6種杜鵑屬花粉形態(tài)及活力研究

趙進紅，趙勇，張倩，王玉山，付均惠，周光鋒

（1泰安市泰山林業(yè)科學研究院，山東泰安 271000；2泰安市林業(yè)局，山東泰安 271000）

0 引言

杜鵑屬(Rhododendron)植物是世界著名觀賞花卉，為常綠或落葉灌木，稀為喬木，耐寒耐旱，適應性強，喜酸性土壤，多生于林下、林緣、灌叢中。其冠形美觀，花色艷麗，花團錦簇，是風景區(qū)以及山地鄉(xiāng)村發(fā)展生態(tài)旅游景觀最具潛力的植物資源之一。野生杜鵑資源形成了大面積天然群落，對保持水土、調(diào)節(jié)山區(qū)生態(tài)環(huán)境發(fā)揮著重要作用。

杜鵑屬是杜鵑花科(Ericaceae)最大的一個屬，約1000余種[1]，屬于典型的北溫帶分布類型[2]。中國杜鵑屬約542 種[3]，主要分布于云南、西藏、四川、貴州、廣東、廣西、湖南、江西、福建、臺灣、浙江等地。映山紅亞屬(SubgenusTsutsusi)全球約113種，中國約82種（包括種以下等級）[4]，主要分布于廣西、廣東、海南、湖南、貴州、江西、福建、臺灣和浙江，而云南、四川種類不多，其他地區(qū)種類更少。山東自然分布野生杜鵑資源有3種，分別為映山紅R.simsii、迎紅杜鵑R.mucronulatum、白花杜鵑R.micranthum。為進一步了解其種質(zhì)特性以及與其他種的區(qū)別，筆者對映山紅、迎紅杜鵑、白花杜鵑、滿山紅(R.mariesii)、高山杜鵑(R.hybrids)、密枝杜鵑(R.fastigiatum)花粉形態(tài)進行研究。

花粉形態(tài)具有很強的遺傳保守性，其固有的輪廓、紋飾、萌發(fā)孔數(shù)目、位置等特征常用于植物分類鑒定。有關杜鵑花屬植物花粉的研究，國內(nèi)只有極少數(shù)種的報道。高連明、王玉國等[5-7]分別對主產(chǎn)于華南和云南的20 余種杜鵑屬植物的花粉形態(tài)進行了光學顯微鏡和掃描電子顯微鏡觀察，并作了比較研究。王伏雄等[8]對銀葉杜鵑(R.argyrohpyllum)和美容杜鵑(R.calophytum)的花粉形態(tài)進行了觀察。張金談等[9]報道了羊躑躅(R.molle)的花粉形態(tài)。藍盛銀等[10]對杜鵑(R.simsii)的花粉形態(tài)進行過報道。毛加寧[11]觀察了4種杜鵑花的花粉形態(tài)特征。毛子軍等[12-13]分別對產(chǎn)自國內(nèi)東北的杜鵑屬6種1變種1變型和杜鵑花科4屬植物的花粉形態(tài)進行了光學顯微鏡和掃描電子顯微鏡觀察。周蘭英等[14]利用掃描電子顯微鏡對四川26 種野生杜鵑屬植物[杜鵑亞屬(Subgen.Rhododendron)杜鵑組10 種、常綠杜鵑亞屬(Subgen.Hymenanthes)常綠杜鵑組14種、糙葉杜鵑亞屬 (Subgen.Pseudorhodorastrum)2種]進行觀察和比較研究。

雜交培育杜鵑花新品種是常規(guī)高效的方法，雜交親本的花粉活力高低直接影響著育種的成效[15]。不同植物花粉的活力與壽命以及同一種植物在不同環(huán)境條件下花粉存活能力是有差異的。花粉活力、壽命影響著植物的自花傳粉率、傳粉成功率等[16-18]。為進行雜交授粉，通常需要早期采集和貯藏花粉，以解決花期不一致和遠距離雜交的問題。國內(nèi)杜鵑花粉活力研究，主要針對睫毛杜鵑(R.ciliatum)、多鱗杜鵑(R.polylepis)、薄皮杜鵑(R.taronense)、映山紅(R.simsii)、馬銀花(R.ovatum)、比利時杜鵑(R.hybridum)[19]、炮仗花杜鵑(R.spinuliferum)、馬纓花杜鵑(R.delavayi)、碎米花杜鵑(R.spicisferum)[20]、大白花杜鵑(R.decorum)、亮葉杜鵑(R.vernicosum)、馬纓花杜鵑、黃杯杜鵑(R.wardii)[15]、寬杯杜鵑(R.sinofalconeri)[21]、常綠杜鵑品種‘XXL’(R.‘XXL’)[22]、東鵑[23]、大喇叭杜鵑(R.excellens)[24]、銹葉杜鵑(R.siderophyllum)[25]等不同種杜鵑的花粉，采用培養(yǎng)基培養(yǎng)法、I2-KI 染色法、TTC 染色法、聯(lián)苯胺染色法、MTT 染色法等方法[26-30]對花粉活性進行了探索性研究。

