生長調節(jié)物質對楸樹花粉萌發(fā)及花粉管生長的影響

王改萍 朱雪晨 彭方仁 鮑 林

(南京林業(yè)大學森林資源與環(huán)境學院，江蘇 南京 210037)

生長調節(jié)物質對楸樹花粉萌發(fā)及花粉管生長的影響

王改萍 朱雪晨 彭方仁 鮑 林

(南京林業(yè)大學森林資源與環(huán)境學院，江蘇 南京 210037)

采用離體花粉液體培養(yǎng)法研究4種植物生長調節(jié)物質對不同來源楸樹花粉萌發(fā)及花粉管生長的影響。結果表明：較低濃度的赤霉素促進花粉萌發(fā)及花粉管生長，高濃度則表現為明顯的抑制作用，最適濃度為300 mg/L；吲哚乙酸和2，4-D對花粉的作用效果與楸樹的種源有關，總體上均呈低濃度促進，高濃度抑制的規(guī)律；花粉萌發(fā)率均在吲哚乙酸為15 mg/L時達到最大值，只有2個種源與對照間差異極顯著，花粉萌發(fā)率在2，4-D為200 mg/L時均達到最大值，超過最適濃度后，吲哚乙酸和2，4-D均對花粉萌發(fā)及花粉管生長表現為抑制作用；各個濃度的萘乙酸均抑制花粉萌發(fā)及花粉管生長，且抑制程度隨濃度增加而加強。

楸樹；植物生長調節(jié)物質；花粉萌發(fā)率；花粉管生長

楸樹(CatalpabungeiC.A.Mey.)屬紫葳科梓屬高大落葉喬木，其材質優(yōu)良、用途廣泛，自古就有“木王”之美稱[1]。楸樹自交不育，往往開花不結實，種子發(fā)芽率低，加之營養(yǎng)繁殖困難，導致其資源匱乏，阻礙了楸樹的大面積發(fā)展[2-4]。因此，研究楸樹雜交育種，實現有性繁殖，通過提高人工授粉率獲得種子是解決這一問題的有效途徑。

植物生長調節(jié)物質是人工合成的、具有調節(jié)控制植物體內物質代謝或生理功能的微量有機化合物,它們能改變植物體內源激素間的相互平衡關系，對調節(jié)樹木的生長發(fā)育及授粉結實有重要作用[5-6]。近年來，很多學者通過研究植物生長調節(jié)劑對花粉萌發(fā)和花粉管生長的影響[7-9]，確定了促進花粉受精的植物生長調節(jié)物質種類及其使用濃度，為提高人工授粉效率提供了理論依據。目前，植物生長調節(jié)劑在楸樹花粉萌發(fā)及花粉管生長上的研究較少，為此，本文探討不同濃度的4種生長調節(jié)物質對不同來源的3種楸樹花粉離體萌發(fā)的影響，以期為楸樹花粉的生殖生物學研究、植物的雜交育種提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料采集

供試材料為成年健壯的楸樹，分別位于連云港后云臺山國家森林公園內(簡稱連楸)、南京老山林場內(簡稱老楸)和南京林業(yè)大學校內(簡稱南楸)，均不能自花結實。

4月中旬至5月上旬盛花期，在上述3個區(qū)域內選擇3～5株生長較一致的楸樹，采集大花或即將開放的花蕾，用小鑷子取出花藥充分混合，置于墊有硫酸紙的培養(yǎng)皿中，室溫(24 ℃左右)下放置約2 d，待花藥自然開裂翻卷散出花粉后，收集花粉，置于4℃冰箱中保存?zhèn)溆谩?/p>

1.2 試驗方法

本試驗共選用4種生長調節(jié)物質，均在基本培養(yǎng)基(含0.02 g/L MgSO4、0.01 g/L KNO3、0.03 g/L Ca(NO3)2和0.01 g/L H3BO3，pH 5.6)基礎上，根據試驗設定調配液體培養(yǎng)基。4種生長調節(jié)劑濃度參照張紹鈴等[8]濃度設定標準，略有調整。分別為：赤霉素：0(對照)、100、200、300、400、500 mg/L；吲哚乙酸：0(對照)、5、15、25、50、100 mg/L；2,4-D：0(對照)、50、100、200、300、500 mg/L；萘乙酸：0(對照)、2、5、10、25、50 mg/L。

