赤霉素對棗花繁殖生物學(xué)特性的影響

阿布都卡尤木·阿依麥提，樊丁宇，郝 慶，曾 斌，張翔飛，余鎮(zhèn)藩，唐義蓮

(1.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)與園藝學(xué)院, 烏魯木齊 830052; 2 新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院園藝作物研究所，烏魯木齊 830091)

0 引 言

【研究意義】棗(ZiziphusjujubaMill.)，為鼠李科(Rhamnaceae)棗屬(ZizyphusMill.)，是中國特色果樹之一，也是新疆栽培面積最大的果樹樹種[1-2]。棗樹雜交種的選育基本上是以選育為基礎(chǔ)，但基礎(chǔ)薄弱[3]，主要是棗樹開花到采收中落花落果很嚴(yán)重，自然坐果率低。研究開展盛花期噴施不同濃度的赤霉素對灰棗和駿棗花粉萌發(fā)和活力的影響，對生產(chǎn)中促進(jìn)授粉受精和高效栽培具有重要意義?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】張艷青[4]研究表明，在低濃度的GA3處理(20和40 mg/L)對花粉成活率沒有顯著影響，濃度超過40 mg/L，對花粉成活有抑制作用，而且影響顯著。魏嬋嬋[5]研究表明，當(dāng)赤霉素的濃度為55 mg/L時(shí)花粉的萌發(fā)率最高。在濃度小于55 mg/L時(shí)促進(jìn)作用隨赤霉素濃度的升高逐漸增強(qiáng)，當(dāng)赤霉素濃度高于55 mg/L時(shí)，對花粉的促進(jìn)作用會(huì)逐漸減弱。李政紅等[6]研究了不同濃度的赤霉素對犁花粉萌發(fā)的影響，結(jié)果表明，較低濃度的赤霉素能促進(jìn)花粉萌發(fā)率，而超過一定濃度時(shí)卻起到抑制作用，這與盧精林等[7]研究的釀酒葡萄及金亞征等[8]研究的杏花粉萌發(fā)的研究結(jié)果一致?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】棗樹的開花量大，但是坐果率低，一般自然坐果率僅1%左右，大多數(shù)棗品種存在嚴(yán)重的胚敗育現(xiàn)象[9]。了解紅棗花粉萌發(fā)和活力的特性對赤霉素響應(yīng)至關(guān)重要。經(jīng)前期試驗(yàn)情況，低濃度的赤霉素對灰棗和駿棗的花粉萌發(fā)率和活力有一定的促進(jìn)，高濃度有顯著的抑制作用，但是不同濃度對柱頭可授性的影響并不大。研究赤霉素對零花粉萌發(fā)特性的影響?！緮M解決的關(guān)鍵問題】通過在盛花期噴施不同濃度的赤霉素，采用定位觀測結(jié)合顯微觀察的方法，研究其對花粉萌發(fā)特性的影響，為實(shí)踐生產(chǎn)中促進(jìn)授粉受精和相關(guān)研究提供參考和理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材 料

供試材料取自新疆阿克蘇地區(qū)溫宿縣新疆林業(yè)科學(xué)院佳木國家重點(diǎn)林木良種基地的紅棗園，N41°15’，E80°32’，海拔1 103.8 m。該資源圃屬于大陸性干旱荒漠氣候，晝夜溫差大；春季持續(xù)較短，多有大風(fēng)降溫天氣，年均降水量634 mm，年蒸發(fā)量為2 956.3 mm；年均氣溫為10.1℃，年均日照時(shí)數(shù)2 747.7 h，無霜期195 d。

材料為新疆主栽品種灰棗和駿棗，均為8年生。從2019年6月上旬到7月初，自田間任意采集樹冠外圍多年生枝上新開花朵的棗吊?；ㄋ幦∽?個(gè)品種的蕾黃期花蕾和萼片展平期的花朵。

1.2 方 法

1.2.1 赤霉素(GA3)處理

于2019年6月14日對灰棗和駿棗的盛花期進(jìn)行了赤霉素(GA3)噴施處理，處理濃度分別為0、10、20、30、40和50 mg/L，0(CK)處理以噴清水作對照，每處理為3棵樹作為1個(gè)重復(fù)。

