CPPU對山葡萄雄株花器官形態(tài)發(fā)育的影響

申海林，郭俊強(qiáng)，于坤淼，郭修武，孫赫鴻，溫景輝，郭印山，李坤，閆可，鄒利人，劉鎮(zhèn)東*

（1. 沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，沈陽 110866；2. 吉林省農(nóng)業(yè)科學(xué)院果樹研究所，吉林公主嶺 136100）

CPPU對山葡萄雄株花器官形態(tài)發(fā)育的影響

申海林1,2，郭俊強(qiáng)1，于坤淼1，郭修武1，孫赫鴻1，溫景輝2，郭印山1，李坤1，閆可2，鄒利人2，劉鎮(zhèn)東1*

（1. 沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，沈陽 110866；2. 吉林省農(nóng)業(yè)科學(xué)院果樹研究所，吉林公主嶺 136100）

為研究CPPU處理對山葡萄雄株花器官發(fā)育的影響，本試驗(yàn)以雄株75047為試材，采用100 mg/L CPPU溶液處理花序，對花器官的發(fā)育過程進(jìn)行觀測，結(jié)果表明：CPPU處理的花蕾縱徑、花蕾橫徑、雌蕊縱徑、雌蕊橫徑在初花期分別比對照提高了13.5%、18.3%、58.6%和31.4%；而處理的花藥縱徑、花藥橫徑和花絲長度在初花期分別比對照降低了0.4%、0.4%和6.5%。由上述結(jié)果可以得出，CPPU處理可以明顯促進(jìn)雄株花蕾和雌蕊的膨大，并在一定程度上抑制花絲和花藥的發(fā)育，但抑制效果不明顯。

山葡萄；雄株；CPPU；花器官；發(fā)育

山葡萄（Vitis amurensis Rupr.）是葡萄科葡萄屬落葉藤本植物，原產(chǎn)于我國東北、朝鮮半島及俄羅斯遠(yuǎn)東地區(qū)，是葡萄屬中最抗寒的種類，在-40 ℃的條件下不需防寒措施仍可安全越冬[1]，對白粉病、白腐病和霜霉病等多種真菌性病害具有較強(qiáng)抗性[2-3]，是葡萄抗寒、抗病育種的重要資源[4-9]。目前，在我國東北及內(nèi)蒙古地區(qū)生產(chǎn)栽培山葡萄約1.1萬 hm2，為農(nóng)民創(chuàng)造了可觀的收益，在農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)調(diào)整及社會主義新農(nóng)村建設(shè)中發(fā)揮了重要作用[10]。山葡萄為雌雄異株，自然條件下雄株只能提供花粉而不能產(chǎn)生果實(shí)。經(jīng)CPPU等外源細(xì)胞分裂素處理，可以誘導(dǎo)其性別轉(zhuǎn)換，從而結(jié)出果實(shí)。國內(nèi)外已有關(guān)于葡萄屬植物雄株性別轉(zhuǎn)換研究的報道，涉及到適宜的處理時間、適宜的激素種類、處理后花粉萌發(fā)率、雌配子體顯微結(jié)果觀察和差異蛋白質(zhì)組學(xué)等[11-14]，而有關(guān)CPPU處理對山葡萄性別轉(zhuǎn)換中雄株花器官形態(tài)發(fā)育的影響研究尚未見報道。

本研究以山葡萄雄株75047為試材，通過測量花蕾縱橫徑、雌蕊縱橫徑、花絲長度、花藥縱橫徑等指標(biāo)，研究CPPU處理對其花器官發(fā)育的影響，為葡萄屬植物性別轉(zhuǎn)換研究提供更多的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為山葡萄種質(zhì)資源的評價利用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗(yàn)材料為山葡萄雄株系75047，樹齡十年，保存于國家果樹種質(zhì)左家山葡萄圃，籬架栽培，常規(guī)田間管理，長勢良好。

1.2 方法

1.2.1 CPPU處理及樣品采集

參照焦竹青[14]試驗(yàn)CPPU所用濃度，2017年5月17日，本試驗(yàn)選取100 mg/L的CPPU溶液處理花序，以清水處理為對照。之后每4 d取樣一次，直到開花。當(dāng)日樣品采集時以冰盒存放保鮮，采樣結(jié)束后即進(jìn)行測量，試驗(yàn)于2017年5月至2017年6月在沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)果樹遺傳育種與生物技術(shù)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。

1.2.2 花器官形態(tài)記錄及數(shù)據(jù)分析

使用OLYMPUS SZX7體式顯微鏡系統(tǒng)觀察，并采用系統(tǒng)附帶的cellSens Entry 1.8軟件測量花蕾縱橫徑、雌蕊縱橫徑、花絲長度、花藥長寬。每個采樣時期隨機(jī)選擇花序中部10個花蕾或開放的花朵測量各指標(biāo)，取平均值。采用SPSS軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。在開花期，經(jīng)CPPU處理的花絲會有一定程度的反卷，花絲長度為花絲兩個端點(diǎn)之間的線段長度。