目前，涉及映山紅、迎紅杜鵑、白花杜鵑、滿山紅、高山杜鵑和密枝杜鵑6 種杜鵑屬植物花粉，國內(nèi)研究較少，筆者對6 種杜鵑屬植物花粉形態(tài)和活力進行觀測，分析亞屬、組、亞組和種間花粉形態(tài)的差異，旨在為杜鵑屬植物的分類學研究提供孢粉學證據(jù)。觀測花粉活力，以期為雜交授粉提供科學依據(jù)和理論基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

2018年4—5月，在日照市東港區(qū)西湖鎮(zhèn)杜鵑園采集映山紅、迎紅杜鵑、白花杜鵑、滿山紅、密枝杜鵑、高山杜鵑6 種杜鵑（表1）含苞待放的花蕾，取出花藥，陰干，保存至小玻璃瓶中，在4℃冰箱低溫儲藏，待測。

供試試劑有TTC、蒸餾水。儀器主要有冰箱、生物顯微鏡NIKON-E200、滴管、載玻片、蓋玻片、鑷子等。

表1 6種杜鵑供試材料

1.2 試驗方法

1.2.1 花粉形態(tài)觀察將花粉從冰箱中取出，用鑷子取少量花粉于載玻片上，滴入1滴蒸餾水在載玻片中央，并用鑷子攪拌使花粉散開后蓋上蓋玻片，在顯微鏡下觀察花粉的形狀、萌發(fā)孔等，用測微尺測量花粉的大小，每種花粉隨機測量50 個花粉粒的直徑，并計算平均直徑。

1.2.2 花粉生活力測定采用TTC 染色法測定花粉活力。配制0.5%的TTC染液，用鑷子取少量花粉在載玻片上，滴入1滴TTC染液，用鑷子攪拌均勻后蓋上蓋玻片，在室溫下放置15～20 min后，在顯微鏡下觀察花粉染色情況。每個玻片觀察3 個視野，分別統(tǒng)計各視野有活力的、無活力的花粉數(shù)量，計算各視野花粉生活力[式(1)]和花粉平均生活力。每隔7 天測1 次花粉生活力，觀察分析6 種杜鵑花花粉生活力的差異及生活力隨時間的變化情況。

2 結果與分析

2.1 6種杜鵑花的花粉形態(tài)

映山紅、迎紅杜鵑、白花杜鵑、滿山紅、密枝杜鵑和高山杜鵑6種杜鵑分屬映山紅亞屬、迎紅杜鵑亞屬、杜鵑亞屬3個亞屬和映山紅組、杜鵑組、輪生葉組3個組。

如圖1所示，6種杜鵑花的花粉形狀、形態(tài)一致，為四合體復合花粉，呈正四面體排列，單?；ǚ蹫榍蛐位蛘呓蛐?。四合花粉的相鄰單?；ǚ劭诇舷噙B，四合體具有三孔溝，呈裂縫狀?；ǚ郾砻婕y飾均為較模糊的網(wǎng)狀紋飾，溝間區(qū)域的紋飾主要為致密聚顆粒狀和松散聚顆粒狀?；ǚ鄣念伾实S色或米白色。

圖2為花粉粒萌發(fā)孔，萌發(fā)孔與花粉溝縫線垂直，萌發(fā)孔呈狹長的裂縫。圖3 為花粉管萌發(fā)情況，花粉管伸出萌發(fā)孔，每個萌發(fā)孔都長出花粉管。圖4 為皺縮花粉粒的形態(tài)，四面體花粉的4個面向內(nèi)凹陷，花粉粒呈干癟、皺縮狀，皺縮的花粉粒生活力降低，甚至喪失生活力，正?；ǚ叟c皺縮花粉所占的比例是評估花粉生活力的一個因素。