1.2.2 花粉萌發(fā)率和花粉管長度的測定

分別于赤霉素處理后1、2、3、4、5、6和7 d 對灰棗和駿棗進(jìn)行花粉取樣，檢測花粉萌發(fā)率。花粉萌發(fā)率測定采用離體培養(yǎng)法[10]，在載玻片上用膠頭滴管滴2層培養(yǎng)基(培養(yǎng)基含 1% 瓊脂、0.01% 硼酸、15% 蔗糖)，任意采集各品種萼片展平期的花朵，再將新鮮花粉抖落在培養(yǎng)基上。其次，將粘有花粉的載玻片放入培養(yǎng)皿內(nèi)，以及保持培養(yǎng)環(huán)境的濕度，置于 26℃的培養(yǎng)箱內(nèi)暗培養(yǎng)，24 h 后在顯微鏡下觀察并拍照。萌發(fā)時(shí)花粉管長度超過花粉直徑的視為已萌發(fā)花粉，每組處理選擇3個(gè)視野，以紅棗花粉極軸為43.34～56.45 μm作為平均值[11]，用CAD軟件測量9個(gè)花粉管長度，每組處理重復(fù)3次。

花粉萌發(fā)率(%)=(花粉管長度大于花粉直徑的花粉數(shù)量/觀察花粉數(shù)量)×100%。

1.2.3 花粉活力的測定

花粉活力的測定主要采用I-KI(碘-碘化鉀)染色法[12]，分別于赤霉素處理后1、2、3、4、5、6和7 d 對灰棗和駿棗進(jìn)行花粉活力測定。I-KI(碘-碘化鉀)染色法：取少量花粉均勻撒于載玻片上，滴1小滴I-KI(0.1%)溶液，蓋上蓋玻片，將其置于25℃恒溫箱中10～15 min后，顯微鏡下觀察染色情況，被染成藍(lán)色的花粉視為有活力的花粉。

花粉活力=(染色花粉數(shù)量/總花粉數(shù)量)×100%。

1.2.4 柱頭可授性的測定

用MTT(聯(lián)苯胺-過氧化氫法)測定柱頭可授性[13]。不同品種赤霉素處理后取單花開6個(gè)階段的柱頭，將柱頭浸入含有聯(lián)苯胺-過氧化氫反應(yīng)液(1%聯(lián)苯胺∶3%過氧化氫∶水=4∶11∶22，體積比)的凹面載玻片中，如果柱頭具有可授性，則在柱頭周圍呈藍(lán)色(藍(lán)黑色)，出現(xiàn)大量氣泡，無變色、無氣泡生成或極少量氣泡生成即弱或沒有可授性的柱頭。

1.2.5 花粉量的測定

采用血球計(jì)數(shù)法測定[14]。分別于赤霉素處理后1、3、5、7和10 d取各品種蕾黃期的花蕾各90 枚，用尖鑷子撥取花藥，平均放入3個(gè)干燥的離心管，在避光自然散粉。待花粉散粉后，每個(gè)離心管滴入1%的六偏磷酸鈉溶液 1.5 mL 加蓋振蕩，使花粉呈懸浮態(tài)。然后吸取 0.5 μL 懸浮液滴于血球計(jì)數(shù)板上，在顯微鏡下觀察血球計(jì)數(shù)儀上 400個(gè)小方格內(nèi)的花粉數(shù)量，每個(gè)濃度和品種進(jìn)行4次重復(fù)，取4次重復(fù)的平均值，計(jì)算單個(gè)花藥花粉數(shù)量。

單花藥花粉數(shù)量=400 個(gè)小方格內(nèi)總花粉數(shù)×1 000×2/0.5/30。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用 Excel 2010 進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，AutoCAD和SPSS 19.0 軟件進(jìn)行處理和分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同濃度赤霉素對灰棗花粉萌發(fā)和花粉管生長的影響

研究表明,不同濃度赤霉素和噴施后不同時(shí)間對灰棗花粉萌發(fā)率和花粉管長度的影響存在差異，處理后1～7 d花粉萌發(fā)率和花粉管長度隨著處理濃度的升高均呈現(xiàn)出“先增強(qiáng)后減弱”的變化趨勢，表現(xiàn)出低濃度赤霉素促進(jìn)灰棗花粉萌發(fā)率和花粉管生長，高濃度則抑制。當(dāng)赤霉素濃度為20 mg/L時(shí)，處理后1～7 d花粉萌發(fā)率顯著高于對照，花粉管長度差異不顯著，處理后3 d花粉萌發(fā)率最高，達(dá)到25.94%，花粉管長度最長，為672.09 μm。圖1

注: 垂直線代表標(biāo)準(zhǔn)誤差, n≥9; 不同字母表示處理間的差異顯著(P<0.05)

Note: Vertical bars indicate SE, n≥9; Different letters indicate significant differences among treatments atP<0.05

圖1 灰棗赤霉素處理后1～7 d的花粉萌發(fā)率和花粉管長度變化

Fig.1 Determination of pollen germination rate and tube length after 1-7 days of gibberellin treatment on Huizao

