糖果鳶尾花粉活力和柱頭可授性研究

阮麗麗，高亦珂，劉 瑋，楊占輝，史言妍，張啟翔(北京林業(yè)大學 園林學院/花卉種質(zhì)創(chuàng)新與分子育種北京市重點實驗室/國家花卉工程技術(shù)研究中心/城鄉(xiāng)生態(tài)環(huán)境北京實驗室，北京 100083)

糖果鳶尾花粉活力和柱頭可授性研究

阮麗麗，高亦珂，劉 瑋，楊占輝，史言妍，張啟翔
(北京林業(yè)大學 園林學院/花卉種質(zhì)創(chuàng)新與分子育種北京市重點實驗室/國家花卉工程技術(shù)研究中心/城鄉(xiāng)生態(tài)環(huán)境北京實驗室，北京 100083)

觀測糖果鳶尾及其親本射干(Irisdomestica)和野鳶尾(I.dichotoma)開花散粉時期花粉生活力和柱頭可授性的變化規(guī)律，為提高人工授粉效率并為糖果鳶尾雜交育種提供依據(jù)。采用懸滴法測定花粉活力，用聯(lián)苯胺-過氧化氫測定柱頭可授性，結(jié)合田間花部性狀隨著時間變化的實際觀測進行研究。剛散粉時，糖果鳶尾的花粉活力最大，隨后逐漸下降。在花朵初放時柱頭的可授性最弱，之后呈現(xiàn)先上升再下降的趨勢。柱頭萎蔫后，可授性低或喪失?；ǚ刍盍εc柱頭可授性強期沒有重疊，且花粉比柱頭先成熟，是糖果鳶尾避免自花傳粉的適應(yīng)機制；散粉1～2 h內(nèi)收集花粉，并在柱頭可授性最強時進行授粉，可以提高雜交成功率。

糖果鳶尾；花粉生活力；柱頭可授性

糖果鳶尾(Pardancandanorrisii)是以野鳶尾(Irisdichotoma)和射干(Irisdomestica)為親本，經(jīng)不斷雜交、回交等方式獲得的后代群體的統(tǒng)稱[1]。因其花被會在花朵閉合次日翻卷，連著子房就像糖果，故名Candy lily，中文譯為糖果鳶尾。糖果鳶尾的親本野鳶尾和射干均原產(chǎn)中國，具有耐旱、耐寒、耐瘠薄等優(yōu)良抗逆性，是十分優(yōu)良的育種材料[2]。但花色單一，限制了它們在園林中的應(yīng)用。糖果鳶尾花色變異豐富,具有從白色到深紫色、黃色、橙色的花色，并且花量大于射干和野鳶尾，是新型商業(yè)品種，受到全世界育種家的矚目。糖果鳶尾中如復(fù)色、重瓣、無斑點等特異新類型的獲得，主要通過自交和回交的手段選育獲得，因此研究糖果鳶尾及親本花粉生活力和柱頭可授性在開花后不同時間內(nèi)的變化，將為提高糖果鳶尾的人工授粉效率和雜交育種提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材 料

2008年，野鳶尾采自北京鷲峰國家森林公園，射干購自東升鄉(xiāng)種苗圃，栽培于昌平區(qū)國家花卉工程技術(shù)研究中心苗圃(N40°09′，E116°26′)。野鳶尾花白色或藍紫色，外花被上部反折，花具棕褐色斑紋，花期為7-8月。射干花橙紅色具紫褐色散生斑點，內(nèi)外花被均無反折，花期7-8月。

2009年8月，將1株射干的花粉授于1株野鳶尾，得到1株F1植株，開紫色花，明顯區(qū)別于親本。2011年，將此株F1植株自花授粉188朵，獲得120個雜交蒴果及大量F2代種子。2012-2015年，將野鳶尾、射干以及F1不斷雜交，共獲得201株F1(野鳶尾為母本，射干為父本)、91株F2、80株F1×S (F1作母本與射干回交)和66株Y×F1(野鳶尾作母本與F1雜交)。

1.2 花粉和柱頭形態(tài)觀察

2014年和2015年6月下旬-9月上旬，試驗群體包括14株野鳶尾、6株射干、154株F1、91株F2、70株F1×S和66株Y×F1。在開花期，每隔0.5 h用相機拍攝群體的每株植株朵花花粉、柱頭的形態(tài)變化并記錄每朵花的開閉時間。

