籽瓜花粉活力測定最適培養(yǎng)條件研究

林明，李春燕，白曉山，潘竟海，陳友強，劉華君，鄧超宏，，王娟，李承業(yè)

(1.新疆農業(yè)科學院經濟作物研究所，烏魯木齊 830091；2.新疆農業(yè)大學農學院，烏魯木齊 830052)

籽瓜花粉活力測定最適培養(yǎng)條件研究

林明1，李春燕2，白曉山1，潘竟海1，陳友強1，劉華君1，鄧超宏1，2，王娟1，李承業(yè)1

(1.新疆農業(yè)科學院經濟作物研究所，烏魯木齊 830091；2.新疆農業(yè)大學農學院，烏魯木齊 830052)

【目的】通過籽瓜花粉的離體培養(yǎng)，比較不同濃度蔗糖、硼酸為基本的液體培養(yǎng)基、不同培養(yǎng)溫度以及培養(yǎng)時間對花粉離體萌發(fā)的影響?！痉椒ā窟x用最適培養(yǎng)基，對籽瓜花粉進行6個溫度水平以及4個時間水平的離體培養(yǎng)?！窘Y果】當培養(yǎng)溫度在25～30℃時的花粉活力最高，籽瓜花粉的最優(yōu)培養(yǎng)基配方是：15%蔗糖+0.01%硼酸+1%瓊脂?！窘Y論】花粉萌發(fā)率和花粉管長度均隨著溫度的上升而增加，在溫度上升到30℃以后，隨著溫度的上升，花粉的萌發(fā)率和花粉管長度均降低。在室溫下花粉培養(yǎng)4 h時，花粉萌發(fā)趨于穩(wěn)定而花粉管長度仍在增加；培養(yǎng)6 h，其花粉管長度不在增加。

籽瓜；花粉活力；培養(yǎng)基

0 引 言

【研究意義】籽瓜是“籽用西瓜”的簡稱，是葫蘆科西瓜屬普通西瓜種的栽培變種，也是同株異花授粉植物。目前新疆已成為籽瓜的主要生產基地，種植面積常年穩(wěn)定在13.33×104hm2(200萬畝)左右，籽瓜也成為了新疆的主要特色經濟作物，籽瓜生產也進入了全程機械化連片作業(yè)模式。在新疆籽瓜種植主要分布在北疆塔城、阿勒泰、昌吉、伊犁等主產區(qū)，南疆地區(qū)也有零星種植[1]。由于籽瓜在新疆各種植區(qū)域地理位置跨度大，所以其自然生態(tài)條件存在著比較大的差異，導致各區(qū)域籽瓜種植時對籽瓜品種特性的需求也不相同。想要培育出具有適應性廣、耐極端溫度且性狀優(yōu)良的籽瓜品種是可以通過雜交育種手段實現(xiàn)的，了解籽瓜每個資源材料的花粉活力情況對雜交育種具有重要意義。【前人研究進展】花粉活力的檢測通常分為萌發(fā)測定和不萌發(fā)測定兩種[2]。非萌發(fā)的測定是指不用通過花粉的萌發(fā)便可判斷花粉活力的大小，測定的方法主要有對花粉呼吸作用、根據(jù)酶的活性情況以及細胞質的有無進行的染色測定、形成有效種子能力、根據(jù)脯氨酸含量差異進行的測定。萌發(fā)測定是指利用培養(yǎng)基使花粉萌發(fā)并測定花粉管的長度，根據(jù)此現(xiàn)象判斷花粉的活力[3-4]?；ǚ刍盍Φ膹娙跏亲魑镫s交成功與否的關鍵因素。活力強的花粉其萌發(fā)力高，且花粉管能夠迅速生長，從而完成受精。所以在授粉時應當選擇具有較強活力的花粉，以保證成功率。花粉的活力與環(huán)境因素和自身的遺傳有很大的關系，這在辣椒、西瓜、黃瓜、苦瓜等作物的研究中已得到證實[5-8]?！颈狙芯壳腥朦c】在籽瓜雜交育種進行授粉時發(fā)現(xiàn)，籽瓜花粉活力的大小決定雜交組合配置的成功率，前人未有對籽瓜花粉的活力及萌發(fā)進行研究，研究對籽瓜花粉在不同培養(yǎng)條件下的萌發(fā)情況，分析計算篩選出最佳的萌發(fā)條件?！緮M解決的關鍵問題】通過利用離體培養(yǎng)法，篩選出適合籽瓜花粉萌發(fā)的最適培養(yǎng)基，測定不同溫度下的花粉活力，確定花粉活力的最適培養(yǎng)條件，為雜交時的人工授粉及雜交組合的優(yōu)化配置提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材 料

