甘蔗花粉活力和柱頭可授性日變化研究

常海龍，張垂明，張 偉，陳俊呂，邱永生，周 峰，吳其衛(wèi)，王勤南

（1.廣州甘蔗糖業(yè)研究所廣東省甘蔗改良與生物煉制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510316；2.農(nóng)業(yè)部廣東甘蔗種質(zhì)資源與利用科學(xué)觀測(cè)實(shí)驗(yàn)站，海南 三亞 572025）

甘蔗花粉活力和柱頭可授性日變化研究

常海龍1，2，張垂明1，2，張 偉1，2，陳俊呂1，2，邱永生1，2，周 峰1，2，吳其衛(wèi)1，2，王勤南1，2

（1.廣州甘蔗糖業(yè)研究所廣東省甘蔗改良與生物煉制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510316；2.農(nóng)業(yè)部廣東甘蔗種質(zhì)資源與利用科學(xué)觀測(cè)實(shí)驗(yàn)站，海南 三亞 572025）

為探明造成甘蔗花穗雜交結(jié)實(shí)率低的原因，以多花粉ROC22、科五和自交不育系粵糖92-1287、桂糖96-211為試材，對(duì)其散粉量、花粉活力及柱頭可授性日變化進(jìn)行研究。結(jié)果表明，甘蔗開(kāi)花散粉集中在7：30～8：30，隨時(shí)間推移花粉活力逐漸降低，13：00后完全喪失活性；在0℃干燥條件下，適于花粉短期貯存；柱頭全天都具有可授性，高溫會(huì)影響柱頭可授性。甘蔗最佳授粉時(shí)間為8：00～8：30，此時(shí)花粉活性較好，柱頭可授性最強(qiáng)，花粉量充足。

甘蔗；散粉量；花粉活力；柱頭可授性

甘蔗主要采用雜交育種法，以雄性不育系或少花粉材料為母本，優(yōu)異親本為父本進(jìn)行雜交育種［1］。目前甘蔗花穗雜交采取一個(gè)母本配備3～4株父本，每天8：00、10：00兩個(gè)時(shí)間段定時(shí)授粉，連續(xù)雜交4～7 d［2］。甘蔗親本材料花粉發(fā)育情況年際間差異因品系而異，部分品系各年的花粉發(fā)育較穩(wěn)定，而有些品系則可能出現(xiàn)某些年份花粉多、活性高，某些年份雄性不育或花粉極少的情況［3-5］。海南甘蔗育種場(chǎng)每年雜交花穗組合達(dá)3 000多個(gè)，每年有近1/3出現(xiàn)雜交結(jié)實(shí)率低甚至無(wú)結(jié)實(shí)現(xiàn)象，嚴(yán)重阻礙了甘蔗雜交育種的有效開(kāi)展［6］。花粉活力和柱頭可授性是直接影響花穗雜交成功的重要因素之一，目前在草類、花卉、林木類植物［7-15］已有大量研究。趙劍穎等［16］認(rèn)為，一天中萬(wàn)壽菊的花粉活力呈先升高后降低的趨勢(shì)，在11：00～13：00花粉活力最高；趙繼榮等［17］通過(guò)人工授粉研究了不同授粉時(shí)間及授粉次數(shù)對(duì)植物結(jié)實(shí)率的影響，認(rèn)為金盞花隔天授粉3次的結(jié)實(shí)率最高。授粉是影響結(jié)實(shí)率的重要因素，但關(guān)于甘蔗花粉活力日變化和花粉采集最適宜時(shí)間及柱頭可授性等方面的報(bào)道較少。本試驗(yàn)通過(guò)TTC染色測(cè)定不同時(shí)間段采集的花粉活力，觀測(cè)花粉的日活力變化和貯存中花粉活力變化以及開(kāi)花后柱頭可授性變化，為提高甘蔗雜交育種和制種效率提供理論和技術(shù)參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

2015、2016年春季，分別以海南甘蔗育種場(chǎng)內(nèi)種植的ROC22、科五作為研究花粉活性材料；以雄性不育系粵糖92-1287、桂糖96-211作為研究柱頭可授性材料。12月上旬，傍晚將次日開(kāi)花長(zhǎng)勢(shì)一致的抽穗莖砍下，帶回溫室內(nèi)，用亞硫酸養(yǎng)莖，為防止傳粉每一株單獨(dú)放在用布隔開(kāi)的雜交單元格內(nèi)。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 單穗花粉量及花粉活力日變化觀察 花粉活力采用TTC檢測(cè)法。同天不同時(shí)間段（7：00、7：30、8：00、8：30、9：00、9：30、10：00、10：30、11：00、12：00、13：00）在溫室內(nèi)采集ROC22、科五花粉，每次只采一株花穗。先用天平稱重，用鑷子將花粉置于載玻片中央，同時(shí)滴1～2滴0.5%TTC（2，3，5-uiphenyl tetrazolium chloride）溶液置于花粉樣品，充分混勻，蓋上蓋玻片，置于濕潤(rùn)培養(yǎng)皿中，37℃水浴20 min。40倍光學(xué)顯微鏡下觀察，每品種觀察2個(gè)載玻片，每片取5個(gè)不重疊視野，每個(gè)視野花粉總數(shù)不少于100個(gè)。若花粉變紅則表明有活力，若紅色很淺或無(wú)變化則表明無(wú)活力。統(tǒng)計(jì)花粉中紅色花粉所占比例。

