9份甘蔗核心種質的初花期花粉活力

陳俊呂 常海龍 王勤南 張偉 邱永生 符成 胡后祥 周峰 吳其衛 劉壯 李奇偉

摘要 [目的]采用離體萌發法，測試9份甘蔗核心種質初花期的花粉成熟度及其花粉活力的特性。[方法]采集當天開放的雄性花粉，將花粉均勻撒播在液體培養基上，24 ℃暗培養2 h，研究初花期的花粉活力。[結果]9份甘蔗核心種質初花期的花粉成熟度變化范圍為58.5%～94.5%，花粉萌發率為13.9%～44.3%，花粉管生長速度為31.4～89.3 μm，花粉粒大小為860.6～1 879.1 μm2，品種間存在明顯的差異?；ǚ鄢墒於?、花粉萌發率、花粉管長度、花粉粒大小4指標間極顯著正相關。各項因子分別聚類分析，結果顯示測試品種中花粉成熟度小、花粉萌發率低、花粉管生長速度慢且花粉粒小的品種相對較多，占44.4%，這類品種在雜交育種應用上可選擇作母本。[結論]花粉離體萌發技術可以被作為甘蔗育種人員在甘蔗品種改良方案進行雙親雜交測定所需花粉育性的1種工具。

關鍵詞甘蔗；初花期；花粉成熟度；花粉活力；聚類分析

中圖分類號S566.1文獻標識碼A文章編號0517-6611（2017）35-0045-03

Abstract[Objective] To detect the maturation and viability characteristics of Saccharum germplasm （9 cultivars） pollens at flowering stage by in vitro germination method. [Method] Male pollen opened on the day was collected. Then， spread the pollen evenly in the liquid medium. They were dark cultured at 24 ℃ for 2 h to study pollen maturation in early flowering stage. [Result] There were significant variations in the pollen maturation， germination rate， length of the pollen tubes and size of the pollens among the 9 cultivars. It was observed that pollen maturation ranged from 58.5% to 94.5%， germination rate range from 13.9% to 44.3%， length of the pollen tubes ranged from 31.4 to 893 μm， and size of pollen ranged from 860.6 to 1 879.1 μm2 . There was significant positive correlation in pollen maturation， germination rate， length of the pollen tubes and size of the pollen. Further cluster analysis were carried on individually based on the above data. The population of the cultivars with low maturation， low germination rate， short pollen tube length and small size pollen accounted for 44.4% of the total tested cultivars. These cultivars had the potential to be used as female parents for crossbreeding. [Conlusion] Pollen in vitro germination techniques can be used as a method for sugarcane breeders to carry out bacon hubridization in the sugarcane variety improvement program required for pollen fertility.

Key wordsSaccharum；Flowering stage；Pollen maturation；Pollen viability；Cluster analysis

甘蔗是甘蔗屬（Saccharum）的總稱。它不僅是我國制造蔗糖的糖料作物之一，而且可用來提煉乙醇作為能源替代品[1]。海南甘蔗育種場是全國甘蔗雜交制種基地，其甘蔗雜交花穗生產和親本利用情況是我國甘蔗品種改良狀況的縮影[2]。雜交育種是甘蔗新品種選育的一種重要方法[3-6]。花粉在雜交制種中起關鍵作用，花粉成熟度和花粉活力是雜交成功的主要因素。因此，了解甘蔗花粉活力對雜交育種過程中親本選配具有重要意義。目前，國內許多研究發現花粉活力在品種間有較大差異[7-10]，然而在甘蔗上尚鮮見報道。離體萌發法測定花粉活力較穩定可靠[11]，因此，筆者測定比較了海南甘蔗育種場常用選配的9 份甘蔗核心種質初花期花粉成熟度及其花粉萌發率、花粉粒大小和花粉管長度，旨在為甘蔗雜交育種、生殖發育和生產應用提供參考。

1材料與方法

1.1材料

供試材料為種植于廣州甘蔗糖業研究所海南甘蔗育源圃中的9個1年生，且株齡、長勢一致的甘蔗栽培品種（表1）。

1.2方法

采用離體培養法測定花粉萌發率。在晴天上午08：30—09：30（若陰天等氣溫偏低的狀態時則晚一些時間）

采集當天開放的雄性花粉，裝于離心管中，將花粉均勻撒播在液體培養基400 mg/L硼酸+200 mg/L硝酸鈣+100 mg/L硝酸鉀+1 g/L硫酸鎂+1 g/L瓊脂+200 g/L蔗糖（pH 60）上，置于水浴鍋24 ℃暗培養2 h后，進行觀察和記錄，并統計數據。