1.3 花粉活力測定

采用懸滴法測定花粉活力。預(yù)試驗中，花粉培養(yǎng)液配方見表1。

表1 不同的花粉培養(yǎng)液質(zhì)量配方Table 1 Different formula of pollen culture medium

根據(jù)預(yù)試驗結(jié)果得出最適宜的花粉培養(yǎng)液配方為150 g·L-1蔗糖+20 mg·L-1硼酸+20 mg·L-1氯化鈣+100 g·L-1PEG6000。配好后進行高壓滅菌，用離心管分裝，存于4 ℃條件下待用。

花朵開放之前，選取發(fā)育程度相近的花蕾套袋隔離。并且在花朵開放后每隔1 h采集花粉，直到花朵閉合停止。將花粉離體于室溫下培養(yǎng)24 h后在顯微鏡下檢測并照相[3]。每樣品重復(fù)3次，每重復(fù)觀察3個視野。

1.4 柱頭可授性測定

采用聯(lián)苯胺-過氧化氫測定柱頭可授性，參照李小遠等[4]的方法進行，具體步驟為在花朵開放前選取發(fā)育程度相近的花蕾進行標記，并且在花朵開放后每隔1 h采集柱頭，直到花朵閉合停止。將采集后的柱頭置于凹槽載玻片上，滴入聯(lián)苯胺-過氧化氫反應(yīng)液，在顯微鏡下觀察并照相。若反應(yīng)液變藍并有大量氣泡產(chǎn)生，則柱頭有較強可授性，若只有少量氣泡產(chǎn)生，則柱頭的可授性較低，若無氣泡產(chǎn)生，則沒有可授性。

2 結(jié)果與分析

2.1 柱頭和花粉的形態(tài)變化

野鳶尾16:00開放，22:00閉合，單花花期長達6 h(表2)。花粉在開花0.5 h內(nèi)開始大量散出，在自然狀態(tài)下，直到花朵閉合，仍然有大量花粉保留在花藥上；柱頭在開花6 h后開始萎蔫變軟、反卷。射干7:00開放，19:00閉合，單花花期為12 h(表2)?；ǚ墼陂_花0.5 h內(nèi)開始散出，并在1 h內(nèi)大量散出，附在花藥表面；2 h后，花粉散光，花藥上沒有花粉；柱頭在開花10 h后開始萎蔫變軟。

表2 糖果鳶尾及親本單花花期Table 2 The single flowering period of Pardancanda norrisii, I.domestica and I.dichotoma

注：Y.野鳶尾；S.射干；F1.野鳶尾為母本，射干為父本；F2.F1自交；F1×S.F1作母本與射干回交；Y×F1.野鳶尾作母本與F1雜交。下表同。

Note:Y.I.dichotoma；S.I.domestica；F1.F1generation ofI.dichotomaas female parent andI.domesticaas male parent；F2.F2generation derived from F1selfing；F1×S.Backcross of F1as female parent withI.domesticaas male parent；Y×F1.Backcross of F1as male parent withI.dichotomaas female.The following table is the same.

F1植株10:00開花，21:00閉合，花期為11 h(表2)?；ǚ墼陂_花0.5 h內(nèi)開始大量散出，6 h后花粉散完；柱頭在9 h后開始萎蔫變軟、反卷。F2植株7:30-14:00開花，18:00-23:00閉合，花期為7.0～12.5 h(表2)。開花1～2 h內(nèi)花粉大量散出，6～9 h花粉散完，8～10 h后柱頭開始萎蔫。Y×F1植株10:00開放，18:00閉合，開花時長為8 h(表2)。開花0.5 h內(nèi)花粉大量散出，并且直到花朵閉合，大量花粉仍然保留在花藥表面，與野鳶尾相似。F1×S植株8:30-15:00開放，19:30-23:00閉合，單花花期長達6.0～13.0 h(表2)?；ǚ墼?.5～1 h內(nèi)開始大量散出，4～6 h散完；柱頭在8～10 h后開始萎蔫變軟。

糖果鳶尾與親本的花粉在0.5～1 h內(nèi)都會大量散出，柱頭開始萎蔫時間與花朵閉合時間基本重疊，存在2 h內(nèi)的波動。

2.2 花粉活力變化

由表3可知，親本野鳶尾和射干的花粉萌發(fā)率都很高，最大值均高于85%。糖果鳶尾群體中花粉萌發(fā)率存在較大的差異，F(xiàn)2的最大值為78.85%(圖1)，F(xiàn)1×S的最大值為32.50%，F(xiàn)1的最大值為29.37%，Y×F1的最大值為10.79%。因此，糖果鳶尾中花粉生活力由大到小的排序為F2>F1×S>F1>Y×F1。

