3种野生葱属植物花粉活力和柱头可授性研究

时间：2024-07-28

赵金花,李青丰,那仁图雅,斯琴

（内蒙古农业大学生态环境学院,内蒙古呼和浩特 010019）

葱属Allium为百合科植物,世界约有700多种[1],广布于欧洲、亚洲、北美洲地区,为北温带分布属,以亚洲和欧洲分布居多。我国约有葱属植物110种,全国各地均有分布,以西北和西南地区的山地分布种数最多[2]。葱属植物为多年生草本,常有葱蒜气味,具圆柱状至球状鳞茎[3]；多数为优良牧草,有很高的饲用价值,对牲畜抓膘、育肥和防病、治病有重要作用。有些葱属植物具有保健作用,可以开胃、消食、杀虫、入药,其中含有大量生物活性的甾体化合物和黄酮化合物,对于防治心血管疾病和抗肿瘤有一定的疗效[4-5]。

传粉是种子植物受精的必经阶段,传粉系统由花粉、柱头和传粉媒介3个部分组成[6]。传粉过程始于花药开裂和成熟花粉的散出,携带着雄配子或其前体的花粉粒被暴露在干燥条件下,必须在具有活力时到达适宜的接受柱头。因此,花粉的活力与寿命、柱头的可授性便成为传粉生态学所必须研究的内容[7]。近年来,花粉活力与寿命及柱头可授性的研究已经引起了不少学者的重视,并分别对树木、花卉和药用植物的花粉生活力和柱头可授性开展了大量的研究[8],对葱属植物雄性器官的研究主要有花粉母细胞减数分裂及小孢子发生[9-12]、雄配子体发育[11,13-15]、花药解剖结构[5,16-17]及花粉形态[5,18]等内容。此外,叶律等[19]从韭菜花粉粒中分离出了精细胞,汪妮等[20]对韭菜花粉生活力测定方法进行了探索。但对葱属植物的花粉活力和柱头可授性的研究目前尚未见报道。本研究以3种野生葱属植物为材料,对其花粉活力、花粉可育率及柱头可授性进行研究,为野生葱属植物的繁殖提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料试验材料为蒙古韭A.mongolicum、碱韭A.polyrhizum和细叶韭A.tenuissimum。2007年夏季将以上3种葱属植物从内蒙古自治区锡林郭勒盟苏尼特左旗满都拉图镇整株挖回后移栽到内蒙古农业大学牧草试验地,为2008年测花粉活力时备用。试验采集地为野生草原植被类型,该处属荒漠草原,地势平坦,土壤为沙土,植被为蒙古韭群落,其中碱韭较多,细叶韭稀少。

1.2方法

1.2.1花粉活力检测参照T TC（2,3,5-triphenyl tetrazolium chloride）法[21-22]测定花粉的活力和寿命。具体方法是：将散出不同时间的花粉撒在载玻片上,滴加含0.5%TTC的蔗糖溶液,迅速盖上盖薄片,置入内有湿滤纸的平皿中,连同平皿放置在40℃黑暗条件下。40 min后,在显微镜下观察染色结果,有活力的花粉被染成红色,没有活力的花粉不被染色。观察2～3个制片,每片取5个视野,花粉活力的统计为10～15个视野的平均值。

1.2.2花粉可育率测定参照陈家瑞[23]的孢粉染色法。在每种葱属植物随机选取20株,再从中任选20朵花,花药成熟后刚开始散粉时,将各小花的花粉轻弹于铺有硫酸纸的培养皿中,然后用毛笔轻沾20朵小花的混合花粉并弹于载玻片上,滴1～2滴孔雀绿-酸性品红-桔红G（Gmalachite green-aid fuchsin-orange G）染液后制片,在光学显微镜下取3个视野观察并计数,做10次重复。可育花粉壁绿色,原生质红色；败育花粉无原生质,只有壁被染上绿色。