1.3測定指標

用Olympus PXS-1020 體視顯微鏡計數，每個甘蔗品種取5個固定的視野，統計花粉成熟度、花粉萌發率、花粉管長度、花粉粒大小?；ǚ勖劝l以花粉管長度大于花粉粒直徑為標準。每視野花粉?？倲挡坏陀?0粒，且隨機選取20個花粉粒測定花粉管長度、花粉萌發率和花粉粒大小。試驗共3次重復。

單枝花穗花粉成熟度=已成熟的花粉粒數/花粉?？倲怠?00%；

花粉萌發率=已萌發的花粉粒數/花粉?？倲怠?00%。

1.4數據統計與分析

試驗數據用平均值±標準差表示，通過SPSS 19.0軟件進行分析。采用Duncan多重比較法進行顯著性比較；采用類平均距離法進行聚類分析；采用Excel 2007、Word 2007繪制圖表。

2結果與分析

2.19份甘蔗種質的初花期花粉成熟度的比較

由表2可知，甘蔗花粉成熟度因品種而異，測試的9份甘蔗種質變幅為58.5%～94.5%。9 份甘蔗種質均可觀測到成熟花粉粒，整體平均值為79.7%。高于品種平均值的有5個品種，占試驗總數的55.6%。以花粉成熟度為指標，采用類平均距離法進行聚類分析，當類間距離為3.58時，9個甘蔗品種明顯分為4個類群：Ⅰ類群包括ROC26、崖城25號、崖城97-47、科五、ROC22，共5個品種，占試驗總數的55.6%，花粉成熟度較大（84.5%～94.5%）；Ⅱ類群花粉成熟度小，為65.1%～69.1%，包括云蔗89-351、云蔗94-343，占總數的222%；粵糖93-159單獨聚為Ⅲ類，其花粉成熟度較?。?85%）；Ⅳ類群包括崖城12號，其花粉成熟度居中，為75.8%；4個類群間差異極顯著。

2.29份甘蔗種質初花期花粉活力的比較

2.2.1

花粉萌發率的比較。由表2可知，9份甘蔗種質的初花期花粉均具有活力，其萌發率平均值為23.0%，萌發率最低為13.9%（粵糖93-159），最高為44.3%（崖城25號），品種間萌發率差異較大。采用類平均距離法進行聚類分析表明，取類間距離為5.07，則9份甘蔗種質聚為3類：ROC26、粵糖93-159、云蔗89-351、云蔗94-343、崖城12號聚為Ⅰ類，萌發率為13.9%～19.7%，是花粉萌發率較低的品種；崖城97-47、科五、ROC22聚為Ⅱ類，萌發率為23.9%～312%，其花粉萌發率居中；崖城25單獨聚為Ⅲ類，萌發率為44.3%，是萌發率較高的品種。Ⅲ類群占總品種的11.1%，與其他2個類群間存在極顯著差異。

2.2.2花粉粒大小的比較。

由表2可知，9份甘蔗種質的初花期花粉粒大小平均值為1 319.2 μm2，花粉粒最大是崖城25號，為1 879.1 μm2，最小是粵糖93-159，為860.6 μm2 。以花粉粒大小為指標，系統聚類分析結果表明，當距離為437時，9個甘蔗品種明顯聚為4類：ROC26、云蔗94-343、粵糖93-159聚為Ⅰ類群，花粉粒為860.6～1 001.7 μm2，是花粉粒較小的品種，Ⅰ類群占試驗品種的33.3%；崖城12號單獨聚為Ⅱ類，花粉粒為1 184.3 μm2；ROC22、云蔗89-351、科五、崖城97-47共4個品種聚為Ⅲ類群，Ⅲ類群的花粉粒大小居中，平均值為1 487.9 μm2；崖城25號單獨聚為Ⅳ類，其花粉粒為1 879.1 μm2，是花粉粒較大的品種。其中，Ⅳ類占總品種的111%，與其他3個類群間存在極顯著差異。

2.2.3花粉管生長長度的比較。由表2可知，不同甘蔗品種花粉管長度有明顯差異，測試材料的花粉管長度平均生長量為54.7 μm，最小值為31.4 μm（粵糖93-159），最大值為89.3 μm（崖城25號）。試驗中測得的花粉管長度均為2 h的生長量，所以該數據可反映花粉管的生長速度。以花粉管長度為指標，系統聚類分析表明，取類間距離為2.96時，9個測試品種可分為4個類群：Ⅰ類群包括ROC26、崖城12號、科五3個品種，生長量為46.2～49.1 μm，是花粉管生長較慢的品種，與其他類群差異極顯著；Ⅱ類群包括粵糖93-159、云蔗94-343、云蔗89-351共3個品種，為生長慢的品種，平均生長長度為34.0 μm；Ⅲ類群包括崖城25號、ROC22共2個品種，長度85.1～89.3 μm，為花粉管生長較快的品種。其中，Ⅲ類群占總品種22.2%，其花粉管長度顯著高于其他3個類群；崖城97-47單獨聚為Ⅳ類，是生長快的品種，生長量為72.7 μm。

