野豌豆屬5個(gè)亞種植物花粉活力和柱頭可授性研究

李舟 董瑞

摘 要 采用TTC法和聯(lián)苯胺-過(guò)氧化氫法測(cè)定了野豌豆屬5個(gè)亞種植物的花粉活力和柱頭可授性，結(jié)果表明：野豌豆屬5個(gè)亞種植物在花瓣未展開(kāi)時(shí)均具有較高的花粉活力和柱頭可授性，隨著散粉時(shí)間的延長(zhǎng)，野豌豆屬5個(gè)亞種植物的花粉活力呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢(shì);散粉初期花粉活力最低的是Vicia sativa亞種中的2號(hào)，平均為77.3%。

關(guān)鍵詞 野豌豆屬;花粉活力;柱頭可授性;雜交育種

中圖分類(lèi)號(hào)：S542+.3 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2021.28.005

野豌豆屬（Vicia）牧草為一年生或多年生豆科植物，多具有直立莖、蔓生或卷須攀援特性，在我國(guó)主要種植于長(zhǎng)江中下游、西北及華北諸省區(qū)，該屬植物可用作優(yōu)良牧草、綠肥及農(nóng)田覆蓋作物，較廣的適應(yīng)性和優(yōu)良的經(jīng)濟(jì)價(jià)值使其在我國(guó)農(nóng)牧業(yè)系統(tǒng)中發(fā)揮了重要的作用[1-2]。該屬植物在全球劃分有190余個(gè)物種[3]，Ball等將其主要?jiǎng)澐譃閂icia、Cracca、Ervum和Faba 4個(gè)亞屬[4];Maxted等則在原始的表型基礎(chǔ)上又進(jìn)一步分類(lèi)，將Vicia亞屬更為細(xì)致地劃分成9個(gè)大系列，38個(gè)種，14個(gè)亞種[5]。在我國(guó)分布的本屬植物共有43種，其中劃分了4個(gè)變種，6個(gè)變型[2]。該屬植物大多為閉花授粉，當(dāng)前雜交育種是對(duì)其進(jìn)行品種選育的主要手段。但由于該屬植物花蕾較小，在自然授粉條件下龍骨瓣會(huì)發(fā)生閉合現(xiàn)象，從而導(dǎo)致人工授粉時(shí)去雄和授粉費(fèi)時(shí)費(fèi)力[6]。在自然界，植物性繁殖過(guò)程中，兩性間的傳粉是繁殖的基礎(chǔ)，授粉的花粉粒必須在其具有較強(qiáng)活力時(shí)到達(dá)適宜的接受柱頭。因此，花粉粒的活性與柱頭的可授性是雜交育種中必不可少的研究?jī)?nèi)容[7]。目前，對(duì)野豌豆屬植物的花粉活力及柱頭可授性等方面的研究報(bào)道較少。本文研究野豌豆屬5個(gè)亞種植物花粉活力及柱頭可授性，旨在為野豌豆屬植物的有性繁殖特性，為種內(nèi)和種間人工雜交育種研究提供理論依據(jù)。

1? 材料與方法

1.1? 實(shí)驗(yàn)材料

研究材料由美國(guó)種植資源庫(kù)（NPGS）提供，對(duì)照材料為蘭箭1號(hào)、蘭箭3號(hào)，由國(guó)家農(nóng)業(yè)農(nóng)村部牧草與草坪草種子質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)中心提供（見(jiàn)表1）。所有24個(gè)種質(zhì)均于2014年4月26日種植在蘭州大學(xué)草地農(nóng)業(yè)科技學(xué)院榆中實(shí)驗(yàn)站。

1.2? 花粉活力測(cè)定

使用TTC法測(cè)定花粉的活力和壽命[8]。具體方法是：于植物盛花期清晨8—9時(shí)分別采摘花瓣未展開(kāi)和完全展開(kāi)的新鮮花朵，將其花粉分別撒于載玻片上，滴加濃度為0.5%的TTC溶液，立即覆蓋蓋玻片，將制備好的載玻片放置于底部墊有濕潤(rùn)濾紙的玻璃培養(yǎng)皿中，將培養(yǎng)皿置于37 ℃黑暗條件下孵育1 h，取出后立即置于電子顯微鏡下鏡檢觀(guān)測(cè)，統(tǒng)計(jì)載玻片中央3～5個(gè)視野中染色成功的花粉所占比例（經(jīng)TTC溶液染色后，植物花粉活力強(qiáng)的呈現(xiàn)紅色，色澤淡紅的活力次之，呈現(xiàn)無(wú)色的為無(wú)活力花粉）。每種植物材料均在田間隨機(jī)選取30朵小花進(jìn)行測(cè)定，計(jì)算其花粉活力并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