1.2.2 花粉保存 將采集的新鮮花粉置于小培養(yǎng)皿中，分別在室溫、室溫+硅膠（干燥條件）、4℃、4℃+硅膠、0℃、0℃+硅膠、-20℃、-20℃+硅膠等條件下貯存，每隔2 h檢測(cè)一次花粉活力，持續(xù)觀察24 h。

1.2.3 柱頭可授性測(cè)定 用聯(lián)苯胺-過(guò)氧化氫法測(cè)定柱頭可授性。7：00采集雄性不育系粵糖92-1287、桂糖96-211剛開(kāi)放的雌蕊柱頭，之后每隔1 h采集一次，18：00結(jié)束。柱頭完全浸泡在聯(lián)苯胺-過(guò)氧化氫反應(yīng)液中（1%聯(lián)苯胺∶3%過(guò)氧化氫：水=4∶11∶22，體積比），置黑暗環(huán)境25 min。若柱頭具有可授性（呈現(xiàn)出過(guò)氧化氫酶活性），則柱頭周圍的反應(yīng)液呈現(xiàn)藍(lán)色并有大量氣泡出現(xiàn)。放置在10倍體式顯微鏡下觀察柱頭染色部位，柱頭至少2/3部位呈現(xiàn)藍(lán)色并伴有大量氣泡出現(xiàn)計(jì)作柱頭具有可授性，否則認(rèn)為沒(méi)有可授性。根據(jù)氣泡量判斷柱頭可授性的相對(duì)強(qiáng)弱：（1）“+++”表示柱頭可授性強(qiáng)，柱頭至少2/3部位呈現(xiàn)藍(lán)色并伴有大量氣泡出現(xiàn)；（2）“++”表示柱頭可授性較強(qiáng)，柱頭至少2/3部位呈現(xiàn)藍(lán)色并伴有較多氣泡出現(xiàn)；（3）“+”表示柱頭具有可授性，柱頭可授性弱，柱頭呈淡藍(lán)色或不明顯，周圍僅有幾個(gè)小氣泡；（4）“+/-”表示部分柱頭具有可授性；（5）“-”表示柱頭不具有可授性。

2 結(jié)果與分析

2.1 甘蔗單穗散粉量日變化

圖1 甘蔗花穗散粉量日變化

由圖1可知，甘蔗兩品種單穗花粉量的日變化趨勢(shì)基本相似，科五花粉量稍高于ROC22。7：00～8：00兩品種花穗散粉量快速增加；8：00～10：00花粉量增加緩慢。科五單個(gè)花穗散粉量在8：30～10：00基本維持在同一水平，之后花粉量急速降低，13：00時(shí)花粉量?jī)H為0.30 g，比最高峰9：30的0.44 g減少0.14 g；ROC22花粉量最高峰出現(xiàn)在11：00、為0.42 g，之后迅速降低，13：00時(shí)花粉量為0.26 g。說(shuō)明甘蔗花穗小蠡花在7：00～8：00集中大量開(kāi)放，11：00后基本不再開(kāi)花，隨著溫室內(nèi)溫度升高，花粉含水量急速降低，單個(gè)花穗總花粉量雖未減少，但花粉質(zhì)量隨花粉含水量降低急速減少。

2.2 甘蔗花粉活力日變化

由圖2可知，在7：00～7：30采集的花粉活力最高，科五最高達(dá)到92.69%，ROC22為88.03%。隨著時(shí)間延長(zhǎng)，采集的花粉活力逐漸降低，9：00采集的花粉活力降到50%左右，10：00采集的ROC22花粉活力為32.22%，科五為33.02%，13：00采集的花粉完全失去活力，可見(jiàn)甘蔗花粉雜交適宜時(shí)間為7：00～9：00。