供試籽瓜品種為新籽瓜4號，為新疆籽瓜主栽品種，由新疆農科院經濟作物研究所選育。

試驗于2015年5～8月在新疆農科院經濟作物研究所實驗室中進行。利用盆栽將籽瓜分批進行種植，把籽瓜植株中即將開放的花蕾，采下包好后陰干，當花粉完全散出后進行試驗。

1.2 方 法

1.2.1 不同培養(yǎng)基下籽瓜花粉活力比較

在培養(yǎng)基中加入了不同梯度質量濃度的蔗糖和硼酸，瓊脂的含量不變，其中硼酸的濃度分別為0.01%、0.05%、0.1%，蔗糖的濃度分別為5%、10%、15%、20%。配置培養(yǎng)基時，用玻璃棒蘸取2～3滴培養(yǎng)基滴在在載玻片中央，將適量花粉撒于冷卻后的培養(yǎng)基上，然后放入帶有濕濾紙的培養(yǎng)皿中并蓋好蓋子，放入恒溫箱中進行培養(yǎng)，隨時觀察花粉的萌發(fā)情況。每處理觀察5～6個視野(每個視野不少于50個花粉粒)，統(tǒng)計視野內的花粉總數(shù)、花粉萌發(fā)率(以其花粉管長度超過花粉直徑兩倍為萌發(fā)標準)，重復3次，計算花粉萌發(fā)率(花粉萌發(fā)率等同于花粉活力)，萌發(fā)率=(萌發(fā)的花粉數(shù)/花粉總數(shù))×100%。

1.2.2 不同培養(yǎng)溫度對籽瓜花粉活力的影響

設置6個溫度水平，分別為15、20、25、30、35和40℃。通過選用的最適培養(yǎng)基對籽瓜花粉進行離體培養(yǎng)，每個處理重復3次，觀察花粉的萌發(fā)及花粉管生長情況(同1.2.1)。

1.2.3 不同培養(yǎng)時間對籽瓜花粉活力的影響

設置4個培養(yǎng)的時間水平，分別為2、4、6和8 h。通過選用的最適培養(yǎng)基，在室溫下對籽瓜花粉進行離體培養(yǎng)，在每個時間處理中將培養(yǎng)皿置于顯微鏡下，隨時通過電腦觀察花粉萌發(fā)及花粉管生長情況，每個處理重復3次。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計

對測得的各試驗數(shù)據(jù)利用EXCEL和DPS軟件進行處理及分析。

2 結果與分析

2.1 不同培養(yǎng)基對籽瓜花粉萌發(fā)率的影響

對培養(yǎng)在不同質量濃度蔗糖和硼酸的培養(yǎng)基上的籽瓜花粉萌發(fā)率進行測定，通過觀察、統(tǒng)計并計算發(fā)現(xiàn)，在培養(yǎng)基的蔗糖濃度為5%時，花粉萌發(fā)率隨著硼酸濃度的不斷增加而逐漸降低；當硼酸濃度在0.01%～0.05%處理間時，處理間的花粉萌發(fā)率差異不顯著，但兩處理與硼酸濃度在0.1%處理時的花粉萌發(fā)率差異均達到極顯著水平。當培養(yǎng)基的蔗糖濃度為10%時，隨著硼酸濃度的不斷增加，花粉萌發(fā)率也逐漸增高，硼酸濃度在0.01%處理時的花粉萌發(fā)率與硼酸濃度在0.05%和0.1%處理時的差異達到極顯著水平，而硼酸濃度在0.05%和0.1%的兩個處理間的花粉萌發(fā)率差異不顯著。當培養(yǎng)基的蔗糖濃度為15%時，隨著硼酸濃度的不斷增加，花粉萌發(fā)率依次降低；在硼酸濃度0.01%處理時的花粉萌發(fā)率差異極顯著于硼酸濃度為0.05%與0.1%這兩個處理，而硼酸濃度為0.05%與0.1%兩處理間的花粉萌發(fā)率差異不顯著。由此可見，在15%蔗糖溶液的培養(yǎng)基中加入0.01%的硼酸，籽瓜花粉萌發(fā)最好，萌發(fā)率高達77.14%。表1

