含笑開花進程及花粉活力研究*

江 麗1，洪 燕1，陳 燕1，施德法2，傅佳麗1，陳建華1，呂洪飛1

(1.浙江師范大學 化學與生命科學學院,浙江 金華 321004;2.浙江科技學院 土木與建筑工程學院，浙江 杭州 310023)

?

含笑開花進程及花粉活力研究*

江 麗1，洪 燕1，陳 燕1，施德法2，傅佳麗1，陳建華1，呂洪飛1

(1.浙江師范大學 化學與生命科學學院,浙江 金華 321004;2.浙江科技學院 土木與建筑工程學院，浙江 杭州 310023)

以含笑品種“小葉含笑”為材料,從單花水平和單株水平觀測了其單花特征、花期、單株花朵密度及開花朝向；同時，采集含笑花粉，通過正交實驗得到了含笑花粉離體萌發的最佳培養基條件.實驗結果表明：含笑花期持續時間約為40 d，單花持續時間約為10 d；植株中部以上的花朵數量占總數的71.22%，植株中部以下的花朵數量占28.78%；78.91%的花朵開花朝向為向上或水平，21.09%的花朵為向下開花.含笑花粉離體萌發的最佳培養基組合是：蔗糖100 g/L，硼酸200 mg/L和氯化鈣300 mg/L，培養溫度為25 ℃，pH值為6.5.

含笑；單花特征；開花進程；花粉活力

含笑(Micheliafigo)為木蘭科(Magnoliaceae)含笑屬(Michelia)植物，著名觀賞樹種，主要分布于亞洲南部和東南部[1],目前我國分布有11屬130多種.由于該樹種用途廣泛，不僅是良好的家俱、建筑用材，而且在藥用、香料等方面也頗具特色，尤以樹形壯麗、幽雅，花形、花色美觀，香味濃郁而著稱[2].

含笑作為突出的造園綠化及藥用材料，掌握其開花特性及花粉離體萌發的最佳培養基條件，對園林花木配置、花粉管理及雜交育種有重要意義.文獻[3]對云南含笑人工環境下開花生長的發育節律的研究表明，其在云南的蕾期、花期、果期均長并交錯，可同時觀蕾、觀花、觀果.文獻[4]對闊瓣含笑、平伐含笑及含笑花粉的研究結果表明，蔗糖濃度對花粉萌發具有明顯的影響.然而，目前國內對含笑的單花水平、單株水平及花粉萌發的研究較少.花粉是植物遺傳信息的載體，其生活力對授粉受精有重要的影響，花粉生活力的高低直接影響到植物的育種效率[5].本研究從單花水平和單株水平觀測了含笑品種“小葉含笑”的單花特征、花期、單株總體花朵密度及開花朝向等；同時，采集最佳時期的花粉，研究了培養基中蔗糖、硼酸和氯化鈣濃度、溫度等因素對含笑花粉萌發率及花粉管生長的影響，得到了含笑花粉離體萌發的最佳培養基條件，為今后進一步開展胚胎生物學研究提供理論依據.

1 材料與方法

1.1 實驗材料

實驗于2012年4月在浙江省金華市浙江師范大學植物學實驗室進行.供試材料為浙江師范大學校園內健康無病蟲害的含笑品種“小葉含笑”.金華地處金衢盆地東段，為浙中丘陵盆地地區，地勢南北高、中部低，屬中亞熱帶季風氣候.

1.2 單花特征測定

采集5個時期的花朵各10朵，5個時期是根據花被片張開狀況劃分的[6]，用直尺測定花朵直徑和高度，用游標卡尺測量花瓣厚度.再將花朵進行拆分、排列，對花瓣、雌蕊和雄蕊進行拍攝，使用Image軟件對拍攝所得的照片進行分析處理，得到雄蕊數目、花藥長度、花柱寬度、花瓣面積等一系列數據.

1.3 花期觀察

選取3棵樹齡及長勢一致的含笑植株，將樹體均分為上部、中部和下部3個部分.每個部分選取3根枝條掛牌標記，3根枝條在選取方向上保持均勻一致.每隔1 d統計每個部位的總花朵數量及Ⅴ時期花朵數量，并做好記錄，直至花期結束.

1.4 單株花朵調查

選取含笑植株10株，樹齡20年以上，根據冠高將樹冠平均劃分成4部分，分別記為最上部、中上部、中下部和最下部.然后，統計每一部分的花朵數目，并測定每一朵花的空間夾角.

1.5 花粉活力測定

2012年4月某晴天上午，采集密度最大及開花朝向占主導地位、開裂但未散粉的花藥放入干燥皿中，干燥24 h后用100目網篩過篩，收集花粉并置于室溫下備用.