花粉的培養(yǎng)方法參照王改萍等的花粉液體培養(yǎng)法[4]進行。在恒溫(24 ℃)暗光條件下培養(yǎng)6 h后，用Nikon YS100光學顯微鏡觀察花粉萌發(fā)及花粉管生長狀況，以花粉管長度超過花粉粒直徑作為判定花粉萌發(fā)的標準。每處理統(tǒng)計100?；ǚ酆?0個花粉管長度，重復3次。

應用 DT2000 圖像分析軟件統(tǒng)計花粉總數和花粉萌發(fā)數。數據用Excel 統(tǒng)計，采用SPSS 16.0軟件進行方差分析(one-way AVOVA)及多重比較(Duncan)。

2 結果與分析

2.1 赤霉素對花粉萌發(fā)率及花粉管生長的影響

不同濃度的赤霉素對楸樹花粉萌發(fā)率和花粉管生長均有明顯的影響，其結果見表1。

表1 不同濃度赤霉素處理下各種源楸樹花粉 萌發(fā)率及花粉管長度

注: 大寫字母為α=0.05，小寫字母為α=0.01，相同字母表示差異不顯著。

由表1可看出，當赤霉素在低濃度時，可促進不同種源楸樹的花粉萌發(fā)，且隨濃度的增加，花粉萌發(fā)率升高，在300 mg/L時達到最大值，不同產地楸樹均比對照上升了10%左右。當赤霉素濃度繼續(xù)增加時，花粉萌發(fā)率受到明顯抑制，赤霉素濃度達到500 mg/L時，各產地楸樹花粉萌發(fā)率均表現為最低，下降最多的是老楸，萌發(fā)率為對照的30%。

對不同種源楸樹的花粉萌發(fā)率進行方差分析結果見表2。

表2 不同濃度赤霉素處理各種源楸樹花粉萌發(fā)率及花粉管長度方差分析

注:**和*分別表示差異極顯著和差異顯著。

由表2可知，不同濃度處理間存在極顯著差異(F>F0.01)。進一步分析不同處理之間的差異性，發(fā)現赤霉素濃度為100 mg/L和200 mg/L時與對照差異不顯著。300～500 mg/L之間各處理與對照有極顯著差異，表明赤霉素在此濃度區(qū)間下對花粉萌發(fā)率有顯著影響。

不同濃度赤霉素對花粉管生長的影響規(guī)律與花粉萌發(fā)率相似。在低濃度條件下，赤霉素能夠顯著促進花粉管的生長，而高濃度時表現為抑制。楸樹花粉管長度的最大值也出現在赤霉素濃度300 mg/L的條件下，連楸和南楸比對照增加了近2倍，老楸增加了1.3倍。當赤霉素濃度達到500 mg/L時則表現為明顯的抑制作用，各種源楸樹均比對照下降近50%。對花粉管長度進行方差分析，結果見表2。由表2發(fā)現，不同處理間存在極顯著差異(F>F0.01)，進一步分析可知(表1)，赤霉素濃度在100～400 mg/L時極顯著促進了花粉管生長。

赤霉素對花粉管生長的抑制作用有滯后性，當赤霉素濃度達到400 mg/L時，其顯著抑制花粉萌發(fā)，各種源楸樹花粉萌發(fā)率均低于對照，降幅最大的老楸僅為對照的50%左右。但其卻促進花粉管生長，不同種源楸樹均高于對照，促進作用最大的為連楸，其花粉管長度為對照的1.5倍。綜合考慮赤霉素對花粉生活力的促進作用，可認為300 mg/L為最適濃度。

