培养基组分与培养条件对乌桕花粉萌发的影响

摘    要：以乌桕花粉为试材，采用花粉离体培养法，研究不同培养基组分及温度对乌桕花粉萌发的影响。研究结果表明，乌桕花粉离体培养的合适温度在20～30 ℃，25 ℃下萌发率为18.05%;蔗糖、硼和钙能促进乌桕花粉萌发，单因素的最适浓度分别为10 g/L、100 mg/L和 60 mg/L，花粉萌发率分别为57.32%、25.45%和31.74%。

关键词：乌桕花粉;萌发率;浓度梯度

文章编号：1005-2690（2022）07-0022-03       中国图书分类号：S685.99       文献标志码：B

乌桕（学名：Sapium sebiferum （L.） Roxb.）也称腊子树、桕子树、木子树，是大戟科、乌桕属落叶乔木，是我国特有的木本油料植物，已有1 400多年的栽培历史。乌桕种子可榨油，出油率高达41%，高于一般木本油料树种[1]，为工业用木本油料树种之一，有很大的开发潜力。

花器官的发育、授粉和授精在植物繁殖中十分重要。花粉在适宜的条件下萌发出花粉管。花粉管是否正常生长直接关系到植物受精作用能否顺利进行，进而影响种子和果实的形成，如在生产中遇到“花而不实”会降低产量。钙、硼是花粉萌发和花粉管生长过程中最重要的元素，蔗糖对花粉萌发也有一定的促进作用[2]。大量研究表明，在离体培养过程中，培养基中的营养成分如蔗糖、硼酸和钙的质量分数，以及外界条件如培养时间、贮藏温度等，均可以影响花粉离体萌发生长，不同植物不同品种不尽相同[3]。

本试验以离体萌发法为研究手段，初步探讨蔗糖、硼、钙对乌桕花粉萌发的影响，寻找最适合乌桕花粉萌发的培养温度及蔗糖、硼、钙的浓度，为乌桕杂交育种、人工授粉和提高坐果率提供依据。

1 材料和方法

1.1 材料收集与处理

2020年5月采集生长于米易县攀莲镇公路沿线的鸡爪桕花序，密封储存于5 ℃黑暗环境中备用。试验前，取出花序置于室内的纸上摊开，阴干取粉。

1.2 花粉生活力测定

试验采用α-萘酚-联苯胺法，在花粉萌发试验前测定花粉生活力。用毛笔将花粉撒在载玻片上，先滴1滴甲液（联苯胺、α-萘酚及碳酸钠溶液配成），片刻后再滴入1滴乙液（0.3%过氧化氢），3 min后在显微镜下观察，随机取3个视野统计被染红的花粉个数和观察到的花粉总数。

花粉生活力=一个视野内被染红的花粉个数/该视野里观察到的花粉总数×100%   （1）

1.3 温度梯度试验

用毛笔将花粉均匀地撒在空白培养基（蒸馏水且琼脂含量为1%）上，盖紧盖玻片后分别置于20 ℃、25 ℃、30 ℃的恒温黑暗环境中培养24 h。

1.4 不同营养物质浓度中花粉萌发试验

1.4.1 蔗糖浓度梯度试验

用毛笔将花粉均匀地撒在浓度梯度为0 g/L、5 g/L、10 g/L、15 g/L、20 g/L的蔗糖且琼脂含量为1%的培养基上，盖紧盖玻片后置于25 ℃恒温黑暗环境中培养24 h。

1.4.2 硼浓度梯度试验

用毛笔将花粉均匀地撒在浓度梯度为0 mg/L、10 mg/L、20 mg/L、40 mg/L、60 mg/L、80 mg/L、100 mg/L、120 mg/L的硼酸且琼脂含量为1%的培养基上，盖紧盖玻片后置于25 ℃恒温黑暗环境中培养24 h。

1.4.3 钙浓度梯度试验

用毛笔将花粉均匀地撒在浓度梯度为0 mg/L、10 mg/L、20 mg/L、40 mg/L、60 mg/L、80 mg/L、100 mg/L、120 mg/L的氯化钙且琼脂含量为1%的培养基上，盖紧盖玻片后置于25 ℃恒温黑暗环境中培养24 h。