運用正交實驗研究花粉離體萌發的最適培養基組分濃度、pH及溫度[7]，正交表選用L25(55)，各因子和水平如表1所示.

以溫度為標準的幾個處理共同實驗，不同溫度分別相隔2 h，采用搖床加液體培養，培養時間為10 h.每個處理制作3張載玻片，將載玻片置于顯微鏡下觀察；每個載玻片隨機選取5個視野(每個視野花粉在50粒以上)進行觀察，統計每個視野的萌發花粉數量和花粉粒總數，花粉管長度大于花粉粒直徑視為萌發.

2 結果與分析

2.1 單花特征

含笑單花的測量結果見表2、表3和表4.

從表2可知：隨著含笑花被片的展開，花冠直徑呈增大的趨勢(P<0.05)，且存在顯著性差異，Ⅴ時期的花冠直徑約為Ⅰ時期的2倍；花冠高度先略微增加，后呈略微減小的趨勢，然后再增大，但是不存在顯著性差異.

從表3可知:在含笑花被片展開過程中，5個時期雌蕊的長度和寬度基本相同，沒有明顯的變化(P>0.05);Ⅳ時期雄蕊的長度及花藥長度與其他時期的存在顯著性差異(P<0.05)；Ⅲ時期的花絲長度達到最大值.

從表4中可知：隨著含笑花被片的展開，花瓣的厚度在前三個時期略微增厚，第Ⅳ時期花瓣的厚度減小，第Ⅴ時期花瓣的厚度呈增大的趨勢；花瓣在自然狀態下的面積呈現逐漸增大的趨勢.將花瓣壓平后完全展開的面積與花瓣在自然狀態下的投影面積之比定義為花瓣的拱起程度.由各時期拱起程度的數值可知，含笑花被片展開過程中花瓣的拱起程度先增大，后又減小.

2.2 花期

本研究得到的含笑花期近40 d，單花持續時間約為10 d.從同一植株的上、中、下部位來看，下部花朵數量明顯比其他2個部位少，中部花朵數量略多于上部.從花朵(這里指的是Ⅴ時期花朵)開放的情況看，中、下部花朵開放的高峰期明顯比上部花朵開放高峰期推遲(見圖1).

2.3 單株花朵密度及開花朝向

對選取的10株含笑植株進行單株總體花朵密度及開花朝向的測量與統計，結果如圖2所示.最上部花朵數量占35.32%，中上部花朵數量占35.90%，中下部花朵數量占22.08%，最下部花朵數量占6.70%.78.91%的花朵開花朝向為向上或水平，21.09%花朵開花朝向為向下.

2.4 花粉活力

采集植株上部開花朝向為向上或者水平的開裂未散粉的第Ⅲ階段的花藥，運用正交實驗研究了花粉離體萌發所需的5種條件：蔗糖濃度、氯化鈣濃度、硼酸濃度、pH和溫度.從表5可以看出：在不同的培養液、溫度和pH條件下，含笑花粉的萌發率各不相同，其中：A2B3C4D5E1，A3B1C3D5E2，A4B4C2D5E3和A5B2C1D5E4組合的萌發率最低為零；花粉萌發率最高值出現在A1B4C4D4E4組合，萌發率達34.13%.

因素內水平極差(R)的大小可以反映該因素對實驗結果的影響程度.從表6可以看出，參試的5個因素對含笑花粉萌發影響的主次關系依次為D>E>A>C>B.由此可知，溫度對花粉的萌發影響最大，其次分別為pH、蔗糖濃度、氯化鈣濃度和硼酸濃度.根據各因素水平萌發率的均值(Ki)大小，得到各因素下含笑花粉萌發率大小的順序依次為D(K3>K4>K2>K1>K5)>E(K4>K5>K3>K1>K2)>A(K2>K1>K3>K5>K4)>C(K3>K4>K2>K1>K5)>B(K4>K1>K3>K2>K5).由此可得,含笑花粉離體萌發影響因子的最佳水平組合為A2B4C3D3E4，即:蔗糖100 g/L，硼酸200 mg/L，氯化鈣300 mg/L，培養溫度為25 ℃，pH值為6.5.

3 討 論

本研究的含笑單花特征、花期及單株總體花朵密度及開花朝向的內容，可以被囊括于開花式樣這一定義內.開花式樣(Floral display)是指一定時期內一個植株上開花的數目、開花類型和花的排列方式[8-10].含笑表現出一種“集中開花模式”.這種開花模式在很多植物中都存在[11],也是溫帶植物的常見開花模式.郭素枝等[6]的研究表明，Ⅱ至Ⅲ時期花被片基本薄壁組織細胞中淀粉復合物、線粒體、溶酶體等逐漸增多，Ⅳ時期花被片已展開,其淀粉復合物逐漸減少或消失,細胞中的線粒體、溶酶體等細胞器出現不同程度的解體.從本研究花粉管長度來看，Ⅲ時期的花絲長度達到最大值.本研究得到Ⅲ時期是含笑花粉授粉萌發的最佳時期，這與姜景民等[12]的研究結果是一致的.