可育率=可育花粉数/观测花粉总数×100%。

1.2.3柱头可授性的检测用联苯胺—过氧化氢法[8,21]测定柱头可授性。具体方法是：在盛花期,中午标记数百个刚开的花朵,之后每天中午采开花后不同时间的花朵,将其柱头（每种任选20个）放入含有联苯胺-过氧化氢反应液（1%联苯胺∶3%过氧化氢∶水=4∶11∶22,体积比）的血球计数板上。若柱头具可授性,则柱头周围的反应液呈现蓝色并有气泡出现。测定持续到柱头可授性消失为止。

2 结果与分析

2.1 花粉活力检测结果花粉有无活力或活力的高低对雌蕊授粉成功率有直接的影响。经检测,3种野生葱属植物的花粉活力有所不同（表 1）。

表1 3种葱属植物的花粉活力

从表1可以看出,在开花初期3种野生葱属植物的花粉活力均较高,在70%以上。随着时间的推移,花粉活力均缓慢下降,至开花后4 h蒙古韭和碱韭的花粉活力下降至50%以下；而细叶韭的花粉保持较高的活力,至开花后5 h才下降至46%。但不论哪种葱属植物的花粉,8 h之后仅有少量花粉具有活力,因此,3种野生葱属植物的花粉寿命约8 h。在观察过程中还发现,开花时间越长,则浅红色花粉粒所占比例越大,说明花粉虽然具备活力,但随着开花时间的延长活力变弱。

2.2 花粉可育率检测结果3种野生葱属植物花粉的可育率均较高（表2）,其中碱韭最高,细叶韭的最低,蒙古韭在两者之间。试验还发现,可育花粉粒大,充实饱满；不育花粉粒较小,具充实饱满或形状不规则2种类型。

表2 3种葱属植物的花粉可育率

2.3 柱头可授性检测结果3种野生葱属植物的柱头从开花当天直至第5天均有可授性,其中开花第1天可授性最强,之后随着开花时间的延长变弱,到第6天时柱头变褐,过氧化物酶活性减弱至无,柱头失去活性（表3）。

表3 3种葱属植物的柱头可授性

3 讨论与结论

花粉活力指雄配子体在花粉管中的生长能力,而花粉育性是指受精（成活潜力）的能力[24]。本研究的3种野生葱属植物的花粉活力和可育率均较高。花粉是花粉母细胞经过减数分裂产生的小孢子直接发育的产物,所以在减数分裂的过程中,染色体所有的变化和不规则的出现对花粉可育性都将产生影响[24]。栾兆水等[9]对细叶韭花粉母细胞的减数分裂研究表明：异常减数分裂行为频率极低。但本研究中细叶韭的花粉可育率只有72.64%,其原因尚待深入研究。

在自然条件下,绝大多数植物花粉的寿命都较短。花粉寿命的长短,一方面由遗传因素决定,另一方面也受环境的影响。小豆花粉生活力的研究表明,低温、干燥和无氧条件减弱花粉的代谢作用,花粉能较长时间保持生活力；而高温、高湿和有氧条件下,花粉代谢活跃,营养物质消耗,酶活性衰退,生活力容易丧失[25]。对3种野生葱属植物而言,生长在高温、多风及干燥等气候特征的荒漠草原上花粉活力下降快,8 h后花粉基本失去活力。这对葱属植物进行人工育种时选择父本具有重要的参考价值。

柱头可授期是花朵成熟过程中的一个重要时期,它能在很大程度上影响自花传粉率、开花不同阶段的传粉成功率、各种传粉者的相对重要性、雄性和雌性功能之间的相互干扰、不同基因型的花粉之间的竞争以及配子体选择的机会等等[21]。不同植物的柱头可授期所持续的时间从几小时到十几天不等[7]。对3种野生葱属植物而言,柱头在开花后2 d内具有较强可授性,且可授性能持续5 d左右。

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