9份甘蔗核心種質(zhì)的初花期花粉活力

陳俊呂 常海龍 王勤南 張偉 邱永生 符成 胡后祥 周峰 吳其衛(wèi) 劉壯 李奇?zhèn)?/p>

摘要 [目的]采用離體萌發(fā)法，測(cè)試9份甘蔗核心種質(zhì)初花期的花粉成熟度及其花粉活力的特性。[方法]采集當(dāng)天開放的雄性花粉，將花粉均勻撒播在液體培養(yǎng)基上，24 ℃暗培養(yǎng)2 h，研究初花期的花粉活力。[結(jié)果]9份甘蔗核心種質(zhì)初花期的花粉成熟度變化范圍為58.5%～94.5%，花粉萌發(fā)率為13.9%～44.3%，花粉管生長(zhǎng)速度為31.4～89.3 μm，花粉粒大小為860.6～1 879.1 μm2，品種間存在明顯的差異?；ǚ鄢墒於?、花粉萌發(fā)率、花粉管長(zhǎng)度、花粉粒大小4指標(biāo)間極顯著正相關(guān)。各項(xiàng)因子分別聚類分析，結(jié)果顯示測(cè)試品種中花粉成熟度小、花粉萌發(fā)率低、花粉管生長(zhǎng)速度慢且花粉粒小的品種相對(duì)較多，占44.4%，這類品種在雜交育種應(yīng)用上可選擇作母本。[結(jié)論]花粉離體萌發(fā)技術(shù)可以被作為甘蔗育種人員在甘蔗品種改良方案進(jìn)行雙親雜交測(cè)定所需花粉育性的1種工具。

關(guān)鍵詞甘蔗；初花期；花粉成熟度；花粉活力；聚類分析

中圖分類號(hào)S566.1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào)0517-6611（2017）35-0045-03

Abstract[Objective] To detect the maturation and viability characteristics of Saccharum germplasm （9 cultivars） pollens at flowering stage by in vitro germination method. [Method] Male pollen opened on the day was collected. Then， spread the pollen evenly in the liquid medium. They were dark cultured at 24 ℃ for 2 h to study pollen maturation in early flowering stage. [Result] There were significant variations in the pollen maturation， germination rate， length of the pollen tubes and size of the pollens among the 9 cultivars. It was observed that pollen maturation ranged from 58.5% to 94.5%， germination rate range from 13.9% to 44.3%， length of the pollen tubes ranged from 31.4 to 893 μm， and size of pollen ranged from 860.6 to 1 879.1 μm2 . There was significant positive correlation in pollen maturation， germination rate， length of the pollen tubes and size of the pollen. Further cluster analysis were carried on individually based on the above data. The population of the cultivars with low maturation， low germination rate， short pollen tube length and small size pollen accounted for 44.4% of the total tested cultivars. These cultivars had the potential to be used as female parents for crossbreeding. [Conlusion] Pollen in vitro germination techniques can be used as a method for sugarcane breeders to carry out bacon hubridization in the sugarcane variety improvement program required for pollen fertility.

Key wordsSaccharum；Flowering stage；Pollen maturation；Pollen viability；Cluster analysis

甘蔗是甘蔗屬（Saccharum）的總稱。它不僅是我國(guó)制造蔗糖的糖料作物之一，而且可用來提煉乙醇作為能源替代品[1]。海南甘蔗育種場(chǎng)是全國(guó)甘蔗雜交制種基地，其甘蔗雜交花穗生產(chǎn)和親本利用情況是我國(guó)甘蔗品種改良狀況的縮影[2]。雜交育種是甘蔗新品種選育的一種重要方法[3-6]。花粉在雜交制種中起關(guān)鍵作用，花粉成熟度和花粉活力是雜交成功的主要因素。因此，了解甘蔗花粉活力對(duì)雜交育種過程中親本選配具有重要意義。目前，國(guó)內(nèi)許多研究發(fā)現(xiàn)花粉活力在品種間有較大差異[7-10]，然而在甘蔗上尚鮮見報(bào)道。離體萌發(fā)法測(cè)定花粉活力較穩(wěn)定可靠[11]，因此，筆者測(cè)定比較了海南甘蔗育種場(chǎng)常用選配的9 份甘蔗核心種質(zhì)初花期花粉成熟度及其花粉萌發(fā)率、花粉粒大小和花粉管長(zhǎng)度，旨在為甘蔗雜交育種、生殖發(fā)育和生產(chǎn)應(yīng)用提供參考。

