力,而花粉育性是指受精（成活潛力）的能力[24]。本研究的3種野生蔥屬植物的花粉活力和可育率均較高?；ǚ凼腔ǚ勰讣?xì)胞經(jīng)過(guò)減數(shù)分裂產(chǎn)生的小孢子直接發(fā)育的產(chǎn)物,所以在減數(shù)分裂的過(guò)程中,染色體所有的變化和不規(guī)則的出現(xiàn)對(duì)花粉可育性都將產(chǎn)生影響[24]。欒兆水等[9]對(duì)細(xì)葉韭花粉母細(xì)胞的減數(shù)分裂研究表明：異常減數(shù)分裂行為頻率極低。但本研究中細(xì)葉韭的花粉可育率只有72.64%,其原因尚待深入研究。

在自然條件下,絕大多數(shù)植物花粉的壽命都較短?；ǚ蹓勖拈L(zhǎng)短,一方面由遺傳因素決定,另一方面也受環(huán)境的影響。小豆花粉生活力的研究表明,低溫、干燥和無(wú)氧條件減弱花粉的代謝作用,花粉能較長(zhǎng)時(shí)間保持生活力；而高溫、高濕和有氧條件下,花粉代謝活躍,營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)消耗,酶活性衰退,生活力容易喪失[25]。對(duì)3種野生蔥屬植物而言,生長(zhǎng)在高溫、多風(fēng)及干燥等氣候特征的荒漠草原上花粉活力下降快,8 h后花粉基本失去活力。這對(duì)蔥屬植物進(jìn)行人工育種時(shí)選擇父本具有重要的參考價(jià)值。

柱頭可授期是花朵成熟過(guò)程中的一個(gè)重要時(shí)期,它能在很大程度上影響自花傳粉率、開(kāi)花不同階段的傳粉成功率、各種傳粉者的相對(duì)重要性、雄性和雌性功能之間的相互干擾、不同基因型的花粉之間的競(jìng)爭(zhēng)以及配子體選擇的機(jī)會(huì)等等[21]。不同植物的柱頭可授期所持續(xù)的時(shí)間從幾小時(shí)到十幾天不等[7]。對(duì)3種野生蔥屬植物而言,柱頭在開(kāi)花后2 d內(nèi)具有較強(qiáng)可授性,且可授性能持續(xù)5 d左右。

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