2.2 不同培養(yǎng)時間對籽瓜花粉活力的影響

在室溫下，對培養(yǎng)在不同的時間梯度中的籽瓜花粉萌發(fā)率和花粉管長度進行測定，通過觀察、統(tǒng)計并計算發(fā)現(xiàn)，花粉萌發(fā)率隨著培養(yǎng)時間的增加而增加，當?shù)揭欢ǖ呐囵B(yǎng)時間時花粉萌發(fā)率達到最大值后，不在隨著時間的增加而發(fā)生變化?；ǚ墼谂囵B(yǎng)2 h時其萌發(fā)率達到40%，當培養(yǎng)到4 h，花粉萌發(fā)率基本達到最大值，在6和8 h的培養(yǎng)時間段與4 h培養(yǎng)時間的萌發(fā)率無差異。而花粉管長度也是隨著培養(yǎng)時間的增加而增長，其最大值出現(xiàn)在6 h，在培養(yǎng)時間增加到8 h后其花粉管的長度不在變化。這說明在室溫下，當花粉培養(yǎng)一定時間后其萌發(fā)率達到穩(wěn)定之后，其花粉管長度也慢慢地趨于穩(wěn)定，而花粉萌發(fā)率要早于花粉管達到最大值。室溫條件下培養(yǎng)時間6 h是花粉萌發(fā)的最佳培養(yǎng)時間。圖1

表1 不同濃度蔗糖、硼酸下籽瓜花粉離體萌發(fā)率變化
Table 1 Germination rate in vitro of pollen in seed watermelon with different concentration of sucrose and boric acid

硼酸濃度(%)Concentrationofsucrose蔗糖濃度(%)Concentrationofboricacid花粉萌發(fā)率(%)Germinationrate0.010.050.1554.01bcBC53.45cCD34.21eE0.010.050.11032.15Dd54.31bcBC64.45bB0.010.050.11577.14aA58.56bBC42.56bcBC

注：a=0.05;A=0.01

Note：a Signifies at 0.05 level;A Signifies at 0.01 level

圖1 不同培養(yǎng)時間的籽瓜花粉活力
Fig.1 The germination of seed watermelon pollen in the different culture time

2.3 不同培養(yǎng)溫度對籽瓜花粉活力的影響

對培養(yǎng)在不同溫度梯度中的籽瓜花粉萌發(fā)率、花粉管長度進行測定，通過觀察、統(tǒng)計并計算后發(fā)現(xiàn)，當培養(yǎng)溫度在15～30℃時，花粉萌發(fā)率、花粉管長度均隨著培養(yǎng)溫度的上升而增加；在培養(yǎng)溫度上升到30℃以后，隨著培養(yǎng)溫度的上升，花粉的萌發(fā)率和花粉管長度均降低。在試驗中的6個培養(yǎng)溫度處理中，花粉萌發(fā)率及花粉管長度在培養(yǎng)溫度15℃處理顯著高于培養(yǎng)溫度在40℃的處理，而培養(yǎng)溫度在20℃的處理與35℃處理間的花粉萌發(fā)率及花粉管長度差異不顯著，但顯著高于培養(yǎng)溫度在15和40℃的處理?；ǚ勖劝l(fā)率及花粉管長度以培養(yǎng)溫度在40℃的處理最低，分別為12.54%和4.14 μm，且顯著低于其他處理。以培養(yǎng)溫度在25、30℃處理的花粉萌發(fā)率最高，為77.14%～79.63%；花粉管最長，為75.19～76.4 μm，均顯著高于其他處理。由此可見當花粉培養(yǎng)溫度在25～30℃時，籽瓜花粉活力最高。表2

表2 籽瓜花粉在不同溫度條件下的萌發(fā)情況
Table 2 The germination of seed watermelon pollen in the different culture temperature

培養(yǎng)溫度(℃)Temperatureofculture花粉萌發(fā)率(%)Germinationrate花粉管長度(μm)Thelengthofpollentube1539.56c23.98c2057.18b43.22b?2577.14a76.84a3079.63a75.19a3560.53b50.78b4012.54d4.14d

注：a=0.05

Note：a Signifies at 0.05 level

3 討 論

硼酸與蔗糖的結合能極大地提高花粉的萌發(fā)率。適量的硼酸是花粉萌發(fā)和生長所必需的，它引起的花粉萌發(fā)率的變化與蔗糖濃度密切相關，硼酸發(fā)揮作用需要適宜的蔗糖濃度，二者存在交互作用，而蔗糖的濃度影響占主導地位[9-10]。在實驗中，當蔗糖濃度在5%和15%兩個處理時，隨著硼酸濃度的增加，花粉萌發(fā)率逐漸降低。當蔗糖濃度在10%的處理，隨著硼酸濃度的增加，花粉萌發(fā)率逐漸增高。因此，在籽瓜花粉離體培養(yǎng)時，加入適量的硼酸與蔗糖含量形成適宜的配比，能夠提高花粉的萌發(fā)率。