2.2 不同濃度霉素對駿棗花粉萌發(fā)和花粉管生長的影響

研究表明,處理后1～7 d花粉萌發(fā)率和花粉管長度的變化趨勢同灰棗基本一致，均呈現(xiàn)出“先增強(qiáng)后減弱”的變化趨勢，當(dāng)赤霉素濃度為20 mg/L時(shí)，處理后2 d、3 d花粉萌發(fā)率顯著高于對照，花粉管長度差異不顯著，處理后2 d駿棗的花粉萌發(fā)率和花粉管長度達(dá)到最大值，分別為27.56%、758.64 μm。圖2

注: 垂直線代表標(biāo)準(zhǔn)誤差, n≥9; 不同字母表示處理間的差異顯著(P<0.05)

Note: Vertical bars indicate SE, n≥9; Different letters indicate significant differences among treatments atP<0.05

圖2 駿棗赤霉素處理后1～7 d的花粉萌發(fā)率和花粉管長度變化

Fig.2 Determination of pollen germination rate and tube length after 1-7 days of gibberellin treatment on Junzao

圖3 不同濃度赤霉素對灰棗花粉活力的影響(%)

Fig.3 Effects of different concentrations of gibberellins on pollen viability of Huizao(%)

圖4 不同濃度的赤霉素對駿棗花粉活力的影響(%)

Fig.4 Effects of different concentrations of gibberellins on pollen viability of Junzao(%)

2.3 不同濃度赤霉素對花粉活力的影響

研究表明,不同處理時(shí)間、濃度和品種之間花粉活力存在差異。2個(gè)品種的花粉活力隨著濃度的增加和處理時(shí)間的延長均呈“先增強(qiáng)后減弱”的趨勢?；覘?0 mg/L的赤霉素處理后3 d花粉活力最高，為87.09%，與對照存在顯著差異；駿棗10 mg/L赤霉素處理后2 d的花粉活力最高，達(dá)到86.84%，顯著高于對照(73.02%)。駿棗較灰棗的花粉活力對赤霉素更敏感。圖3，圖4

2.4 不同濃度赤霉素對柱頭可授性的影響

研究表明,灰棗和駿棗在不同濃度和不同開花時(shí)間段柱頭可授性的變化趨勢與花粉萌發(fā)率和花粉活力基本一致，均呈現(xiàn)出“先增強(qiáng)后減弱”的變化趨勢?；覘椇万E棗從蕾裂期到萼片展平期，在20 mg/L的濃度處理下用MTT可以檢測到其少部分柱頭的可授性由弱變強(qiáng)，2個(gè)品種在花瓣下垂期到雄蕊展平期且濃度不高于40 mg/L時(shí)，柱頭均具有強(qiáng)可授性，但是從蕾裂期到雄蕊展平期，當(dāng)處理濃度為50 mg/L時(shí)，柱頭的可授性均弱于對照組和其他處理濃度，低濃度處理對灰棗和駿棗柱頭可授性沒有明顯的影響，可是高濃度赤霉素能抑制棗花柱頭可授性。生產(chǎn)上灰棗和駿棗最佳授粉時(shí)間應(yīng)該在花瓣展平期到雄蕊展平期之間。表1

表1 不同濃度赤霉素處理下2個(gè)棗品種柱頭可授性

Table 1 Effects of different concentrations of gibberellins on the acceptability of stigma in Huizao and Junzao

開花進(jìn)程Floweringprocess駿棗Junzao(mg/L)灰棗Huizao(mg/L)CK1020304050CK1020304050蕾裂期Budbrokenstage--+/-+/----+/-+/----萼片展平期Sepalflattenedstage+++++++++++++/-花瓣展平期Petalflattenedstage+++++++++++++++++++++++花瓣下垂期Petaldroppedstage++++++++++++++++++++++++++++++++++雄蕊展平期Stamenspreadingstage++++++++++++++++++++++++++++++++++雄蕊下垂期Stamendroppedstage+++++++++++++++++++++

注: - 示柱頭不具可授性；+ 示柱頭具弱可授性；++ 示柱頭具較強(qiáng)可授性；+++ 示柱頭具強(qiáng)可授性；+/- 指少部分柱頭具弱可授性，大部分柱頭不具可授性

Note: - means no reception of stigma; + means stigmas have weak reception; ++ means stigmas have high reception; +++ means stigmas have higher reception; +/- means some have weak reception, some have not

2.5 不同濃度赤霉素對花粉量的影響

研究表明,不同濃度赤霉素處理后，駿棗的單個(gè)花藥花粉數(shù)量為1 250～5 000粒，其中，10和20 mg/L的赤霉素處理后7 d單個(gè)花藥花粉數(shù)量分別達(dá)到5 000和4 750粒，與對照差異顯著；灰棗的單個(gè)花藥花粉數(shù)量為1 500～5 000粒，20 mg/L的赤霉素處理后5 d單個(gè)花藥花粉數(shù)量為5 000粒，與對照和其他處理存在顯著差異。低濃度的赤霉素能增加單花藥花粉量，高濃度能減少單花藥花粉量。圖5，圖6