野鳶尾的花粉萌發(fā)率在開花1～3 h內(nèi)比較高，均高于50%；4 h后下降為25.14%；6 h后降為10.74%。且花朵在6 h后閉合，因此沒有再測量花粉萌發(fā)率。射干的花粉萌發(fā)率在1～5 h內(nèi)一直很高，最小值為58.74%，之后再逐漸降低。

F1的花粉萌發(fā)率在1 h時最高，為29.37%，之后逐漸下降，6 h后花粉失去生活力，并且觀察視野中存在很多干扁、不規(guī)則的花粉。F2的花粉萌發(fā)率在1～3 h內(nèi)都很高，均大于50%，9 h后花粉失去活性。F1×S的花粉生活力在1～3 h內(nèi)較高，之后一直在1%左右，生活力低。Y×F1的花粉萌發(fā)率一直很低，最大值為10.79%，10 h后花粉失去活性。因此，糖果鳶尾的花粉生活力在開花1～3 h內(nèi)較高，之后逐漸降低。

表3 糖果鳶尾及親本的花粉活力Table 3 Pollen viability of Pardancanda norrisii, I.domestica and I.dichotoma %

注：“-” 表示未測量。

Note：“-” means no measurement.

A1.3 h，箭頭表示花粉管 The arrow means pollen tube; A2.6 h; A3.9 h

B1.0 h; B2.2 h,箭頭表示氣泡 Arrow means bubbles; B3.4 h; B4.8 h

2.3 柱頭可授性

由表4可知，野鳶尾的柱頭可授性在開花5～6 h 內(nèi)最強，射干在開花6～8 h內(nèi)最強。F1在開花6～8 h內(nèi)最強，F(xiàn)2在開花4～6 h內(nèi)最強，F(xiàn)1×S在開花6～7 h內(nèi)最強，Y×F1在開花1～3 h 內(nèi)最強(圖2)。糖果鳶尾及其親本的柱頭可授性均是開花之初最弱，之后先上升再下降。

3 討 論

花粉萌發(fā)受很多因素影響，種間、品種間甚至同一品種不同取粉時間，其花粉萌發(fā)率也有所不同[5]。本研究中，射干花粉生活力總體上高于野鳶尾，且兩親本的花粉萌發(fā)率均高于糖果鳶尾群體。相似的結(jié)果在4種杜鵑花品種(‘大鴛鴦錦’‘胭脂蜜’‘琉球紅’‘小青蓮’)和4種鳶尾屬植物(馬藺、長白鳶尾、紫花鳶尾和溪蓀鳶尾)中也曾出現(xiàn)[6-7]。另外，親本和糖果鳶尾群體的花粉萌發(fā)率都會隨著時間的延續(xù)而逐漸下降，這與長白鳶尾、中亞鳶尾、馬藺等植物中觀察的結(jié)果相同[8-10]?？梢?，種、品種或同一品種的取粉時間不同，花粉萌發(fā)率也會不同。因此，要想在育種中提高雜交結(jié)實率，選擇合適群體的花粉以及合適的取粉時間都是非常重要的。

表4 糖果鳶尾及其親本的柱頭可授性Table 4 Stigma receptivity of Pardancanda norrisii, I.domestica and I.dichotoma

注：+表示柱頭具有可授性；++表示柱頭具較強可授性；+++/++++表示柱頭具有最強可授性；-表示柱頭不具有可授性。

Note:+. Stigmas have receptivity; ++. Stigmas have higher receptivity; +++/++++.Stigmas have the highest receptivity； -.No stigma has receptivity.

柱頭可授性是花朵成熟過程中的一個重要時期，其在很大程度上影響自花傳粉率、開花后不同階段的傳粉率、各種傳粉者的相對重要性、雄性和雌性功能之間的相互干擾、不同基因型花粉之間的競爭以及配子體選擇的機會等。植物的柱頭可授性受單花期的長短、開花后的時間、1 d內(nèi)不同時辰以及柱頭分泌物的有無等影響[11]。冷蒿的柱頭在開花后第2～3天的活力最高，并能保持6 d左右[12]。木地膚的柱頭在第8～12天時可授性最強[13]。大花惠蘭在20～40 d內(nèi)的可授性最強，45 d后其柱頭可授性逐漸降低[14]。本研究中，野鳶尾、射干以及糖果鳶尾由于單花花期不同，柱頭開始具有最強可授性的時間和長度也不相同，但各個群體保持最強柱頭可授性的時間相差不大，都在1～2 h內(nèi)。