植株中部以上的花朵數量占總數的71.22%，植株中部以下的花朵數占28.78%；78.91%的花朵開花朝向為向上或水平，21.09%花朵開花朝向為向下.從含笑花開放的空間分布的研究結果來看，這可能與含笑花粉傳播密切相關.含笑花白色或略帶淺黃，沒有艷麗的色彩吸引昆蟲，通過釋放芳香性物質來吸引昆蟲，而花朵的開花向上或水平則更有利于香味的發散，從而達到有效傳粉的目的，提高生殖成功率.因此，含笑花朵開放的各朝向比例大致可作為其對自身繁殖成功權衡的標志之一.含笑開花不同的朝向還可能與陰雨天氣有一定的關系，朝下的花朵能抵抗陰雨天氣的影響.由此，座花朝向可能變化的趨勢為:若花期經歷雨期，則適當提高朝下座花的比例，以保證陰雨天氣中的生殖成功；若花期在雨期前或后，則適當降低朝下座花的比例，以提高對訪花者的吸引，提高生殖成功可能性.植株如何維持不同朝向花朵的比例，對其在特定的環境中生殖的成功起著決定性的作用.

花粉萌發受溫度的影響較大，本研究得到含笑花粉在25 ℃萌發率最高，隨溫度升高萌發率降低.花粉萌發和花粉管生長因培養基組分及pH不同而異,培養基組分及其濃度對花粉萌發率和花粉管生長長度有很大的影響[12].本研究在pH 6.5時花粉萌發率達到最大值，為34.13%.

蔗糖不僅可調節花粉的滲透勢，還可用作呼吸底物和合成淀粉的原料，促進花粉管的生長.文獻[13]認為，蔗糖能進入花粉并增大細胞內已很高的內源濃度,導致滲透壓不平衡及代謝物和離子進入培養基里.在本實驗中，含笑花粉萌發的最適蔗糖濃度為100 g/L.文獻[14]表明，高濃度的蔗糖可改變細胞膜透性，導致滲透壓和pH的改變而影響花粉管生長.

硼在絕大多數花的柱頭及花柱組織里普遍存在[15].田翠婷等[16]通過用單克隆抗體JIM5和JIM7免疫熒光標記，表明缺硼的培養基降低了花粉管壁的延展性,導致花粉管生長受阻.在離體條件下，適宜的硼酸處理能有效提高花粉的萌發率和促進花粉管的伸長.本實驗結果表明,含笑花粉萌發的最適硼酸濃度為200 mg/L，萌發率達到34.13%.

用上百種花粉研究的結果表明，離體培養時正常的花粉萌發需要適當的外源鈣，缺鈣或鈣的濃度過高都會導致花粉管的萌發和花粉管的生長受阻[17].在植物中，Ca2+主要涉及細胞骨架的組裝[18]、分泌小泡的運輸和融合[19]、花粉管頂端生長[20]等各個方面.因此，Ca2+濃度的紊亂將會導致花粉管伸長受到抑制或完全停止.本研究表明，含笑花粉萌發的最適氯化鈣濃度為300 mg/L.

植物的開花式樣是植物生殖結構和功能的體現，在植物完成生殖的過程中，花與花之間往往并不是彼此獨立的，而是密切相關的[21].因此，植株花的開放式樣相較于單花而言，應該成為研究植物生態學的基本單位.本實驗研究了含笑的開花特性及花粉離體萌發的最佳培養基條件，便于把握含笑的觀賞期及達到生殖成功的目的，對園林花木配置、花粉管理、雜交育種有重要的意義，同時為進一步研究提高植株的生殖成功率及延長觀賞期奠定基礎.

[1]明軍,顧萬春.中國含笑屬植物研究進展[J].中南林學院學報,2004，24(5):147-152.

[2]胡冬南，劉細燕，楊光耀，等.木蘭科含笑屬深山含笑、樂昌含笑花粉技術的研究[J].江西農業大學學報:自然科學版，2002，24(2):237-239.

[3]張宗田,袁宇,陳景艷.云南含笑開花生物學特性的初步研究[J].貴州林業科技,2007，35(4):17-20.

[4]楊琴軍,黃英平,陳龍清.3種含笑屬植物花粉生活力的測定[J].安徽農業科學,2007，35(1):15-17.

[5]左丹丹，明軍，劉春，等.植物花粉生活力檢測技術進展[J].安徽農業科學，2007，35(16):4742-4745.