圖5 不同濃度赤霉素下灰棗花粉量變化(粒)

Fig.5 Effects of different concentrations of gibberellins on pollen viability of Huizao(granule)

圖6 不同濃度赤霉素下駿棗花粉量變化(粒)

Fig.6 Effects of different concentrations of gibberellins on pollen viability of Junzao(granule)

3 討 論

品種間以及不同濃度和不同處理對花粉萌發(fā)率也不同。過高的GA3不利于花粉萌發(fā)和花粉管生長, 低濃度的GA3對其花粉離體萌發(fā)促進(jìn)作用最顯著[15]。研究中，花粉離體培養(yǎng) 24 h 后的駿棗在20 mg/L濃度處理的第2 d達(dá)到最高的萌發(fā)率，達(dá)27.56%，而灰棗同樣濃度第3 d才能達(dá)到最高的萌發(fā)率為25.94%；駿棗的花粉管長度以10和20 mg/L濃度處理的第2 d最長，達(dá)758.64和742.54 μm；灰棗的花粉管長度以20 mg/L濃度處理的第2 d和第3 d，達(dá)652.51和672.09 μm；2個(gè)品種以50 mg/L的濃度處理從第1 d到第7 d的萌發(fā)率和花粉管長度比對照的萌發(fā)率和花粉管長度低，高濃度的赤霉素對駿棗和灰棗的花粉有一定的抑制作用，這與GA3處理對花粉有較強(qiáng)的抑制作用的結(jié)論一致[16]。

果樹花粉生活力對于田間授粉、雜交育種及探討花粉生理代謝過程等具有重要參考意義[12,17]。研究表明,不同濃度的赤霉素對花粉活力的影響也存在顯著差異；駿棗和灰棗的花粉活力整體隨濃度的增加和時(shí)間的延長呈現(xiàn)“先增強(qiáng)再減弱”的趨勢，這與前人花粉活力變化趨勢基本一致[18-19]。研究結(jié)果還表明，駿棗用10 mg/L赤霉素處理第2 d的花粉活力最高，能達(dá)到86.84%，與對照的73.02%之間有顯著差異，而灰棗20 m g/L赤霉素處理的第3 d才達(dá)最高的花粉活力，為87.09%，駿棗較灰棗的花粉活力對赤霉素更敏感，證實(shí)了駿棗和灰棗的花粉活力受外源赤霉素的調(diào)控，同時(shí)受品種遺傳特性的影響。

柱頭是花粉的天然培養(yǎng)基，對柱頭上花粉的粘附、水分和花粉管的生長提供物質(zhì)支持。柱頭的可授性越高，則柱頭接受的花粉和保持花粉萌發(fā)的能力就越高[20-23]。棗樹單花開放進(jìn)展分為6個(gè)階段，依次是蕾裂期、萼片展平期、花瓣展平期、花瓣下垂期、雄蕊展平期和雄蕊下垂期。研究表明，赤霉素能影響柱頭的可授性，表現(xiàn)為低濃度(10～30 mg/L)促進(jìn)柱頭的可授性，而高濃度(50 mg/L)產(chǎn)生抑制。駿棗和灰棗最佳授粉時(shí)間在花瓣展平期到雄蕊展平期之間，這與陸婷[24]的研究結(jié)果一致。

棗樹不同品種的花粉量存在差異[25]，與研究結(jié)果一致。同時(shí)，研究還認(rèn)為外源赤霉素的處理時(shí)間和濃度對灰棗、駿棗的花粉量有顯著影響，且不同濃度之間差異明顯。這可能是由于通過在花期噴施外源性赤霉素能提高花粉細(xì)胞的減數(shù)分裂過程。

4 結(jié) 論

不同濃度赤霉素和噴施后不同時(shí)間對棗樹花粉萌發(fā)率、花粉管長度、花粉活力和花粉量以濃度的升高(0～30 mg/L)均呈現(xiàn)出“先增強(qiáng)后減弱”的變化趨勢。駿棗在10和20 mg/L濃度處理的第2 d達(dá)到最高的活力和萌發(fā)率，均達(dá)86.84%和27.56%，而灰棗同樣濃度第3 d才能達(dá)到最高為87.09%和25.94%；駿棗的花粉管長度以10 mg/L濃度處理的第2 d最長，達(dá)758.64 μm；灰棗的花粉管長度以20 mg/L濃度處理的第3 d，達(dá)672.09 μm；柱頭的可授性和花粉量表現(xiàn)為低濃度(10 ～30 mg/L)有一定的促進(jìn)，而高濃度(50 mg/L)產(chǎn)生抑制作用。