1材料與方法

1.1材料

供試材料為種植于廣州甘蔗糖業(yè)研究所海南甘蔗育源圃中的9個(gè)1年生，且株齡、長(zhǎng)勢(shì)一致的甘蔗栽培品種（表1）。

1.2方法

采用離體培養(yǎng)法測(cè)定花粉萌發(fā)率。在晴天上午08：30—09：30（若陰天等氣溫偏低的狀態(tài)時(shí)則晚一些時(shí)間）

采集當(dāng)天開放的雄性花粉，裝于離心管中，將花粉均勻撒播在液體培養(yǎng)基400 mg/L硼酸+200 mg/L硝酸鈣+100 mg/L硝酸鉀+1 g/L硫酸鎂+1 g/L瓊脂+200 g/L蔗糖（pH 60）上，置于水浴鍋24 ℃暗培養(yǎng)2 h后，進(jìn)行觀察和記錄，并統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。

1.3測(cè)定指標(biāo)

用Olympus PXS-1020 體視顯微鏡計(jì)數(shù)，每個(gè)甘蔗品種取5個(gè)固定的視野，統(tǒng)計(jì)花粉成熟度、花粉萌發(fā)率、花粉管長(zhǎng)度、花粉粒大小。花粉萌發(fā)以花粉管長(zhǎng)度大于花粉粒直徑為標(biāo)準(zhǔn)。每視野花粉粒總數(shù)不低于50粒，且隨機(jī)選取20個(gè)花粉粒測(cè)定花粉管長(zhǎng)度、花粉萌發(fā)率和花粉粒大小。試驗(yàn)共3次重復(fù)。

單枝花穗花粉成熟度=已成熟的花粉粒數(shù)/花粉粒總數(shù)×100%；

花粉萌發(fā)率=已萌發(fā)的花粉粒數(shù)/花粉粒總數(shù)×100%。

1.4數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)用平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示，通過SPSS 19.0軟件進(jìn)行分析。采用Duncan多重比較法進(jìn)行顯著性比較；采用類平均距離法進(jìn)行聚類分析；采用Excel 2007、Word 2007繪制圖表。

2結(jié)果與分析

2.19份甘蔗種質(zhì)的初花期花粉成熟度的比較

由表2可知，甘蔗花粉成熟度因品種而異，測(cè)試的9份甘蔗種質(zhì)變幅為58.5%～94.5%。9 份甘蔗種質(zhì)均可觀測(cè)到成熟花粉粒，整體平均值為79.7%。高于品種平均值的有5個(gè)品種，占試驗(yàn)總數(shù)的55.6%。以花粉成熟度為指標(biāo)，采用類平均距離法進(jìn)行聚類分析，當(dāng)類間距離為3.58時(shí)，9個(gè)甘蔗品種明顯分為4個(gè)類群：Ⅰ類群包括ROC26、崖城25號(hào)、崖城97-47、科五、ROC22，共5個(gè)品種，占試驗(yàn)總數(shù)的55.6%，花粉成熟度較大（84.5%～94.5%）；Ⅱ類群花粉成熟度小，為65.1%～69.1%，包括云蔗89-351、云蔗94-343，占總數(shù)的222%；粵糖93-159單獨(dú)聚為Ⅲ類，其花粉成熟度較小（585%）；Ⅳ類群包括崖城12號(hào)，其花粉成熟度居中，為75.8%；4個(gè)類群間差異極顯著。

2.29份甘蔗種質(zhì)初花期花粉活力的比較

2.2.1

花粉萌發(fā)率的比較。由表2可知，9份甘蔗種質(zhì)的初花期花粉均具有活力，其萌發(fā)率平均值為23.0%，萌發(fā)率最低為13.9%（粵糖93-159），最高為44.3%（崖城25號(hào)），品種間萌發(fā)率差異較大。采用類平均距離法進(jìn)行聚類分析表明，取類間距離為5.07，則9份甘蔗種質(zhì)聚為3類：ROC26、粵糖93-159、云蔗89-351、云蔗94-343、崖城12號(hào)聚為Ⅰ類，萌發(fā)率為13.9%～19.7%，是花粉萌發(fā)率較低的品種；崖城97-47、科五、ROC22聚為Ⅱ類，萌發(fā)率為23.9%～312%，其花粉萌發(fā)率居中；崖城25單獨(dú)聚為Ⅲ類，萌發(fā)率為44.3%，是萌發(fā)率較高的品種。Ⅲ類群占總品種的11.1%，與其他2個(gè)類群間存在極顯著差異。