2.2 6種杜鵑花的花粉大小

如表2 所示，6 種杜鵑花粉四合體花粉的直徑在28.0～55.0 μm之間。各品種杜鵑花花粉大小的均值由大到小為高山杜鵑＞迎紅杜鵑＞映山紅＞白花杜鵑＞滿山紅＞密枝杜鵑。方差分析和LSD 法多重比較發(fā)現(xiàn)（表3～4），6種杜鵑花花粉大小差異顯著。高山杜鵑與迎紅杜鵑、映山紅、白花杜鵑、滿山紅、密枝杜鵑這5種杜鵑在花粉大小上差異均極顯著；迎紅杜鵑、映山紅和白花杜鵑與高山杜鵑和密枝杜鵑在花粉大小上差異顯著，與滿山紅差異不顯著；滿山紅與高山杜鵑差異顯著，與迎紅杜鵑、映山紅、白花杜鵑和密枝杜鵑這4 種杜鵑在花粉大小上差異不顯著；密枝杜鵑與高山杜鵑、迎紅杜鵑、映山紅、白花杜鵑在花粉大小上差異顯著，與滿山紅差異不顯著。杜鵑亞屬中的高山杜鵑和密枝杜鵑差異極顯著，杜鵑亞屬與映山紅亞屬、迎紅杜鵑亞屬差異顯著至極顯著，映山紅亞屬之間、映山紅亞屬與迎紅杜鵑亞屬種差異不顯著。

表2 6種杜鵑花粉直徑大小 μm

表3 6種杜鵑花粉大小方差分析表

表4 6種杜鵑花粉大小LSD法多重比較

2.3 杜鵑花花粉生活力測定

2.3.1 6種杜鵑花粉活力大小杜鵑花粉采集后第7天，進行了第一次杜鵑花粉活力測定，6 種杜鵑花粉活力為62.4%～72.9%?；ǚ凵盍τ纱蟮叫榘谆ǘ霹N＞高山杜鵑＞映山紅＞密枝杜鵑＞迎紅杜鵑＞滿山紅。方差分析和LSD法多重比較（表5）得出，6種杜鵑之間花粉生活力差異顯著，白花杜鵑與迎紅杜鵑、滿山紅花粉生活力差異顯著，與高山杜鵑、映山紅、密枝杜鵑差異不顯著；高山杜鵑與滿山紅花粉生活力差異顯著，與白花杜鵑、映山紅、密枝杜鵑、迎紅杜鵑差異不顯著；映山紅與滿山紅花粉生活力差異顯著，與白花杜鵑、高山杜鵑、密枝杜鵑、迎紅杜鵑差異不顯著；密枝杜鵑與其他幾種花粉活力差異均不顯著；迎紅杜鵑與白花杜鵑花粉生活力差異顯著，與其他幾種差異不顯著；滿山紅與白花杜鵑、高山杜鵑、映山紅花粉生活力均差異顯著，與密枝杜鵑、迎紅杜鵑差異不顯著。

表5 貯藏7天后不同品種杜鵑花粉生活力

2.3.2 杜鵑花花粉生活力隨儲藏時間的變化情況及分析由表6和圖5可得，6種杜鵑花粉隨儲藏時間延長，生活力呈不同程度下降。映山紅花粉活力7～28 天花粉活力呈直線下降。滿山紅、密枝杜鵑、高山杜鵑、迎紅杜鵑4 種花粉7～21 天生活力呈直線下降；7 天時，4種花粉平均活力為65.95%；21天時，4種花粉平均活力降到37.75%；7～14 天，6 種杜鵑花粉中，高山杜鵑花粉失活最快，貯藏14 天的活力比7 天的下降了65.25%，滿山紅、密枝杜鵑、迎紅杜鵑和映山紅4種花粉活力降幅相差不大，為19.36%～23.32%，白花杜鵑花粉活力喪失較少，僅為1.67%；14～21天，白花杜鵑花粉活力喪失較快，貯藏21天的活力比14天的下降了58.63%，高山杜鵑降幅也較大47.39%，其次是密枝杜鵑、滿山紅、迎紅杜鵑，在這一時期，映山紅活力降幅較小，為16.67%；21～28天，白花杜鵑和高山杜鵑花粉活力略有升高，滿山紅、密枝杜鵑和迎紅杜鵑花粉活力下降緩慢，映山紅花粉活力降幅較大，貯藏28 天的活力比21天的降低了61.13%。