2.39份甘蔗種質的初花期花粉成熟度與花粉活力的相關性及聚類分析

采用SPSS 19.0軟件進行相關分析，結果表明花粉成熟度與花粉管長度、花粉萌發率與花粉管長度、花粉管長度與花粉粒大小相關系數分別為0.77、0.92、0.75，指標間均存在極顯著正相關。以花粉萌發率、花粉成熟度、花粉粒大小和花粉管長度為指標，采用類平均距離法進行系統聚類，取類間距離為4.58時，9份甘蔗品種劃為4類（圖1）：Ⅰ類群花粉萌發率最低，花粉成熟度最小，花粉管生長速度較慢，花粉粒最??；Ⅱ類群花粉萌發率較低，花粉成熟度較大，花粉管生長速度最慢，花粉粒較??；Ⅲ類群花粉萌發率較高，花粉成熟度中等，花粉管生長速度較快，花粉粒較大；Ⅳ類群僅有1個品種，占總品種的11.1%，其花粉萌發率最高，花粉成熟度最大，花粉管生長速度最快，花粉粒最大，極顯著高于其他3個類群；4個類群間差異顯著。

3結論

雜交育種是新品種選育的一種行之有效的方法，花粉成熟度和花粉活力是雜交育種特性研究的一項重要內容，花粉成熟度大小和花粉活力強弱直接影響雜交結實率和發芽率?；ǚ鄢墒於取⒒ǚ刍盍εc品種存在密切關系[9，12]，同種內不同品種間花粉活性存在較大差異，目前國內在棗[7]、梅花[8]、桃[9]、梨[10]、油茶[13]等植物中均有報道。該試驗的9份甘蔗種質的初花期花粉成熟度、花粉管長度、花粉粒大小、花粉萌發率在種間亦存在較大差異：甘蔗花粉離體培養2 h后，花粉成熟度58.5%～94.5%，花粉粒大小860.8 ～1 879.1 μm2，花粉萌發率13.9%～44.3%，花粉管長度31.4～89.3 μm。在甘蔗雜交育種中，花粉直接衡量雄配子的發育情況，且花粉育性是反映親本育性最突出的指標。在花粉育性劃分上，國內將可育率是0劃分為全不育，低于5%為高不育，6%～30%為半不育，31%～50%為低不育，大于50%為正?？捎齕14]。以花粉育性為標準，試驗的9份甘蔗種質中，萌發率大于50%（正常可育）的品種為0個，低不育（31%～50%）的品種2個，占總數的22.2%，半不育（6%～30%）的品種7個，占總數的77.8%，說明部分甘蔗親本存在雜交結實率低的問題，其原因是花粉發育不良或雜交親和力低[15]。因此，花粉離體萌發技術可以被確定為甘蔗育種人員在甘蔗品種改良方案進行雙親雜交測定所需花粉育性的一種工具。

4討論

9份甘蔗核心種質中，以花粉成熟度與花粉管長度、花粉萌發率與花粉管長度、花粉管長度與花粉粒大小為指標進行分析后表明，指標間存在極顯著正相關，說明各指標在品種間的差異取決于品種自身的遺傳特性，因此推測在甘蔗初花期，可利用花粉成熟度大小估測花粉活性高低，將花粉成

熟度、花粉粒大小、花粉管長度、花粉萌發率指標進行系統聚類分析對比，結果存在差異。4個指標結合聚類分析將甘蔗測試品種分為4大類，其中成熟度和萌發率反映了花粉可育性。因此推測在甘蔗雜交育種中，除抗逆性授粉親和性外，花粉成熟度和花粉活力亦是選擇作父、母本的重要因素。第Ⅰ類群3個品種（ROC26、云蔗94-343、粵糖93-159）具有較小的成熟度、較低的萌發率和較慢的花粉管生長速度，故推薦為甘蔗雜交育種母本選擇的主要對象；第Ⅲ、Ⅳ類群5個品種（科五、崖城97-47、云蔗89-351、崖城25號、ROC22）具有較大的成熟度、較高的萌發率、較快的花粉管生長速度，故推薦為甘蔗雜交育種父本選擇的主要對象。劉少謀等[16]，吳才文等[17]，陳如凱等[18]的研究表明，ROC26作母本，其后代糖、蔗產量和錘度的配合力大，綜合表現良好；ROC22作為父本，可用于特殊用途材料的選育，其后代蔗莖產量高或錘度高；吳才文等[19]的研究表明，云蔗89-351作父本利用，雜交后代糖、蔗產量和錘度的配合力大，綜合表現良好。該試驗僅以甘蔗初花期花粉成熟度和花粉活性為研究對象，對9份甘蔗種質親本的選擇及組合選配還有待進一步研究。

45卷35期陳俊呂等9份甘蔗核心種質的初花期花粉活力

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