2.2.2花粉粒大小的比較。

由表2可知，9份甘蔗種質(zhì)的初花期花粉粒大小平均值為1 319.2 μm2，花粉粒最大是崖城25號(hào)，為1 879.1 μm2，最小是粵糖93-159，為860.6 μm2 。以花粉粒大小為指標(biāo)，系統(tǒng)聚類分析結(jié)果表明，當(dāng)距離為437時(shí)，9個(gè)甘蔗品種明顯聚為4類：ROC26、云蔗94-343、粵糖93-159聚為Ⅰ類群，花粉粒為860.6～1 001.7 μm2，是花粉粒較小的品種，Ⅰ類群占試驗(yàn)品種的33.3%；崖城12號(hào)單獨(dú)聚為Ⅱ類，花粉粒為1 184.3 μm2；ROC22、云蔗89-351、科五、崖城97-47共4個(gè)品種聚為Ⅲ類群，Ⅲ類群的花粉粒大小居中，平均值為1 487.9 μm2；崖城25號(hào)單獨(dú)聚為Ⅳ類，其花粉粒為1 879.1 μm2，是花粉粒較大的品種。其中，Ⅳ類占總品種的111%，與其他3個(gè)類群間存在極顯著差異。

2.2.3花粉管生長(zhǎng)長(zhǎng)度的比較。由表2可知，不同甘蔗品種花粉管長(zhǎng)度有明顯差異，測(cè)試材料的花粉管長(zhǎng)度平均生長(zhǎng)量為54.7 μm，最小值為31.4 μm（粵糖93-159），最大值為89.3 μm（崖城25號(hào)）。試驗(yàn)中測(cè)得的花粉管長(zhǎng)度均為2 h的生長(zhǎng)量，所以該數(shù)據(jù)可反映花粉管的生長(zhǎng)速度。以花粉管長(zhǎng)度為指標(biāo)，系統(tǒng)聚類分析表明，取類間距離為2.96時(shí)，9個(gè)測(cè)試品種可分為4個(gè)類群：Ⅰ類群包括ROC26、崖城12號(hào)、科五3個(gè)品種，生長(zhǎng)量為46.2～49.1 μm，是花粉管生長(zhǎng)較慢的品種，與其他類群差異極顯著；Ⅱ類群包括粵糖93-159、云蔗94-343、云蔗89-351共3個(gè)品種，為生長(zhǎng)慢的品種，平均生長(zhǎng)長(zhǎng)度為34.0 μm；Ⅲ類群包括崖城25號(hào)、ROC22共2個(gè)品種，長(zhǎng)度85.1～89.3 μm，為花粉管生長(zhǎng)較快的品種。其中，Ⅲ類群占總品種22.2%，其花粉管長(zhǎng)度顯著高于其他3個(gè)類群；崖城97-47單獨(dú)聚為Ⅳ類，是生長(zhǎng)快的品種，生長(zhǎng)量為72.7 μm。

2.39份甘蔗種質(zhì)的初花期花粉成熟度與花粉活力的相關(guān)性及聚類分析

采用SPSS 19.0軟件進(jìn)行相關(guān)分析，結(jié)果表明花粉成熟度與花粉管長(zhǎng)度、花粉萌發(fā)率與花粉管長(zhǎng)度、花粉管長(zhǎng)度與花粉粒大小相關(guān)系數(shù)分別為0.77、0.92、0.75，指標(biāo)間均存在極顯著正相關(guān)。以花粉萌發(fā)率、花粉成熟度、花粉粒大小和花粉管長(zhǎng)度為指標(biāo)，采用類平均距離法進(jìn)行系統(tǒng)聚類，取類間距離為4.58時(shí)，9份甘蔗品種劃為4類（圖1）：Ⅰ類群花粉萌發(fā)率最低，花粉成熟度最小，花粉管生長(zhǎng)速度較慢，花粉粒最??；Ⅱ類群花粉萌發(fā)率較低，花粉成熟度較大，花粉管生長(zhǎng)速度最慢，花粉粒較小；Ⅲ類群花粉萌發(fā)率較高，花粉成熟度中等，花粉管生長(zhǎng)速度較快，花粉粒較大；Ⅳ類群僅有1個(gè)品種，占總品種的11.1%，其花粉萌發(fā)率最高，花粉成熟度最大，花粉管生長(zhǎng)速度最快，花粉粒最大，極顯著高于其他3個(gè)類群；4個(gè)類群間差異顯著。