表6 4℃低溫儲藏不同時間后6種杜鵑花粉生活力 %

白花杜鵑花粉生活力下降最為緩慢，第7 天花粉生活力較高，為72.9%，第28 天花粉生活力51.1%，活力下降較緩慢；其次是映山紅，其第7天花粉生活力為69.8%，第28天花粉生活力為30.1%；高山杜鵑下降趨勢最快，其第7天測量時花粉生活力為69.9%，到第21天花粉生活力就降為28.7%。6 種杜鵑花粉生活力下降速度由慢到快為白花杜鵑＜映山紅＜迎紅杜鵑＜滿山紅＜密枝杜鵑＜高山杜鵑。

由表7～9 可得，各種杜鵑間的花粉生活力隨儲藏時間變化情況差異極為顯著。7～21 天各種杜鵑花花粉生活力的均值由大到小為白花杜鵑＞映山紅＞迎紅杜鵑＞滿山紅＞密枝杜鵑＞高山杜鵑。不同種類間花粉生活力差異顯著，白花杜鵑與其他5種差異均顯著，高山杜鵑與其他5 種差異均顯著，映山紅、迎紅杜鵑、滿山紅、密枝杜鵑4種與白花杜鵑、高山杜鵑花粉生活力差異極顯著，映山紅、迎紅杜鵑、滿山紅、密枝杜鵑4種之間差異不顯著。

表7 6種杜鵑不同貯藏期花粉活力方差分析

表8 不同種間花粉生活力LSD多重比較

表9 不同儲藏時間花粉活力LSD多重比較

花粉不同儲藏期處理間生活力差異極顯著，7 天與14 天、21 天、28 天的杜鵑花粉生活力差異極顯著。14天與21天、28天的花粉生活力差異極顯著，21天與28天花粉生活力差異不顯著，說明7～21天花粉失活較快，21～28天花粉失活慢，生活力變化差異不大。

3 結論

映山紅、迎紅杜鵑、滿山紅、密枝杜鵑、高山杜鵑和白花杜鵑6 種杜鵑花粉在形態(tài)上差異不大，均為四合體復合花粉，呈球形四面體結構，具有三孔溝，每個溝具有裂縫狀的孔為萌發(fā)孔，花粉管從萌發(fā)孔發(fā)出。6種杜鵑花粉四合體的直徑28.0～55.0 μm，映山紅亞屬內(nèi)不同種花粉大小相近，比迎紅杜鵑亞屬的花粉略小，差異不顯著；杜鵑亞屬內(nèi)花粉大小差異極顯著，與映山紅亞屬、迎紅杜鵑亞屬差異顯著至極顯著。

6 種杜鵑花粉儲藏7 天時，生活力為62.4%～72.9%，4℃儲存28 天后花粉生活力30.1%～51.1%。不同保存階段，花粉活力變化不同，7～21 天花粉活力變化大，失活速率快；21～28 天花粉失活變慢，生活力變化差異不大。不同種類杜鵑花粉活力及隨保存時間變化差異顯著。映山紅亞屬的白花杜鵑花粉活力高，失活速度慢；杜鵑亞屬高山杜鵑和密枝杜鵑散粉7 天內(nèi)花粉保持較高活力，在4℃儲存下后期失活較快。儲藏7～21天，映山紅組花粉較輪生葉組、杜鵑組活力高，失活速率慢。

所測6 種杜鵑花粉4℃低溫下保存28 天仍保持一定活力，不同種類花粉活力差異顯著，隨貯藏時間延長，花粉活力均不同程度下降，不同種類花粉的貯藏力不同。基于杜鵑花粉活力變化特性，做雜交授粉之前，應檢測花粉活力，提高雜交育種成功率。

4 討論

花粉活力除受自身遺傳因素、儲藏時間影響外，還受貯藏溫度、濕度等貯藏環(huán)境因素影響。李國樹等[20]通過對朝暉杜鵑、馬纓花杜鵑、炮仗花杜鵑、碎米花杜鵑、紅暈杜鵑5種杜鵑花粉活力研究表明，低溫有利于杜鵑花粉的貯藏，可延長其生活力，有利于杜鵑種質(zhì)資源的保存和育種。韓聰?shù)萚21]研究表明，寬杯杜鵑的花粉在室溫保存1個月后花粉便失去活力。陸琳等[15]研究結果表明，低溫冷凍是高山杜鵑花粉的最佳貯藏條件，超低溫(-80℃)冷藏能夠?qū)崿F(xiàn)杜鵑花粉的長期貯藏。如何保持花粉活力，延長花粉壽命，營造花粉活力長時間保持的貯藏環(huán)境，找出最佳的貯藏方法，為下一步研究目標。