2 結(jié)果與分析

2.1 CPPU處理對花蕾發(fā)育的影響

5月17日使用CPPU溶液處理山葡萄雄株75047的花序，13 d后（5月30日）達(dá)初花期，對照與處理的花蕾縱橫徑均呈持續(xù)增加趨勢。與對照相比，處理花蕾縱徑增加的趨勢更明顯，增加幅度較大。處理的花蕾橫徑在各時期均高于對照，處理后13 d花蕾縱徑和橫徑分別達(dá)到1544.83 μm和1210.82 μm，而對照分別為1360.53 μm和1023.61 μm，處理的縱徑和橫徑分別比對照增加13.5%和18.3%。說明CPPU處理可以明顯促進(jìn)雄株花蕾的膨大（圖1）。

圖1 花蕾縱橫徑變化曲線

圖2 雌蕊縱橫徑變化曲線

圖3 5月30日對照與處理的花

2.2 CPPU處理對雌蕊發(fā)育的影響

由圖2可以看出，處理與對照的雌蕊體積均呈增加趨勢，與對照相比，處理的雌蕊縱橫徑增加幅度更明顯。經(jīng)CPPU處理后（圖3），雄株子房明顯膨大，且可見明顯的柱頭出現(xiàn)。各時期雌蕊的縱橫徑均高于對照。處理的雌蕊縱徑從5月26日到開花前有較大幅度的上升，5月30日開花時達(dá)到了963.38 μm，比對照高58.6%。處理的雌蕊橫徑在5月30日達(dá)到了762.07 μm，比對照高31.4%。以上結(jié)果表明，CPPU處理可以明顯地促進(jìn)雄株雌蕊的發(fā)育。

2.3 CPPU處理對花絲長度的影響

由圖4可以看出，處理與對照的花絲長度變化趨勢基本一致，前期增長較慢，后期增長迅速。5月22日以后的各時期，處理花絲長度均小于對照，但差異不明顯。到5月30日，處理與對照花絲長度分別達(dá)到1988.61 μm和2127.95 μm，處理比對照低6.5%。表明CPPU處理可以在一定程度上抑制雄株花絲的伸長，但抑制效果不明顯。

2.4 CPPU處理對花藥發(fā)育的影響

由圖5可以看出，無論處理還是對照，其花藥縱橫徑均呈先上升后下降的趨勢，均在5月26日達(dá)到最大值，5月30日下降到最小值。原因可能是在開花散粉之前，隨著花粉粒的逐漸成熟，花藥體積達(dá)到最大，而隨著花朵的開放及散粉，附著在花藥上的花粉數(shù)量迅速減少，花藥體積達(dá)到最小。另外，處理與對照之間，各時期花藥橫徑差異不明顯，花藥縱徑除5月22日對照明顯高于處理外，其余各時期差異均不明顯。在初花期5月30日，處理花藥的縱徑和橫徑均比對照低0.4%。這表明，CPPU處理對花藥大小發(fā)育的影響較小。

圖4 花絲長度變化曲線

圖5 花藥縱橫徑變化曲線

3 討論與結(jié)論

3.1 討論

山葡萄雄株經(jīng)細(xì)胞分裂素CPPU處理后，可恢復(fù)雌蕊的正常發(fā)育，具備受精功能，從而產(chǎn)生果實(shí)。本試驗(yàn)中，外觀形態(tài)觀測表明，CPPU處理明顯促進(jìn)了花蕾和雌蕊的膨大。有研究表明，經(jīng)CPPU處理的山葡萄雄株，其花粉萌發(fā)率明顯下降，認(rèn)為CPPU在促進(jìn)山葡萄雄株雌配子體發(fā)育的同時可能具有抑制雄配子體發(fā)育和萌發(fā)的作用[14]。本研究中，CPPU處理在一定程度上抑制了花絲和花藥的生長發(fā)育，但抑制效果并不明顯，原因可能是花藥和花絲是體細(xì)胞構(gòu)成的器官，受外源激素影響較弱，而花粉作為雄配子體，其活力更容易受到外源細(xì)胞分裂素的影響。