1.5 试验操作与萌发率检测

向双凹载玻片的凹孔中滴1滴水，在盖玻片中央滴1滴培养基，使培养基均匀且平坦地分布在盖玻片上，把少许花粉撒播于培养基上，沿凹孔边缘滴少量培养基，然后将盖玻片反扣在双凹载玻片的凹孔上（有花粉粒的一面朝下），使双凹载玻片凹孔边缘的培养基把盖玻片固定[4]，置于底部垫有湿润滤纸或纱布的大培养皿中，遮光后在设定温度下恒温培养24 h。

每处理重复两次，培养24 h，每12 h镜检1次，每处理随机观察3个视野，每视野观察30粒以上。以花粉管长度达到花粉粒直径1/2以上作为萌发标准，统计花粉萌发率。

1.6 分析方法

试验所得数据用Excel和SPSS软件进行分析处理。

2 结果分析

2.1 温度对乌桕花粉萌发的影响

由图1可以看出，乌桕花粉的萌发率在25 ℃下最高，达18.05%，20 ℃、30 ℃下萌发率略有下降，原因可能是25 ℃比较接近乌桕花期的气温。

经单因素方差分析后显示，F=0.781 70.05，说明不同温度处理差异不显著。

2.2 蔗糖对乌桕花粉萌发的影响

由图2可以看出，在不含蔗糖的情况下花粉也能萌发，但其萌发率较低，仅有19.02%;在添加有蔗糖的培养基上，随着培养基内蔗糖浓度的增加，花粉萌发率逐渐提高，当浓度达10 g/L时，花粉萌发率达到最高，为57.32%，是0 g/L时的3.01倍;蔗糖浓度进一步增加后，萌发率反而下降，当浓度达到20 g/L时，花粉萌发率急剧下降到2.32%，仅为0 g/L时的12.22%。

经单因素方差分析后显示，F=76.59>F0.01=10.39，P<0.01，说明不同蔗糖浓度的处理对乌桕花粉萌发的影响差异极显著。采用SSR法进行多重比较，10 g/L、20 g/L蔗糖浓度处理与0 g/L的差异极显著，5 g/L、15 g/L与0 g/L差异不显著，10 g/L蔗糖浓度处理与其他浓度差异极显著。由图2可以看出，蔗糖浓度在0～10 g/L时促进乌桕花粉萌发，10 g/L时花粉萌发率达到最高，超过这个浓度后则表现出抑制作用。

2.3 硼对乌桕花粉萌发的影响

由图3可以看出，在不含硼的培养基中，乌桕花粉萌发率为18.54%;随着硼浓度增大，萌发率逐渐增加，硼浓度达到100 mg/L时萌发率达到最高，为25.45%，是0 mg/L的1.37倍;硼浓度增至120 mg/L时，萌发率下降至20.63%，为0 mg/L的1.11倍。

经单因素方差分析后显示，F=2.930.05，说明不同硼浓度的处理对乌桕花粉萌发的影响差异不显著。采用SSR法进行多重比较，100 mg/L硼浓度处理与0 mg/L的差异极显著，80 mg/L、60 mg/L与0 mg/L差异显著，其他处理与0 mg/L差异不显著。100 mg/L浓度处理与120 mg/L时萌发率差异显著，120 mg/L硼浓度较100 mg/L萌发率下降明显。

2.4 钙对乌桕花粉萌发的影响

由图4可以看出，随着培养基中钙浓度增大，萌发率逐渐升高，钙浓度达到60 mg/L时萌发率达到最高;钙浓度进一步增加后，萌发率有所下降。

经单因素方差分析后显示，F=4.87，F0.05=3.5

3 结论与讨论

3.1 结论

1） 温度会影响细胞活性、酶活性，进而影响细胞各种生理代谢活动。乌桕花粉24 h的萌发率比12 h略微提高，24 h已基本萌发完全;在25 ℃下萌发率最大，20 ℃、30 ℃下萌发率略有下降，但是不同温度处理差异不显著，所以乌桕花粉萌发的适合温度为20～30 ℃。