有關溫度對花粉萌發(fā)的影響有過大量報道，如李旭新等[11]認為，黃連木花粉萌發(fā)的最適溫度分別為25℃。由于籽瓜的種植區(qū)域跨度大，南北疆均可以種植，所以在籽瓜正播或在復播種植時，均會出現(xiàn)異常天氣，花期遇到高溫或低溫環(huán)境，往往導致籽瓜花粉活力的下降，從而造成果實生長發(fā)育的異常，進而影響到籽瓜的產量和質量。因此，在籽瓜育種中耐熱新品種的選育也逐漸成為未來的育種方向。不同溫度對同一品種花粉活力以及不同品種花粉活力的影響有待進一步研究。

4 結 論

花粉的離體培養(yǎng)是在花粉離開自身條件下人為創(chuàng)造的適宜花粉萌發(fā)的外界條件，該方法能較為真實的將花粉的活力情況反映出來。對籽瓜花粉在不同培養(yǎng)條件下生活力測定，室溫下籽瓜花粉培養(yǎng)最適時間為6 h，當培養(yǎng)溫度在25～30℃時的花粉活力最高，其最適培養(yǎng)基配方是：15%蔗糖+0.01%硼酸+1%瓊脂，萌發(fā)率高達77.14%。一定質量濃度的蔗糖和硼酸對籽瓜花粉的萌發(fā)起促進作用，在籽瓜育種中進行雜交授粉時，可在柱頭上涂抹一定質量濃度的蔗糖及硼酸溶液，以提高其花粉萌發(fā)率。

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Supported by: Autonomous Region Key Technology R&D Program"Research of The Standard Cultivation Technique of Seed-watermelon in Different Ecology Regions"(201531101)；Autonomous Region Youth Scientific Funds R&D Program"Analysis of Genetic Diversity of Germplasm Resources of Seed-watermelon Revealed by ISSR in Xinjiang"(2015211B014)；Autonomous Region Academy of Agricultural Sciences'Youth Scientific Funds R&D Program"Study on the Temperature Conditions for Pollen Viability and Fruiting Rate of Seed-watermelon"(xjnky-2014012)

LI Cheng-ye(1957-), male, research fellows, sugarbeet breeding and cultivation, seed-watermelon breeding and cultivation

Study on the Optimal Cultural Conditions for Pollen Viability of Seed-Watermelon

LIN Ming1, LI Chun-yan2, BAI Xiao-shan1, PAN Jing-hai1, CHEN You-qiang1, LIU Hua-jun1, DENG Chao-hong1，2, WANG Juan1, LI Cheng-ye1

(1.ResearchInstituteofIndustrialCrops,XinjiangAcademyofAgriculturalSciences,Urumqi830091,China；2.CollegeofForestry&Horticulture,XinjiangAgriculturalUniversity,Urumqi830052,China)

【Objective】 Through the culture of seed-watermelon pollen, the effects of different concentrations of sucrose and boric acid as basic liquid medium at different culture temperatures and in different culture time on pollen germination in vitro are studied. 【Method】In this project, the optimum culture medium was used to carry out in vitro culture at 6 temperature levels and at 4 time levels. 【Result】When the culture temperature was 25-30, the highest pollen viability was obtained, and the optimal medium formula was: 15% sucrose, 0.01% boric acid and 1% agar. 【Conclusion】With the increased temperature, the germinal rates of pollen and the length of pollen tube were increased; when the temperature reached up to 30℃, the pollen germination rates and pollen length were both decreased. In addition, the germination rate and pollen length were increased by being cultured for 4 hours, and then the length was no longer increased after being cultured 6 hours at room temperature.

seed-watermelon; pollen viability; culture medium

10.6048/j.issn.1001-4330.2017.03.006

2017-01-10

新疆維吾爾自治區(qū)科技支撐項目“不同生態(tài)區(qū)籽瓜標準化栽培技術研究與示范”(201531101)；新疆維吾爾自治區(qū)青年科學基金項目“新疆籽瓜種質資源遺傳多樣性的ISSR分析”(2015211B014)；新疆農業(yè)科學院青年科技基金項目“影響籽瓜花粉活力及結實率溫度條件的研究”(xjnky-2014012)

林明(1982-)，男，助理研究員，研究方向為甜菜、籽瓜育種與栽培，(E-mail)lm126com@126.com

李承業(yè)(1957-)，男，研究員，研究方向為甜菜、籽瓜育種與栽培，(E-mail)lcy7679@126.com

S642.9；S60

A

1001-4330(2017)03-0429-05