花粉活力=染色花粉數(shù)/觀(guān)察總花粉數(shù)×100%

1.3? 柱頭可授性檢測(cè)

采用聯(lián)苯胺-過(guò)氧化氫法測(cè)定花的柱頭可授性[8]。于植物盛花期清晨8—9時(shí)分別采摘花瓣未展開(kāi)和完全展開(kāi)的花朵，將其（每種隨機(jī)選取30個(gè)）柱頭剪下后放入凹面載玻片中，滴入配置好的反應(yīng)液（1%聯(lián)苯胺、3%過(guò)氧化氫、水的體積比為4∶11∶22）。若花的柱頭具備可授性，則柱頭和其附近接觸的反應(yīng)液呈藍(lán)色并伴隨有大量氣泡出現(xiàn);反之，則表明相應(yīng)的花柱頭無(wú)可授性或可授性較低。

1.4? 統(tǒng)計(jì)分析

本研究采用ANOVA（單因素方差分析）對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析，使用Microsoft Excel 16.0和SPSS 20.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

2? 結(jié)果與分析

2.1? 花粉活力檢測(cè)結(jié)果

植物花粉有無(wú)活力及花粉活力的高低會(huì)對(duì)雌蕊授粉成功率產(chǎn)生顯著的影響。經(jīng)檢測(cè)，野豌豆屬5個(gè)亞種植物的花粉活力在花瓣未展開(kāi)和完全展開(kāi)后表現(xiàn)出顯著的差異，當(dāng)花瓣未展開(kāi)時(shí)，其花粉活力表現(xiàn)為77.3%～99.5%，而當(dāng)花瓣完全展開(kāi)后，花粉活力表現(xiàn)為63.4%～89.4%。其中，4、6、11、12、15、17、20、21、23和24號(hào)種質(zhì)花粉活力在花瓣未展開(kāi)時(shí)較高，均達(dá)99%以上;最低的為2號(hào)種質(zhì)，僅為77.3%。而當(dāng)花瓣完全展開(kāi)后，所有種質(zhì)的花粉活力均呈現(xiàn)出不同程度的下降趨勢(shì)。其中，1、4、5、6、13、14、16、17、18、23和24號(hào)種質(zhì)花粉活力仍能保持在85%以上，2號(hào)和11號(hào)種質(zhì)完全展開(kāi)后花粉活力均在80%以下，分別為63.4%和79.5%（見(jiàn)表2），11號(hào)種質(zhì)花粉活力下降最快。表明野豌豆屬植物花粉活力隨著散粉時(shí)間的延長(zhǎng)呈現(xiàn)降低的趨勢(shì)，且降低幅度在不同亞種間及同一亞種的不同種質(zhì)間存在顯著差異。

2.2? 柱頭可授性檢測(cè)結(jié)果

柱頭可授性檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表3。結(jié)果顯示，5個(gè)野豌豆屬亞種植物的柱頭在花瓣未展開(kāi)時(shí)便具有柱頭可授性，且在花瓣展開(kāi)后柱頭可授性與未展開(kāi)時(shí)相比基本無(wú)變化。其中，2、3、4、6、13、14、15、16、17、18、21、23和24號(hào)種質(zhì)柱頭可授性較強(qiáng);8、10和22號(hào)種質(zhì)在花瓣未展開(kāi)時(shí)和完全展開(kāi)后均顯示僅具有可授性，表明這3份種質(zhì)材料的柱頭結(jié)合能力較其他種質(zhì)弱;全部種質(zhì)中只有2號(hào)種質(zhì)的柱頭可授性在花瓣完全展開(kāi)后呈現(xiàn)出降低的趨勢(shì)。表明野豌豆屬植物柱頭可授性的持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，且不同亞種間及同一亞種的不同種質(zhì)間存在差異。