2） 蔗糖能通过调节花粉渗透压从而促进其萌发和生长，但过高的浓度会使花粉管渗透压不平衡导致破裂，影响萌发[5]。试验结果表明，蔗糖对乌桕花粉萌发的影响差异极显著，一定浓度的蔗糖能促进乌桕花粉萌发，最适宜的蔗糖浓度为10 g/L;当蔗糖浓度过高时，花粉萌发率开始下降，这与王波等（2021）[6]的研究结果相似。试验中观察到蔗糖浓度在5 g/L、10 g/L时促进乌桕花粉萌发，而且花粉管爆管现象很多;当浓度超过10 g/L后达15 g/L时，乌桕花粉萌发不仅受到抑制，萌发率低，而且爆管现象少;20 g/L浓度下抑制作用明显，花粉管短小，无爆管。可见蔗糖有维持乌桕花粉外界环境渗透压的作用，当外界糖浓度低于花粉内部的渗透压时，花粉管破裂，内含物外泄，而蔗糖浓度高时，又会造成花粉的质壁分离而抑制萌发。

3） 许多研究发现，硼作为植物必需的微量元素，在花粉萌发和花粉管生长中的主要作用是增加糖的吸收、运转和代谢，增强花粉管壁的可塑性[7]。试验结果表明，乌桕花粉在硼浓度为100 mg/L时萌发率最高，但是不同浓度硼对乌桕花粉萌发的影响差异不显著。

4） 外源钙可能通过花粉管上的钙通道调节花粉管内的动态来影响花粉管的生长[8]。试验结果表明，钙对乌桕花粉萌发的影响差异显著，乌桕花粉萌发率在钙浓度为60 mg/L时达到最高。

3.2 讨论

培养基中缺乏硼会导致花粉管中钙浓度的变化，并影响花粉管顶端的钙浓度，最终抑制花粉管的生长，证明钙浓度梯度在乌桕花粉管生长过程中起到重要作用[9]。综合钙、硼处理试验结果来看，钙对乌桕花粉的萌发有很大作用，其影响与硼对乌桕花粉萌发的影响相似，但是不同浓度钙处理结果差异显著，而硼处理不显著。钙浓度为60 mg/L时乌桕花粉萌发率达到最高，随着钙浓度增加下降不明显，80 mg/L、100 mg/L时仍有极显著的促进作用，可见更高浓度的钙才会体现出抑制作用。硼浓度为100 mg/L时萌发率达到最高后，120 mg/L时萌发率下降明显，促进作用不显著，已开始体现抑制作用。

蔗糖对乌桕花粉的萌发促进作用极显著，最大萌发率远高于钙、硼处理下的最大萌发率，由此可知，乌桕花粉萌发时对营养的需求最为迫切[10];钙、硼处理下最大萌发率小于蔗糖，也表明营养是影响乌桕花粉萌发的最主要因素。

由试验可知，乌桕花粉萌发温度在20～30 ℃都合适。单因素的最适浓度为蔗糖10 g/L、硼100 mg/L、钙60 mg/L。这些因素之间可能存在交互作用，如果要确定含有蔗糖、硼、钙的混合培养基各组分浓度，今后还需设计正交试验来进一步研究。

参考文献：

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[3]詹妮，黄烈健.大叶相思花粉离体萌发适宜条件及活力检测方法[J].林业科学，2016，52（2）：67-73.

[4]王友保，张莉.花粉萌发与花粉管生长实验的改进[J].生物学通报，2006（12）：57.

[5]芦娟，苏瑾，姜成英，等.不同浓度的糖、硼、钙对油橄榄花粉萌发的影响[J].经济林研究，2017，35（1）：103-107.

[6]王波，周兰英，夏华梅，等.蔗糖、硼酸、Ca2+对大白杜鹃花粉萌发的影响[J].江苏农业科学，2021，49（6）：129-133.

[7]杨小冬，孙素琴，李一勤.硼缺乏导致花粉管细胞壁多糖分布的改变[J].植物学报，1999，41（11）：1169-1176.

[8]姚成义，赵洁.钙和硼对蓝猪耳花粉萌发及花粉管生长的影响[J].武汉植物学研究，2004，22（1）：1-7.

[9]田翠婷，吕洪飞，王锋，等.培养基组分对青杆离体花粉萌发和花粉管生长的影响[J].北京林业大学学报，2007，29（1）：47-52.

[10]张涛，黄敏.蔗糖和PEG对山茶花花粉离体萌发的影响[J].北方园艺，2009（1）：101-102.

（编辑：季 鑫）