2.2 吲哚乙酸對花粉萌發(fā)及花粉管生長的影響

不同濃度吲哚乙酸處理下各種源花粉萌發(fā)率及花粉管長度見表3。

由表3可知，不同濃度的吲哚乙酸對各種源楸樹花粉萌發(fā)率及花粉管生長存在明顯的影響。低濃度的吲哚乙酸對花粉萌發(fā)有促進作用，各種源楸樹均在15 mg/L時達到最大值，但增幅較小，增加最多的老楸也僅比對照增加約12%。當其濃度繼續(xù)增加時，明顯抑制楸樹花粉萌發(fā)，在100 mg/L時，各種源楸樹花粉萌發(fā)率低于10%，幾乎不再萌發(fā)。

對不同處理的萌發(fā)率進行方差分析，結果表明，不同處理間存在極顯著差異(F>F0.01)(表4)。而各濃度間的差異性分析也表明，連楸和老楸在吲哚乙酸濃度為5 mg/L時與對照沒有差異，但超過15 mg/L時與對照有顯著差異。當其濃度大于 15 mg/L 后則有明顯的抑制作用。而南楸在15 mg/L時與對照沒有差異，其他濃度處理與對照存在顯著差異，表現為抑制花粉萌發(fā)。

不同濃度處理吲哚乙酸對不同種源楸樹花粉管長度的影響與其對花粉萌發(fā)率的影響近似，結果見表3。由表3可知，低濃度吲哚乙酸對花粉管生長略有促進作用，增幅最大的為老楸，但濃度15 mg/L時也僅比對照提高9%。吲哚乙酸濃度為25～100 mg/L時，隨濃度的增加花粉管長度大幅下降，在100 mg/L時達到最小值，老楸僅為對照的37%，而連楸和南楸為對照的55%左右。

表3 不同濃度吲哚乙酸處理下各種源楸樹 花粉萌發(fā)率及花粉管長度

注: 大寫字母為α=0.05，小寫字母為α=0.01，相同字母表示差異不顯著。

對花粉管長度結果進行方差分析，結果發(fā)現，不同處理間存在極顯著差異(F>F0.01)(表4)。進一步分析顯示，不同濃度間的差異在各種源間表現不同。連楸在5、15 mg/L處理時與對照無顯著差異，而老楸和南楸則在15 mg/L處理時與對照存在顯著差異。但只要達到25 mg/L及以上濃度處理，所有種源均與對照存在極顯著差異。這表明吲哚乙酸與花粉萌發(fā)和花粉管生長之間關系較為復雜，在進行相關處理選擇時要綜合考慮，這樣才能提高選擇效果。

表4 不同濃度吲哚乙酸處理各種源花粉萌發(fā)率及花粉管長度方差分析

注:**和*分別表示差異極顯著和差異顯著。

2.3 2，4-D對花粉萌發(fā)及花粉管生長的影響

不同濃度2，4-D處理各種源楸樹花粉萌發(fā)率及花粉管長度見表5。

表5 不同濃度2,4-D處理下各種源楸樹花粉 萌發(fā)率及花粉管長度

由表5可知，不同濃度2，4-D對各種源楸樹花粉萌發(fā)率及花粉管生長均有一定影響，但在不同種源的楸樹間存在差異。各種源楸樹花粉萌發(fā)率在2，4-D濃度為200 mg/L時達到最大值，南楸增幅最大，比對照增加18.7%。連楸在2，4-D濃度為50 mg/L時花粉萌發(fā)率有所降低，老楸花粉萌發(fā)率則在2，4-D濃度為50 mg/L和100 mg/L時均受到抑制。當2,4-D濃度升至300～500 mg/L后，所有種源楸樹花粉萌發(fā)均受到抑制，且隨其濃度的增加抑制作用增強，2，4-D濃度升至500 mg/L時花粉萌發(fā)率急劇下降，萌發(fā)率比對照下降了近70%。

對花粉萌發(fā)率結果進行方差分析，結果表明，不同處理間存在極顯著差異(F>F0.01)(表6)。但不同濃度在不同種源楸樹上產生的影響不同。2，4-D濃度在50～200 mg/L時，連楸表現為與對照之間差異不顯著，而南楸和老楸(除50 mg/L外)則表現為差異顯著。當2，4-D濃度繼續(xù)上升至500 mg/L時，各種源楸樹均與對照存在顯著差異。反映出2，4-D在不同種源楸樹中的作用不同，在較低濃度下，對南楸花粉萌發(fā)起促進作用，但對連楸和老楸花粉萌發(fā)率影響不大。濃度太高時，則抑制各種源楸樹花粉萌發(fā)。

