3種野生蔥屬植物花粉活力和柱頭可授性研究

趙金花,李青豐,那仁圖雅,斯 琴

（內蒙古農業大學生態環境學院,內蒙古 呼和浩特 010019）

蔥屬Allium為百合科植物,世界約有700多種[1],廣布于歐洲、亞洲、北美洲地區,為北溫帶分布屬,以亞洲和歐洲分布居多。我國約有蔥屬植物110種,全國各地均有分布,以西北和西南地區的山地分布種數最多[2]。蔥屬植物為多年生草本,常有蔥蒜氣味,具圓柱狀至球狀鱗莖[3]；多數為優良牧草,有很高的飼用價值,對牲畜抓膘、育肥和防病、治病有重要作用。有些蔥屬植物具有保健作用,可以開胃、消食、殺蟲、入藥,其中含有大量生物活性的甾體化合物和黃酮化合物,對于防治心血管疾病和抗腫瘤有一定的療效[4-5]。

傳粉是種子植物受精的必經階段,傳粉系統由花粉、柱頭和傳粉媒介3個部分組成[6]。傳粉過程始于花藥開裂和成熟花粉的散出,攜帶著雄配子或其前體的花粉粒被暴露在干燥條件下,必須在具有活力時到達適宜的接受柱頭。因此,花粉的活力與壽命、柱頭的可授性便成為傳粉生態學所必須研究的內容[7]。近年來,花粉活力與壽命及柱頭可授性的研究已經引起了不少學者的重視,并分別對樹木、花卉和藥用植物的花粉生活力和柱頭可授性開展了大量的研究[8],對蔥屬植物雄性器官的研究主要有花粉母細胞減數分裂及小孢子發生[9-12]、雄配子體發育[11,13-15]、花藥解剖結構[5,16-17]及花粉形態[5,18]等內容。此外,葉律等[19]從韭菜花粉粒中分離出了精細胞,汪妮等[20]對韭菜花粉生活力測定方法進行了探索。但對蔥屬植物的花粉活力和柱頭可授性的研究目前尚未見報道。本研究以3種野生蔥屬植物為材料,對其花粉活力、花粉可育率及柱頭可授性進行研究,為野生蔥屬植物的繁殖提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料試驗材料為蒙古韭A.mongolicum、堿韭A.polyrhizum和細葉韭A.tenuissimum。2007年夏季將以上3種蔥屬植物從內蒙古自治區錫林郭勒盟蘇尼特左旗滿都拉圖鎮整株挖回后移栽到內蒙古農業大學牧草試驗地,為2008年測花粉活力時備用。試驗采集地為野生草原植被類型,該處屬荒漠草原,地勢平坦,土壤為沙土,植被為蒙古韭群落,其中堿韭較多,細葉韭稀少。

1.2方法

1.2.1花粉活力檢測 參照T TC（2,3,5-triphenyl tetrazolium chloride）法[21-22]測定花粉的活力和壽命。具體方法是：將散出不同時間的花粉撒在載玻片上,滴加含0.5%TTC的蔗糖溶液,迅速蓋上蓋薄片,置入內有濕濾紙的平皿中,連同平皿放置在40℃黑暗條件下。40 min后,在顯微鏡下觀察染色結果,有活力的花粉被染成紅色,沒有活力的花粉不被染色。觀察2～3個制片,每片取5個視野,花粉活力的統計為10～15個視野的平均值。

1.2.2花粉可育率測定 參照陳家瑞[23]的孢粉染色法。在每種蔥屬植物隨機選取20株,再從中任選20朵花,花藥成熟后剛開始散粉時,將各小花的花粉輕彈于鋪有硫酸紙的培養皿中,然后用毛筆輕沾20朵小花的混合花粉并彈于載玻片上,滴1～2滴孔雀綠-酸性品紅-桔紅G（Gmalachite green-aid fuchsin-orange G）染液后制片,在光學顯微鏡下取3個視野觀察并計數,做10次重復。可育花粉壁綠色,原生質紅色；敗育花粉無原生質,只有壁被染上綠色。