目前有關(guān)葡萄屬植物雄株性別轉(zhuǎn)換的研究，國內(nèi)外均有報道。Negi等[11]以歐亞種葡萄的雄株為試材，采用7種不同的藥劑于花前3周對其進(jìn)行性別轉(zhuǎn)換處理，結(jié)果表明：IBA、2,3,5-TIBA、2-氯乙基三甲基氯化銨、β-萘氧乙酸、IAA、NAA和GA3均無反轉(zhuǎn)效果，而采用1000 mg/L人工合成的細(xì)胞分裂素SD8339可使雄花全部轉(zhuǎn)換為兩性花。郭修武等[12]采用激動素和6-BA兩種藥劑對5個山葡萄雄株系進(jìn)行了性別轉(zhuǎn)換處理，結(jié)果表明：激動素對性別轉(zhuǎn)換無明顯作用，而6-BA的處理效果較好，且以1000 mg/L為最適處理濃度。艾軍等[13]以3份山葡萄雄株為試材，比較了6-BA與KT-30S（別名CPPU）對其性別轉(zhuǎn)換效果的差異，認(rèn)為100 mg/L的KT-30S效果穩(wěn)定可靠。焦竹青[14]以4份山葡萄雄株為試材，探討了不同處理時期及CPPU處理濃度對性別轉(zhuǎn)換效果的影響，認(rèn)為花前15 d、100 mg/L的處理?xiàng)l件下轉(zhuǎn)換效果較好。綜上所述，國外研究者僅在歐亞種葡萄上進(jìn)行過雄株性別轉(zhuǎn)換研究，其所用的藥劑、濃度及處理時期在山葡萄是否適用仍需探討。而國內(nèi)研究者著重于山葡萄的研究，先后應(yīng)用了激動素、6-BA和CPPU三種藥劑，其中激動素?zé)o反轉(zhuǎn)效果，6-BA處理時所需濃度較大，需使用較多稀鹽酸溶解，易對植株造成損傷，而CPPU作為一種高效的細(xì)胞分裂素類物質(zhì)，其處理濃度較小，少量酒精即可將其溶解，稀釋至所需濃度后酒精量微乎其微，對植株不會造成損傷，這是本研究藥劑選擇的依據(jù)。關(guān)于處理濃度的確定，本研究前期采用CPPU對雄株系75047進(jìn)行了濃度梯度處理，結(jié)果發(fā)現(xiàn)100 mg/L的處理效果最好，這是本研究藥劑濃度的確定依據(jù)。關(guān)于最佳的處理時期，由于環(huán)境條件的差異可能會使山葡萄花期在不同年份間發(fā)生輕微波動，為確保在氣候條件變化引起花期變化的情況下也能準(zhǔn)確掌握處理時期，焦竹青[14]認(rèn)為以花序的形態(tài)來確定處理時期更為可靠，即當(dāng)花序主穗長度約4 cm時進(jìn)行處理。本研究也以此為依據(jù)，在花序主穗長度約4 cm時進(jìn)行處理，得到了預(yù)想的轉(zhuǎn)換效果。

3.2 結(jié)論

本研究以山葡萄雄株系75047為試材，采用CPPU溶液處理花序，在實(shí)現(xiàn)了其性別轉(zhuǎn)換的基礎(chǔ)上，對花器官的發(fā)育過程進(jìn)行觀測，結(jié)果表明：CPPU處理可以明顯促進(jìn)雄株花蕾和雌蕊的膨大，并在一定程度上抑制花絲和花藥的發(fā)育，但抑制效果不明顯。研究結(jié)果為今后山葡萄性別轉(zhuǎn)換機(jī)理及性別決定機(jī)理等更深入的研究奠定基礎(chǔ)。

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Effects of CPPU on floral organ development in male Vitis amurensis Rupr.

SHEN Hailin1,2, GUO Junqiang1, YU Kunmiao1, GUO Xiuwu1, SUN Hehong1, WEN Jinghui2, GUO Yinshan1, LI Kun1, YAN Ke2,ZHOU Liren2, LIU Zhendong1*
(1. College of Horticulture, Shenyang Agricultural University, Shenyang 110866; 2. Research Institute of Pomology,Jilin Academy of Agricultural Sciences, Gongzhuling, Jilin 136100)

To investigate the effect of CPPU treatment on floral organ development in male Vitis amurensis Rupr.,the inflorescences of male Vitis amurensis 75047 were treated with 100 mg/L CPPU, then the floral organ developing process was observed and the longitudinal and traverse diameters of flower buds, pistils and anthers, as well as the filament length were measured. The results showed that: after being treated with CPPU, the longitudinal and traverse diameters of flower buds and pistils were increased by 13.5%、18.3%、58.6% and 31.4% respectively at initial flowering; while the longitudinal and traverse diameters of anthers as well as the filament length were decreased by 0.4%, 0.4% and 6.5%. Therefore, we indicated that CPPU treatment could obviously promote the expansion of flower buds and pistils, while depress the development of filaments and anthers, but with an unobvious effectiveness.

Vitis amurensis Rupr.; male plant; CPPU; floral organ; development

S663.1；S482.8+91

A

10.13414/j.cnki.zwpp.2017.06.006

2017-07-02

現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項(xiàng)（CARS-30-YP-06）；國家自然科學(xué)基金（31501722）；遼寧省博士啟動基金（20141060）

申海林（1977-），男，在讀博士研究生，研究方向?yàn)楣麡溥z傳育種與生物技術(shù)。

*通訊作者：劉鎮(zhèn)東（1984-），男，碩士生導(dǎo)師，主要從事果樹遺傳育種的教學(xué)與科研工作。E-mail: leolzd@hotmail.com