另外，柱頭的可授性與其形態(tài)特征之間也有密切的對應(yīng)關(guān)系[15]。多枝檉柳的柱頭在呈現(xiàn)白色并有明顯水漬狀時，具有可授性；在出現(xiàn)萎蔫狀態(tài)且柱頭頂部變?yōu)闇\黃色時，可授性減弱；當柱頭萎縮變干且頂部變?yōu)辄S色時，不具有可授性[16]。刺五加雌花和兩性花的柱頭只有在花柱明顯伸長、柱頭外翻、乳突細胞呈貓耳朵狀后才具可授性[17]。本研究中，當野鳶尾、射干以及糖果鳶尾的柱頭萎蔫變軟的時候，柱頭的可授性減弱或者喪失。

植物雜交育種主要依賴于花粉和柱頭的相互協(xié)作、共同完成受精作用，因此授粉前親本花粉育性和雌蕊發(fā)育狀況對結(jié)實率有一定的影響，高活力的花粉和大量發(fā)育正常的雌蕊是保證較高結(jié)實率的重要前提條件。楊占輝等[18]和阮麗麗等[19]發(fā)現(xiàn)糖果鳶尾可以通過進一步自交和回交獲得變異豐富的植株。畢曉穎等[20]研究表明，野鳶尾和射干間不存在雜交不親和性，并且兩者能夠雜交獲得真雜種；在本研究中，F(xiàn)1的花粉活力高時比其柱頭可授性最強時早1～2 h，F(xiàn)2是早1～3 h，射干的花粉活力很強，是很好的父本材料，但收集不及時，花粉會被風吹散。因此，要想獲得變異豐富的糖果鳶尾群體，可在花后1～2 h內(nèi)收集作為父本植株上的花粉，F(xiàn)1的植株可在花后6～8 h內(nèi)進行授粉，F(xiàn)2植株于4～6 h內(nèi)進行授粉。此外，糖果鳶尾植株的花粉具有高活力的時間和柱頭可授性強期沒有重疊，且花粉比柱頭先成熟，符合避免自花傳粉的適應(yīng)機制。

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StudiesonPollenViabilityandStigmaReceptivityofPardancandanorrisii

RUAN Lili, GAO Yike, LIU Wei, YANG Zhanhui, SHI Yanyan and ZHANG Qixiang
(Beijing Key Laboratory of Ornamental Plants Germplasm Innovation & Molecular Breeding/National Engineering Research Center for Floriculture/Beijing Laboratory of Urban and Rural Ecological Environment, College of Landscape Architecture, Beijing Forestry University, Beijing 100083, China)

In order to improve artificial-pollination possibility in hybridization ofPardancandanorrisii, the morphological changes of stigma and pollen were observed and the stigma receptivity and pollen viability were tested.The benzidine-H2O2testing stigma receptivity, pollen germination test in vitro and morphological observation of stigma and pollen were adopted in the study. The pollen ofP.norrisiihas the highest viability at the beginning, then its viability declines gradually.The stigma has the lowest receptivity at the beginning, then increasing and declining again.The wilted stigma has low or null receptivity.Pollen matures earlier than stigma, and there was no overlap between the highest period of pollen viability and stigma receptivity, which is the mechanism ofP.norrisiito avoid self-pollination.Collecting pollen in 1-2 h at the beginning and pollinating at the highest period of stigma receptivity, can improve the possibility of hybridization.

Pardancandanorrisii; Pollen viability; Stigma receptivity

2016-07-12

2016-09-10

Graduate Training and Development Program of Beijing Municipal Commission of Education(No.BLCXY201627);the State Forestry Administration of the People’s Republic of China(No.2013-04-46).

RUAN Lili, female,master student.Research area:innovation and breeding of flower germplasm resources.E-mail:lilyruan2014@bjfu.edu.cn

S682.1+9

A

1004-1389(2017)09-1379-06

(責任編輯：潘學燕Responsibleeditor:PANXueyan)

日期：2017-09-12

網(wǎng)絡(luò)出版地址：http://kns.cnki.net/kcms/detail/61.1220.S.20170912.1740.032.html

2016-07-12

2016-09-10

北京市教育委員會科學研究與研究生培養(yǎng)共建項目(BLCXY201627)；國家林業(yè)局948引進項目(2013-04-46)。

阮麗麗，女，在讀碩士研究生，研究方向為花卉種質(zhì)創(chuàng)新與育種。E-mail:lilyruan2014@bjfu.edu.cn

高亦珂，女，教授，主要從事花卉育種與花卉混播等研究工作。E-mail:gaoyk@bjfu.edu.cn

CorrespondingauthorGAO Yike, female, professor.Research area:flower breeding and mixed planting of flowers and plants.E-mail:gaoyk@bjfu.edu.cn