可育率=可育花粉數/觀測花粉總數×100%。

1.2.3柱頭可授性的檢測 用聯苯胺—過氧化氫法[8,21]測定柱頭可授性。具體方法是：在盛花期,中午標記數百個剛開的花朵,之后每天中午采開花后不同時間的花朵,將其柱頭（每種任選20個）放入含有聯苯胺-過氧化氫反應液（1%聯苯胺∶3%過氧化氫∶水=4∶11∶22,體積比）的血球計數板上。若柱頭具可授性,則柱頭周圍的反應液呈現藍色并有氣泡出現。測定持續到柱頭可授性消失為止。

2 結果與分析

2.1 花粉活力檢測結果花粉有無活力或活力的高低對雌蕊授粉成功率有直接的影響。經檢測,3種野生蔥屬植物的花粉活力有所不同（表 1）。

表1 3種蔥屬植物的花粉活力

從表1可以看出,在開花初期3種野生蔥屬植物的花粉活力均較高,在70%以上。隨著時間的推移,花粉活力均緩慢下降,至開花后4 h蒙古韭和堿韭的花粉活力下降至50%以下；而細葉韭的花粉保持較高的活力,至開花后5 h才下降至46%。但不論哪種蔥屬植物的花粉,8 h之后僅有少量花粉具有活力,因此,3種野生蔥屬植物的花粉壽命約8 h。在觀察過程中還發現,開花時間越長,則淺紅色花粉粒所占比例越大,說明花粉雖然具備活力,但隨著開花時間的延長活力變弱。

2.2 花粉可育率檢測結果3種野生蔥屬植物花粉的可育率均較高（表2）,其中堿韭最高,細葉韭的最低,蒙古韭在兩者之間。試驗還發現,可育花粉粒大,充實飽滿；不育花粉粒較小,具充實飽滿或形狀不規則2種類型。

表2 3種蔥屬植物的花粉可育率

2.3 柱頭可授性檢測結果3種野生蔥屬植物的柱頭從開花當天直至第5天均有可授性,其中開花第1天可授性最強,之后隨著開花時間的延長變弱,到第6天時柱頭變褐,過氧化物酶活性減弱至無,柱頭失去活性（表3）。

表3 3種蔥屬植物的柱頭可授性

3 討論與結論

花粉活力指雄配子體在花粉管中的生長能力,而花粉育性是指受精（成活潛力）的能力[24]。本研究的3種野生蔥屬植物的花粉活力和可育率均較高。花粉是花粉母細胞經過減數分裂產生的小孢子直接發育的產物,所以在減數分裂的過程中,染色體所有的變化和不規則的出現對花粉可育性都將產生影響[24]。欒兆水等[9]對細葉韭花粉母細胞的減數分裂研究表明：異常減數分裂行為頻率極低。但本研究中細葉韭的花粉可育率只有72.64%,其原因尚待深入研究。

在自然條件下,絕大多數植物花粉的壽命都較短。花粉壽命的長短,一方面由遺傳因素決定,另一方面也受環境的影響。小豆花粉生活力的研究表明,低溫、干燥和無氧條件減弱花粉的代謝作用,花粉能較長時間保持生活力；而高溫、高濕和有氧條件下,花粉代謝活躍,營養物質消耗,酶活性衰退,生活力容易喪失[25]。對3種野生蔥屬植物而言,生長在高溫、多風及干燥等氣候特征的荒漠草原上花粉活力下降快,8 h后花粉基本失去活力。這對蔥屬植物進行人工育種時選擇父本具有重要的參考價值。

柱頭可授期是花朵成熟過程中的一個重要時期,它能在很大程度上影響自花傳粉率、開花不同階段的傳粉成功率、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、不同基因型的花粉之間的競爭以及配子體選擇的機會等等[21]。不同植物的柱頭可授期所持續的時間從幾小時到十幾天不等[7]。對3種野生蔥屬植物而言,柱頭在開花后2 d內具有較強可授性,且可授性能持續5 d左右。

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