3結(jié)論

雜交育種是新品種選育的一種行之有效的方法，花粉成熟度和花粉活力是雜交育種特性研究的一項(xiàng)重要內(nèi)容，花粉成熟度大小和花粉活力強(qiáng)弱直接影響雜交結(jié)實(shí)率和發(fā)芽率?；ǚ鄢墒於?、花粉活力與品種存在密切關(guān)系[9，12]，同種內(nèi)不同品種間花粉活性存在較大差異，目前國(guó)內(nèi)在棗[7]、梅花[8]、桃[9]、梨[10]、油茶[13]等植物中均有報(bào)道。該試驗(yàn)的9份甘蔗種質(zhì)的初花期花粉成熟度、花粉管長(zhǎng)度、花粉粒大小、花粉萌發(fā)率在種間亦存在較大差異：甘蔗花粉離體培養(yǎng)2 h后，花粉成熟度58.5%～94.5%，花粉粒大小860.8 ～1 879.1 μm2，花粉萌發(fā)率13.9%～44.3%，花粉管長(zhǎng)度31.4～89.3 μm。在甘蔗雜交育種中，花粉直接衡量雄配子的發(fā)育情況，且花粉育性是反映親本育性最突出的指標(biāo)。在花粉育性劃分上，國(guó)內(nèi)將可育率是0劃分為全不育，低于5%為高不育，6%～30%為半不育，31%～50%為低不育，大于50%為正?？捎齕14]。以花粉育性為標(biāo)準(zhǔn)，試驗(yàn)的9份甘蔗種質(zhì)中，萌發(fā)率大于50%（正常可育）的品種為0個(gè)，低不育（31%～50%）的品種2個(gè)，占總數(shù)的22.2%，半不育（6%～30%）的品種7個(gè)，占總數(shù)的77.8%，說明部分甘蔗親本存在雜交結(jié)實(shí)率低的問題，其原因是花粉發(fā)育不良或雜交親和力低[15]。因此，花粉離體萌發(fā)技術(shù)可以被確定為甘蔗育種人員在甘蔗品種改良方案進(jìn)行雙親雜交測(cè)定所需花粉育性的一種工具。

4討論

9份甘蔗核心種質(zhì)中，以花粉成熟度與花粉管長(zhǎng)度、花粉萌發(fā)率與花粉管長(zhǎng)度、花粉管長(zhǎng)度與花粉粒大小為指標(biāo)進(jìn)行分析后表明，指標(biāo)間存在極顯著正相關(guān)，說明各指標(biāo)在品種間的差異取決于品種自身的遺傳特性，因此推測(cè)在甘蔗初花期，可利用花粉成熟度大小估測(cè)花粉活性高低，將花粉成

熟度、花粉粒大小、花粉管長(zhǎng)度、花粉萌發(fā)率指標(biāo)進(jìn)行系統(tǒng)聚類分析對(duì)比，結(jié)果存在差異。4個(gè)指標(biāo)結(jié)合聚類分析將甘蔗測(cè)試品種分為4大類，其中成熟度和萌發(fā)率反映了花粉可育性。因此推測(cè)在甘蔗雜交育種中，除抗逆性授粉親和性外，花粉成熟度和花粉活力亦是選擇作父、母本的重要因素。第Ⅰ類群3個(gè)品種（ROC26、云蔗94-343、粵糖93-159）具有較小的成熟度、較低的萌發(fā)率和較慢的花粉管生長(zhǎng)速度，故推薦為甘蔗雜交育種母本選擇的主要對(duì)象；第Ⅲ、Ⅳ類群5個(gè)品種（科五、崖城97-47、云蔗89-351、崖城25號(hào)、ROC22）具有較大的成熟度、較高的萌發(fā)率、較快的花粉管生長(zhǎng)速度，故推薦為甘蔗雜交育種父本選擇的主要對(duì)象。劉少謀等[16]，吳才文等[17]，陳如凱等[18]的研究表明，ROC26作母本，其后代糖、蔗產(chǎn)量和錘度的配合力大，綜合表現(xiàn)良好；ROC22作為父本，可用于特殊用途材料的選育，其后代蔗莖產(chǎn)量高或錘度高；吳才文等[19]的研究表明，云蔗89-351作父本利用，雜交后代糖、蔗產(chǎn)量和錘度的配合力大，綜合表現(xiàn)良好。該試驗(yàn)僅以甘蔗初花期花粉成熟度和花粉活性為研究對(duì)象，對(duì)9份甘蔗種質(zhì)親本的選擇及組合選配還有待進(jìn)一步研究。