2，4-D對花粉管生長的影響也隨楸樹種源而異。在較低濃度范圍(50～200 mg/L)時，連楸和南楸的花粉管長度高于對照，并在200 mg/L時達到最大值，分別比對照增加13%和9%，而老楸則全部表現為抑制作用。當2，4-D濃度達到較高范圍時(300～500 mg/L)，各種源楸樹花粉均受到抑制，且隨濃度增加抑制程度增強，南楸在2，4-D濃度為500 mg/L時花粉管長度僅為對照的20%左右。方差分析也表明，不同處理間存在極顯著差異(F>F0.01)(表6)。而處理間的差異則表現為：連楸在2，4-D濃度為200 mg/L時與對照差異極顯著，但在50、100 mg/L時雖高于對照，但差異不顯著；在50～200 mg/L時，南楸各處理間與對照差異均顯著，但老楸則與對照差異不顯著。

表6 不同濃度2，4-D處理各種源楸樹花粉萌發(fā)率及花粉管長度方差分析

注:**和*分別表示差異極顯著和差異顯著。

2.4 萘乙酸對花粉萌發(fā)及花粉管生長的影響

不同濃度萘乙酸處理各種源楸樹花粉萌發(fā)率及花粉管長度見表7。

由表7可知，萘乙酸對楸樹花粉萌發(fā)率及花粉管生長均存在明顯的抑制作用。低濃度的萘乙酸對花粉萌發(fā)率和花粉管生長影響較小，除老楸在萘乙酸濃度2 mg/L時花粉萌發(fā)率略有提高外，其他種源楸樹則略有下降。當其濃度大于2 mg/L后，隨萘乙酸濃度的增加，抑制作用增強?；ǚ勖劝l(fā)率及花粉管長度均受到明顯抑制，萘乙酸濃度達到50 mg/L時，老楸花粉的萌發(fā)率僅為對照的14%，連楸是對照的23%，南楸為對照的18%，此時花粉管長度在13～22 μm之間。

方差分析結果表明，不同處理間存在極顯著差異(F>F0.01)(表8)。進一步的分析也顯示，除連楸在萘乙酸濃度2 mg/L處理下與對照差異不顯著，其他處理均與對照差異極顯著。

表7 不同濃度萘乙酸處理各種源楸樹花粉 萌發(fā)率及花粉管長度

表8 不同濃度萘乙酸處理各種源楸樹花粉萌發(fā)率及花粉管長度的方差分析

注:**和*分別表示差異極顯著和差異顯著。

3 結論與討論

植物生長調節(jié)物質通過影響植物體內源激素的平衡，實現對植物體內物質代謝或生理功能的控制。相關的研究報道表明，一些生長調節(jié)物質有利于花粉的萌發(fā)及花粉管的生長，從而縮短授粉及受精時間，達到提高坐果率的目的。劉雪蓮等對紫丁香(Syringaoblata)花粉的研究中，認為赤霉素、NAA在較低濃度范圍內能促進花粉的萌發(fā)及花粉管生長，但2，4-D則起抑制作用[10]。Voyiatzis等的研究也認為，赤霉素在50～200 mg/L時對花粉萌發(fā)及花粉管生長起促進作用，但濃度高時則抑制[11]。王忠等研究則表明，赤霉素無論濃度高低均抑制花粉萌發(fā)[12]。譚曉風等的研究則認為，適當濃度的吲哚乙酸、萘乙酸、2，4-D、赤霉素均可促進油茶(Camelliaoleifera)花粉的萌發(fā)[9]。張紹鈴等對豐水梨(Pyrusserotina)的研究則表明，赤霉素、2，4-D、吲哚乙酸在低濃度時促進花粉萌發(fā)及花粉管的生長，當濃度超過一定范圍后，反而起抑制作用；而萘乙酸則抑制花粉萌發(fā)及花粉管生長，且隨著濃度的增加抑制作用增強[8]。之后對金光杏梅(Prunusmumevar.bungo)及桃(Amygdaluspersica)樹等的研究中也有類似發(fā)現[13-14]。目前尚不清楚這些生長調節(jié)物質在花粉萌發(fā)及花粉管生長過程中的作用機理，但可能與植物體本身的激素有關。本研究中發(fā)現，低濃度的赤霉素促進楸樹花粉的萌發(fā)及花粉管的生長，高濃度時則起抑制作用，最適楸樹花粉萌發(fā)及花粉管生長的濃度為300 mg/L。而吲哚乙酸在15 mg/L時萌發(fā)率及花粉管長度均達到最大值，但其對南楸的萌發(fā)率沒有明顯促進。當濃度繼續(xù)增加時，則表現為顯著的抑制。2，4-D對楸樹花粉的作用效果與不同種源有關。在50～200 mg/L處理下，顯著促進了南楸的花粉萌發(fā)和花粉管生長，并在200 mg/L時達到最大值，而對老楸和連楸的萌發(fā)率影響不大。當2，4-D濃度超過200 mg/L后，明顯抑制各種源楸樹的花粉萌發(fā)率及花粉管長度。而萘乙酸對花粉萌發(fā)的效應表現與張紹鈴等的結果相似，即無論萘乙酸濃度高低，均抑制花粉萌發(fā)及花粉管生長，且抑制作用整體上表現為隨濃度的增加而加強[8]。