2.3 甘蔗花粉貯存分析

圖2 甘蔗花粉活力變化

ROC22和科五新鮮花粉在不同條件貯存2、4、6、8、10、12 h后的活力情況見(jiàn)表1。結(jié)果表明，各貯存條件貯存2 h后的花粉活力以4℃貯存最高，達(dá)到93.08%，與其他條件下花粉活力達(dá)到顯著差異，室溫、0℃、0℃+硅膠條件下花粉活力也較好，均在80%以上，室溫+硅膠、-20℃、-20℃+硅膠條件下均無(wú)活力；貯存4、6 h后，仍以4℃貯存花粉活力高，0℃次之，花粉活力都達(dá)到80%以上，4℃+硅膠條件下花粉活力降低較快，2 h內(nèi)為44.90%，4 h內(nèi)為21.24%，6 h后已經(jīng)完全失去活力；貯存8 h后，0℃貯存條件下花粉活力最高，達(dá)到74.60%，0℃+硅膠條件次之、為68.90%，4℃貯存條件下的花粉活力已下降到60.30%；貯存10、12 h后未經(jīng)硅膠干燥的花粉已出現(xiàn)結(jié)塊發(fā)粘現(xiàn)象，影響了花粉活力，反而以0℃+硅膠貯存效果最好，12 h后活力仍有58.22%，與其他條件下的花粉活力差異顯著；0℃條件下的花粉活力為44.54%，4℃下為33.72%，室溫下貯存的花粉活力極低。因此貯存6 h內(nèi)的花粉以4℃下效果最好，貯存6 h以上時(shí)，以0℃+硅膠干燥條件的花粉活力最高。

表1 不同貯存條件對(duì)甘蔗花粉活力（%）影響

2.4 甘蔗柱頭可授性

溫室中甘蔗花穗小蠡花的鱗片經(jīng)一夜吸水膨脹后，若早晨天氣晴朗、溫度適宜，便產(chǎn)生膨壓促使穎片張開(kāi)，花絲在開(kāi)花時(shí)迅速伸長(zhǎng)，花藥吐出，羽狀柱頭露出。花藥開(kāi)裂通常遲于小花開(kāi)放，開(kāi)花后鱗片水分散失，花絲萎縮穎片閉合，但柱頭及花藥仍露于穎外。本試驗(yàn)在溫室內(nèi)進(jìn)行，早晨天氣晴朗、溫度適宜時(shí)小花在6：00左右陸續(xù)開(kāi)放，花藥散粉在7：00左右開(kāi)始。通過(guò)聯(lián)苯胺-過(guò)氧化氫法測(cè)定同天不同時(shí)間段柱頭可授性可知（表2），早晨7：00甘蔗柱頭已經(jīng)具有可授性，之后逐漸增強(qiáng)；9：00～11：00桂糖96-211柱頭一直保持強(qiáng)可授性；8：00～10：00粵糖92-1287柱頭具有強(qiáng)可授性，之后可授性降低。16：00后兩品種柱頭基本又恢復(fù)其強(qiáng)可授性；可見(jiàn)，甘蔗花穗雜交最適宜時(shí)間為上午的8：00～11：00或是下午16：00以后。

表2 甘蔗柱頭可授性檢測(cè)

3 結(jié)論與討論

不同甘蔗品種（系）受其自身遺傳特性及受氣候條件影響，花穗花粉量不同，甚至差異較大。本試驗(yàn)選取兩個(gè)花粉較好的品種，其散粉所表現(xiàn)出的規(guī)律亦有細(xì)微差異。張強(qiáng)等［18］研究認(rèn)為，溫度對(duì)核桃花序散粉的影響較大，在同天不同時(shí)段散粉量表現(xiàn)出隨溫度增加而增加、隨溫度降低而降低的變化趨勢(shì)，在15：00～17：00，溫度達(dá)到全天的最高值，散粉量亦達(dá)到全天的最高值；湯日圣等［19］研究認(rèn)為，栽培水稻散粉量最大值出現(xiàn)在13：00～15：00。本試驗(yàn)中兩甘蔗品種散粉量呈現(xiàn)快速集中的趨勢(shì)，7：00～8：30散粉量已經(jīng)達(dá)到全天散粉量的95%以上，10：00～11：00后隨溫度升高花粉量明顯降低，可推測(cè)花藥開(kāi)裂后花粉裸露在空氣中隨周圍溫度升高，花粉含水量逐漸降低，導(dǎo)致整個(gè)花穗花粉量后期呈現(xiàn)降低趨勢(shì)。

