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香椿(Toona sinensis(A. Juss.) Roem.)楝科香椿属,我国特有树种,具有树干通直、速生、木材纹理好、材性优良、耐腐蚀、易于加工等优点[1]。香椿广泛分布于我国除新疆、内蒙古之外的22个省区[2],种质资源丰富,对香椿的研究多集中在育苗栽培、营养成分和功效及作为木本蔬菜时的保鲜贮藏等方面[3-5],在香椿林木改良方面的报道较少[6]。花粉是杂交育种中植物遗传信息的重要载体,在育种过程中,不论是授粉母本,还是父本,都需要明确育种材料花粉的萌发能力[7-8],但对香椿花粉离体萌发及低温贮藏花粉生活力等方面的研究未见报道。
黄烈健等[9]综述了多种林木花粉生活力检测的方法,赵鸿杰等[10]指出,离体萌发法分析花粉生活力精确性更高,本试验选用该法分析香椿花粉的生活力。在花粉离体萌发过程中,培养温度和时间是2个重要的培养条件[11]。培养温度过高,花粉易失活;温度过低,花粉萌发缓慢。此外,花粉离体萌发过程需要时间,培养时间过短,花粉未充分萌发;时间过长,花粉管会破裂,统计的萌发率均偏小[12]。适宜的培养温度、培养时间才能更准确地反映花粉生活力,而关于香椿花粉相关的研究未曾报道。影响花粉生活力的因素是什么及不同生活力花粉外部形态有何差异?耿兴敏等[13]指出,花粉含水率是影响花粉生活力及其低温保存效果的主要因素;外部形态上,张忠旭等[14]、陈琳等[15]报道了作物花药大小与花粉育性关系。此外,低温贮藏花粉能保持其较高的花粉生活力[16],可解决育种过程中亲本花期不一致以及长距离杂交等问题[17-18]。研究低温贮藏时间对香椿花粉生活力的影响非常有必要。
本研究首先探讨了不同培养温度、培养时间下香椿花粉的离体萌发率,以期获得香椿花粉最佳离体萌发培养条件;其次,分析不同大小、含水率花药上的香椿花粉生活力的差异;最后,探究了花粉生活力随低温贮藏时间的规律变化。本文首次较全面地研究了香椿花粉离体萌发的条件及影响生活力变化的因素,为香椿花粉的筛选、低温贮藏及开展人工杂交授粉等研究提供参考。
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3个基因型香椿花朵的平均花长(3.31±0.80)mm,直径(1.81±0.38) mm,具短花梗(图 1A)。将每个花朵的5个花药接种至萌发培养基(图 1B),轻轻拨动接种到萌发培养基上的花药,附着在花药上的花粉散落在花药周围的培养基上(图 1C)。萌发培养2 h未观测到有花粉管产生(图 1D),即未萌发;4 h后,XC22的花粉培养基上开始发现有花粉管伸长(图 1E),即开始萌发;30 h后,花粉管进一步伸长并有分支发生(图 1F)。图 2显示:3个基因型香椿花粉萌发率在30 h后无显著增加。
表 1显示:培养温度对花粉萌发率影响显著,且参试的3个基因型香椿的花粉在20℃培养温度下的平均萌发率为(69.8±20.5)%,显著高于其在22℃(20.8±19.8)%,25℃(18.8±17.5)%和28℃(18.5±17.4)%的萌发率,说明试验设置的4种温度中,20℃为最佳培养温度。表 2表明:20℃培养条件下,基因型、培养时间及二者互作均对香椿花粉的萌发率影响极显著。
差异来源
Source自由度
DF均方
Mean quareF值
F Value培养温度Culturetemperature 3 0.459 5 13.02** 机误Error 27 0.035 3 注:**表差异极显著(P<0.01)。下同。
Note: ** indicates an extremely significant (P<0.01). The same as below.Table 1. Analysis of variance of germination rate of T. sinensisunder different culture temperature
差异来源
Source自由度
DF均方
Mean quareF值
F Value基因型Genotype 2 0.548 7 48.47** 时间Time 4 0.674 1 59.54** 基因型×时间Genotype×time 8 0.041 3 3.65** 机误Error 24 0.011 3 Table 2. Analysis of variance of germination rate of T. sinensisfrom different genotype and culture temperature and their interaction
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表 3显示:基因型XC22的花药含水率为24.18%,显著高于基因型XC5、ZJ26,后二者的花药含水率差异不显著;而3个基因型花药的大小存在显著差异,ZJ26>XC5>XC22。对-20℃贮藏10 d的香椿花粉20℃培养30 h,花粉生活力与花药大小、含水率进行相关分析, 结果(表 4)表明:参试香椿花粉生活力与花药长度呈显著正相关,与花药宽度呈显著负相关,相关系数分别为0.529 6,-0.739 9;花粉萌发率与花药含水率呈不显著正相关,相关系数达0.995 3。
基因型
Genotype花药含水率
Water content/%花药长度
Anther length/mm花药宽度
Antherwidth/mmXC5 12.22±1.62b 1.78±0.25b 0.97±0.11b XC22 24.18±5.14a 1.39±0.29c 0.78±0.05c ZJ26 10.89±1.90b 2.21±0.28a 1.21±0.12a 注:表中同列数据后不同小写字母表示差异显著(P<0.05)。
Note: Different lower case letters on the same columnsindicate a significant difference(P<0.05).Table 3. The pollengermination rateandantherwater content, sizeof T.sinensis
指标
Index花粉萌发率
Germination rate花药含水率
Water content花药长度
Anther length花药含水率Water content 0.995 3 花药长度Anther length 0.529 6* -0.894 8 花药宽度Anther width -0.739 9* -0.873 4 0.132 4 注:*表T检验达显著差异(P<0.05)。
Note:* denote significant differences of the results at 0. 05 level (T test).Table 4. Correlationbetweenpollengermination rateand antherwater content, sizein T.sinensis
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图 3表明:3个基因型的花粉生活力均随低温贮藏时间的延长呈降低趋势,且低温贮藏10 d的花粉生活力均显著高于25 d、40 d,且后2个时间的花粉生活力差异不显著,其中,花粉生活力降幅最大为XC22,该基因型低温贮藏10 d的生活力为(89.2±11.3)%,25 d的生活力为(3.3±2.7)%,降幅达96.3%,说明低温贮藏时间对XC22花粉生活力的影响较大。总体上,3个基因型的花粉生活力在低温贮藏25 d以后不再随贮藏时间的延长而显著下降;低温贮藏40 d,3个基因型中,XC5的生活力最高,为(30.0±4.7)%。