45卷35期陳俊呂等9份甘蔗核心種質(zhì)的初花期花粉活力

參考文獻(xiàn)

[1] 彭紹光.甘蔗育種學(xué)[M].北京：農(nóng)業(yè)出版社，1985.

[2] 鄧海華，張垂明，符成，等.海南甘蔗育種場(chǎng)1999/2000～2008/2009甘蔗雜交制種回顧[J].甘蔗糖業(yè)，2009（5）：6-10，34.

[3] MOORE P H，HEINZ D J.Increased post-inductive photoperiods for delayed flowering in Saccharum sp.hybrids[J].Crop Sci，1971，11：118-121.

[4] MOORE P H，NUSS K J.Flowering and flower syuchronization[M]//HEINZ D J.Sugarcane improvement through breeding.Amsterdam：Elsevier Press，1987：273-311.

[5] 鄧紹同.現(xiàn)代甘蔗栽培[M].廣州：廣東科學(xué)技術(shù)出版社，1992.

[6] 李奇?zhèn)?，陳子云，梁?現(xiàn)代甘蔗改良技術(shù)[M].廣州：華南理工大學(xué)出版社，2000.

[7] 劉玲，王玖瑞，劉孟軍，等.棗不同品種花粉量和花粉萌發(fā)率的研究[J].植物遺傳資源學(xué)報(bào)，2006，7（3）：338-341.

[8] 任廣兵，房偉民，賈思振，等.梅花花粉量及離體萌發(fā)特性研究[J].上海農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2007，23（4）：42-46.

[9] 葉正文，杜紀(jì)紅，蘇明申，等.桃92個(gè)品種的花粉量及其萌發(fā)特性的差異[J].園藝學(xué)報(bào)，2010，37（4）：525-531.

[10] 姜雪婷，杜玉虎，張紹鈴，等.梨43個(gè)品種花粉生活力及4種測(cè)定方法的比較[J].果樹學(xué)報(bào)，2006，23（2）：178-181.

[11] 趙宏波，陳發(fā)棣，房偉民.菊屬植物花粉生活力檢測(cè)方法的比較[J].浙江林學(xué)院學(xué)報(bào)，2006，23（4）：406-409.

[12] SEDGLEY M，GRIFFIN A R.Sexual reproduction of tree crops[M].London：Academic Press，1989：529-540.

[13] 鄒鋒，譚曉風(fēng)，袁德義，等.油茶花粉數(shù)量及4℃貯藏萌發(fā)率特性研究[J].江西農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2009，31（5）：892-895.

[14] 朱英國(guó).水稻雄性不育生物學(xué)[M].武漢：武漢大學(xué)出版社，2000：143-146.

[15] 鄧海華.甘蔗遺傳育種有關(guān)問題的商榷[J].甘蔗，2002，9（1）：44-46.

[16] 劉少謀，王勤南，符成，等.甘蔗常用親本及雜交組合家系評(píng)價(jià)[J].植物遺傳資源學(xué)報(bào)，2011，12（2）：234-240.

[17] 吳才文，趙俊，趙培方，等.幾個(gè)新臺(tái)糖甘蔗品種雜交育種潛力研究[J].西南農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2010，23（5）：1413-1417.

[18] 陳如凱，林彥銓，薛其清，等.配合力分析在甘蔗育種上的應(yīng)用[J].福建農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，1995，24（1）：1-8.

[19] 吳才文，王炎炎，夏紅明，等.云南甘蔗創(chuàng)新親本的遺傳力和配合力研究[J].西南農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2009，22（5）：1274-1208.