植物花粉的活力與壽命受遺傳因素和環(huán)境條件的影響較大，果樹(shù)類花粉壽命可維持?jǐn)?shù)月至一年以上［20-22］，低溫干燥條件下可極大延長(zhǎng)雙核花粉的生活力，而三核花粉則以高濕度為好［23］。張玉靜等［24］研究認(rèn)為，日光溫室中萬(wàn)壽菊花粉活性最佳時(shí)間為14：00；李鶯等［25］研究認(rèn)為，七葉樹(shù)花粉活力隨溫度增加而增加，10：00～16：00溫度較高，也是七葉樹(shù)花粉活力最旺盛時(shí)期。本研究結(jié)果表明，兩甘蔗品種花粉在7：00剛開(kāi)始散粉時(shí)活性最高，隨時(shí)間推移活性逐漸降低，13：00后兩品種花粉均失去活性，說(shuō)明甘蔗花粉需要高濕環(huán)境，裸露在空氣中的花粉含水量逐漸降低導(dǎo)致花粉活性逐漸喪失，含水量降到一定程度后完全失去活性。

雙核花粉一般為通過(guò)減弱花粉代謝強(qiáng)度，降低呼吸作用，可延長(zhǎng)花粉壽命和貯存時(shí)間，低溫干燥是維持雙核花粉活力的最佳方法。但甘蔗花粉屬于三核花粉，首先要保證花粉有一定的含水量才能保證其不失活性。本試驗(yàn)結(jié)果也表明，干燥法保存的花粉在室溫下很快失去活性，但如果花粉含水量太高，花粉黏連在一起，也會(huì)導(dǎo)致花粉失去活性，只有在低溫下使花粉含水量緩慢降低，才能保證花粉具有一定活力，但花粉含水量保持在什么范圍較合適還需要進(jìn)一步探索。

柱頭可授性是有性生殖中最重要的環(huán)節(jié)之一，其可授性的強(qiáng)弱直接影響花的授粉結(jié)實(shí)［26］。不同植物柱頭的可授期長(zhǎng)短不等，花開(kāi)后天數(shù)及同天不同時(shí)間段都有一定的強(qiáng)弱區(qū)別，如多枝怪柳柱頭在開(kāi)花前就已經(jīng)具有較強(qiáng)可授性，開(kāi)花后4 h內(nèi)可授性最強(qiáng)［27］。本研究結(jié)果表明，甘蔗早晨開(kāi)花后柱頭即具有可授性，11：00前可授性最強(qiáng)，之后隨著溫度升高可授性逐漸降低，但仍有較強(qiáng)可授性，16：00后可授性又達(dá)到最強(qiáng)值。

本研究結(jié)果表明，甘蔗花粉快速脫水極易失去活力，在0℃干燥條件下，適宜甘蔗花粉短期保存；甘蔗雜交授粉適宜時(shí)間為8：00～8：30，此時(shí)花粉活力較好，柱頭可授性最強(qiáng)，花粉量也較充足。

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（責(zé)任編輯 白雪娜）

Study on diumal variation of sugarcane’s pollen vitality and stigma energy

CHANG Hai-long1，2，ZHANG Chui-ming1，2，ZHANG Wei1，2，CHEN Jun-lyu1，2，QIU Yong-sheng1，2，ZHOU Feng1，2，WU Qi-wei1，2，WANG Qin-nan1，2
（1.Guangzhou Sugarcane Industry Research Institute/Guangdong Key Lab of Sugarcane Improvement＆Biorefinery，Guangzhou 510316，China；2.Scientific Observation Test Station of Sugarcane Germplasm Resources and Utilization，Ministry of Agriculture，Sanya 572025，China）

In order to investigate the reason of low ripening rate of sugarcane flowers hybrid，Roc22，K5 and self-sterility，such as YT 92-1287，GT 96-211 were used to study the diumal variation of pollen grains，pollen vitality and stigma energy. The results showed that sugarcane flowered powder between 7：30 and 8：30，then the pollen vitality gradually reduced，completely lost activity after 13：00. The pollen was easily inactivated with rapid dehydration and drying under 0℃ was working for pollen viability in short-term. Stigma could be granted within a day and was affected by high temperature. The best time to pollinate depended largely on pollen activity，8：00-8：30 was the point of sugarcane，meanwhile the stigma could give the most and abundant pollen with high vitality.

sugarcane；pollen grains；pollen vitality；stigma energy

S566.1

A

1004-874X（2017）04-0014-05

常海龍，張垂明，張偉，等. 甘蔗花粉活力和柱頭可授性日變化研究［J］.廣東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2017，44（4）：14-18.

2017-02-28

現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項(xiàng)（CARS-20-1-6）；廣東省科技計(jì)劃項(xiàng)目（2013B020311002，2014A030305002，2014A030304027，2015A030303005，2015A030302033）；廣東省科學(xué)院科研平臺(tái)環(huán)境能力建設(shè)專項(xiàng)（2016GDASPT-0306）

常海龍（1984-），男，碩士，農(nóng)藝師，E-mail：hl2004@126.com

王勤南（1983-），男，碩士，高級(jí)農(nóng)藝師，Email：wangqinnan66@163.com