[6]郭素枝，高娟華，王湘平.含笑花被片發育和衰老過程中細胞超微結構的變化[J].電子顯微學報，2009，10(5):467-472.

[7]李靜，胡建斌，李建吾，等.運用正交設計優化黃瓜花粉離體萌發條件[J].貴州農業科學，2008，36(6):139-140.

[8]Harder L D,Wilson W G.Floral evolution and male reproductive success:optimal dispensing schedules for pollen dispersal by animal-pollinated plants[J].Evolutionary Ecology,1994,8(5):542-559.

[9]Barrett S C H,Harder L D.Ecology and evolution of plant mating[J].Trends in Ecology and Evolution,1996,11(2):73-79.

[10]Barrett S C H.The evolution of mating strategies in flowering plants[J].Trends in Plant Science,1998,3(9):335-341.

[11]Herrera J.Flowering and fruiting phenology in the coastal shrublands of Doňana South Spain[J].Vegetatio,1986,68(2):91-98.

[12]姜景民，李霞，盛能榮.木蘭科木蘭屬、含笑屬植物雜交授粉技術的初步研究[J].林業科學研究，1999，12(2):107-110.

[13]Loverine P T,Peter K.Relationship between pollen germ ination and sucrose[J].Ann Rev Plant Mol Biol,1997,48:461-491.

[14]張紹鈴，陳迪新，康瑯，等.培養基組分及pH值對梨花粉萌發和花粉管生長的影響[J].西北植物學報，2005，25(2):225-230.

[15]胡適宜，朱澂，徐麗云.王百合花柱通道細胞的細微結構的研究[J].植物學報，1982，24(5):395-405.

[16]田翠婷，呂洪飛，王鋒，等.培養基組分對青離體花粉萌發和花粉管生長的影響[J].北京林業大學學報，2007，29(1):47-52.

[17]Gong M,Yang Z H,Tsao T H.Initiating effect of calcium on pollen germination and its regulatory role in pollen tube growth[J].Acta Scientiarum Naturalium Universitatis Pekinensis,1995,31(2):238-249.

[18]Lazzaro M D.Microtubule organization in germinated pollen of the coniferPiceaabies(Norway spruce,Pinaceae)[J].American Journal of Botany,1999,86(6):759-766.

[19]Camacho L,Malho R.Endo/exocytosis in the pollen tube apex is differentially regulated by Ca2+and GTPases[J].Journal of Experimental Botany,2003,54(380):83-92.

[20]Geitmann A,Cresti M.Ca2+channels control the rapid expansions in pulsating growth of Petunia hybrida pollen tubes[J].Journal of Plant Physiology,1998,152(4/5):439-447.

[21]馬文寶，施翔,張道遠，等.準噶爾無葉豆的開花物候與生殖特征[J].植物生態學報,2008,32(4):760-767.

(責任編輯 薛 榮)

FloweringprocessandpollenvitalityofMicheliafigo

JIANG Li1, HONG Yan1, CHEN Yan1, SHI Defa2,FU Jiali1, CHEN Jianhua1, Lü Hongfei1

(1.CollegeofChemistryandLifeSciences,ZhejiangNormalUniversity,JinhuaZhejiang321004,China; 2.SchoolofCivilEngineeringandArchitecture,ZhejiangUniversityofScience&Technology,HangzhouZhejiang310023,China)

It was observed the florescence, flower density, flower characteristics and the flower direction from the single flower and plant of the cultivar, "Xiaoye", ofMicheliafigo. The optimum concentration of components, temperature and pH in vitro were received by using the collection of pollen ofMicheliafigothrough the orthogonal experiment. The results showed that the duration of florescence was about 40 days and single flower was about 10 days. The ratio of flowers in the upper part and total number of plant was 71.22%, and lower part of plant was 28.78%. The 78.91% of the total flowers blossomed upward or horizontal, while 21.09% of the total flowers blossomed downward. The results also showed that the pollen germination was most suitable to the concentration of sucrose (100 g/L), CaCl2(300 mg/L), H3BO3(200 mg/L), the temperature of 25 ℃, and the pH of 6.5. Based on the study of the bloossom characteristics and pollen culture inMicheliafigo, theoretical foundation could be provided for reasonable plant configuration in landscape design, pollen management and crossbreeding ofMicheliafigo.

Micheliafigo; feature of single flower; florescence; pollen viability

10.16218/j.issn.1001-5051.2015.04.014

2015-01-26；

：2015-04-24

浙江省科技特派員團隊項目(2012T2T223)

江 麗(1989-)，女，河南信陽人，碩士研究生.研究方向：資源植物學與利用.

呂洪飛.E-mail: luhongfei0164@163.com

S685.15

：A

：1001-5051(2015)04-0441-06