相關研究表明，花粉的萌發(fā)及花粉管的生長是一個極其復雜的生理過程，生長調節(jié)物質由于作用濃度、作用時間及作用方式不同，在不同植物中產生出不同的效果，其對不同種源楸樹的作用效果存在差異，可能與植物體內該相關激素的含量等有關。本次研究中，僅進行了調節(jié)物質的單因素試驗，而不同的調節(jié)物質之間可能存在交互效應，因此，在以后的研究中要進行多因素試驗設計，尋找到適合不同楸樹生長的最適條件，為提高楸樹授粉受精及結實率提供理論基礎。

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(責任編輯 張 坤)

Effects of Plant Growth Regulating Substances onCatalpabungeiPollen Germination and Pollen Tube Growth

WANG Gai-ping, ZHU Xue-chen, PENG Fang-ren, BAO Lin

(College of Forest Resources and Environment, Nanjing Forestry University, Nanjing Jiangsu 210037, China)

The effect of four types of plant growth regulating substances on pollen germination and pollen tube growth of differentCatalpabungeiprovenances was studied by in-vitro pollen cultivation in liquid media. The results showed that low concentration of GA3stimulated pollen germination and pollen tube growth, whereas the high concentration of GA3had inhibition effect. The most suitable concentration to stimulate the pollen germination and pollen tube growth was 300 mg/L. The effect of IAA and 2,4-D varied with theC.bungeiprovenances, but the general law was that the low concentrations could promote but the high concentrations would inhibit the pollen germination and pollen tube growth. The maximum pollen germination rate was obtained by 15 mg/L IAA concentration, there was significant difference in the pollen germination rate among two provenances and the control. Regarding to 2,4-D, the maximum pollen germination rate was obtained by 200 mg/L concentration. When the concentrations of both IAA and 2,4-D were over the most suitable values, these two types of plant growth regulators would inhibit the pollen germination and pollen tube growth. NAA had an inhibition effect on the pollen germination and pollen tube growth ofC.bungeiat different concentrations, the higher NAA concentration was, the sronger the inhibition effect would be.

Catalpabungei；plant growth regulators; pollen germination rate; pollen tube growth

2013-10-11

國家“十二五”科技支撐計劃項目子課題(2012BAD21B03)資助；江蘇省高技術項目(BG2006319)資助；江蘇省普通高校研究生科研創(chuàng)新基金資助。

彭方仁(1963—)，男，教授。研究方向：用材林及經濟林的栽培及利用。Email：frpeng@njfu.edu.cn。

10.3969/j.issn.2095-1914.2014.02.003

S722.3

A

2095-1914(2014)02-0013-06

第1作者：王改萍(1970—)，女，博士，副教授。研究方向：林木培育及林木生理生化。Email：wanggaiping@njfu.edu.cn。