6種杜鵑屬花粉形態及活力研究

趙進紅，趙勇，張倩，王玉山，付均惠，周光鋒

（1泰安市泰山林業科學研究院，山東泰安 271000；2泰安市林業局，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，是風景區以及山地鄉村發展生態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、調節山區生態環境發揮著重要作用。

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特性以及與其他種的區別，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)花粉形態進行研究。

花粉形態具有很強的遺傳保守性，其固有的輪廓、紋飾、萌發孔數目、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，國內只有極少數種的報道。高連明、王玉國等[5-7]分別對主產于華南和云南的20 余種杜鵑屬植物的花粉形態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)的花粉形態進行了觀察。張金談等[9]報道了羊躑躅(R.molle)的花粉形態。藍盛銀等[10]對杜鵑(R.simsii)的花粉形態進行過報道。毛加寧[11]觀察了4種杜鵑花的花粉形態特征。毛子軍等[12-13]分別對產自國內東北的杜鵑屬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，采用培養基培養法、I2-KI 染色法、TTC 染色法、聯苯胺染色法、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，國內研究較少，筆者對6 種杜鵑屬植物花粉形態和活力進行觀測，分析亞屬、組、亞組和種間花粉形態的差異，旨在為杜鵑屬植物的分類學研究提供孢粉學證據。觀測花粉活力，以期為雜交授粉提供科學依據和理論基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

2018年4—5月，在日照市東港區西湖鎮杜鵑園采集映山紅、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，分別統計各視野有活力的、無活力的花粉數量，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

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、形態一致，為四合體復合花粉，呈正四面體排列，單粒花粉為球形或者近球形。四合花粉的相鄰單粒花粉孔溝相連，四合體具有三孔溝，呈裂縫狀。花粉表面紋飾均為較模糊的網狀紋飾，溝間區域的紋飾主要為致密聚顆粒狀和松散聚顆粒狀。花粉的顏色呈淡黃色或米白色。

圖2為花粉粒萌發孔，萌發孔與花粉溝縫線垂直，萌發孔呈狹長的裂縫。圖3 為花粉管萌發情況，花粉管伸出萌發孔，每個萌發孔都長出花粉管。圖4 為皺縮花粉粒的形態，四面體花粉的4個面向內凹陷，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，正常花粉與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 法多重比較發現（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%。花粉生活力由大到小為白花杜鵑＞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孔，花粉管從萌發孔發出。6種杜鵑花粉四合體的直徑28.0～55.0 μm，映山紅亞屬內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，有利于杜鵑種質資源的保存和育種。韓聰等[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℃)冷藏能夠實現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境，找出最佳的貯藏方法，為下一步研究目標。