3? 討論

花粉活力是指植物產(chǎn)生的雄配子體在其花粉管中進(jìn)行生長(zhǎng)的能力[9]。植物花粉活力的強(qiáng)弱、保持活力的持續(xù)時(shí)間及授粉柱頭的可授性均具有較大的差異，一是由于植物物種不同而產(chǎn)生的差異，二是不同的環(huán)境因素也會(huì)對(duì)這些性狀產(chǎn)生較強(qiáng)的影響[7]。如血盆草（Salvia cavaleriei Levl. var. simplicifolia Stib.），其花粉在長(zhǎng)達(dá)7 d時(shí)間內(nèi)均可存在較強(qiáng)的活力。自然條件下，百日菊（Zinnia elegans Jacq.）在天氣晴朗的上午采集的花粉活力要顯著高于下午采集的花粉[10]。而本研究中，野豌豆屬5個(gè)亞種植物的花粉活力在花瓣未展開(kāi)時(shí)與完全展開(kāi)后相比出現(xiàn)了較大幅度的降低，表明其花粉活力持續(xù)時(shí)間較短，開(kāi)花后花粉活力會(huì)隨著時(shí)間的延長(zhǎng)而降低。因此，在后期雜交選育時(shí)應(yīng)選取花瓣未展開(kāi)的花朵進(jìn)行，有利于提高授粉的成功率。同時(shí)，花粉活力檢測(cè)結(jié)果表明24個(gè)種質(zhì)花粉全部都具備了活力，但花粉染色的程度存在一定的區(qū)別，其中7、8、10、12、15號(hào)種質(zhì)的花粉染色程度較淺，其花粉育性（受精的能力）的大小還需進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)加以驗(yàn)證。

柱頭可授期是植物的花朵在成熟過(guò)程中一個(gè)十分重要的時(shí)期，其在較大程度上影響了不同植物的自花傳粉率及植物不同開(kāi)花階段的傳粉成功率等[11]。不同植物柱頭的可授期具有較大的差異，其能夠持續(xù)的時(shí)間可從幾個(gè)小時(shí)延續(xù)到十幾天不等，影響柱頭可授期的主要因素是花的年齡，一天內(nèi)的不同授粉時(shí)間及授粉柱頭分泌物的有無(wú)等，這些因素對(duì)其均有顯著影響[7]。野生芍藥（Paeonia lactiflora Pall.）的柱頭分泌黏液的時(shí)期大約是其花朵開(kāi)花后的2 h，而其柱頭的可授性可以從開(kāi)花第一天一直持續(xù)到第五天[11]。本研究中，野豌豆屬5個(gè)亞種植物的柱頭可授性在花瓣未展開(kāi)時(shí)同完全展開(kāi)后相比大多數(shù)無(wú)顯著性改變，只有2號(hào)種質(zhì)出現(xiàn)了明顯的下降，可見(jiàn)野豌豆屬植物柱頭可授性持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)。

結(jié)合花粉活力和柱頭可授性實(shí)驗(yàn)結(jié)果，表明野豌豆屬植物花粉活力較易受開(kāi)花時(shí)間和溫度等因素影響，而柱頭可授性受到影響較小。因此，后期進(jìn)行人工雜交時(shí)應(yīng)盡量在晴朗的上午，選擇花瓣未展開(kāi)的花蕾。

4? 結(jié)論

野豌豆屬植物在全球分布廣泛，且屬內(nèi)植物大多數(shù)具有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，是重要的農(nóng)業(yè)種質(zhì)資源?；ǚ刍盍椭^可授性是作物雜交育種成敗與否的關(guān)鍵指標(biāo)之一，對(duì)作物新品種選育十分重要。本研究結(jié)果表明，5個(gè)亞種的野豌豆屬植物花粉活力和柱頭可授性均較高，隨著散粉時(shí)間的延長(zhǎng)，其花粉活力逐漸降低。這對(duì)野豌豆屬植物進(jìn)行人工育種時(shí)雜交時(shí)間的選擇具有重要參考價(jià)值。

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（責(zé)任編輯：丁志祥）