新疆早實核桃花粉離體培養基的篩選

王 艷 金 強 馮一峰 王 德 王新建 高疆生*

(1 新疆生產建設兵團塔里木盆地生物資源保護利用重點實驗室，新疆 阿拉爾 843300)(2 塔里木大學植物科學學院，新疆 阿拉爾 843300)(3 塔里木大學生命科學學院，新疆 阿拉爾 843300)

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新疆早實核桃花粉離體培養基的篩選

王 艷1,2金 強1,3馮一峰1,2王 德1,2王新建1,2高疆生1,2*

(1 新疆生產建設兵團塔里木盆地生物資源保護利用重點實驗室，新疆 阿拉爾 843300)(2 塔里木大學植物科學學院，新疆 阿拉爾 843300)(3 塔里木大學生命科學學院，新疆 阿拉爾 843300)

以早實核桃“新溫179”花粉為試材，采用正交設計優選花粉離體萌發培養基成分不同濃度條件及最適溫度和PH值，結合藍墨水染色法、I-KI染色法、TTC活力測定法、醋酸洋紅染色法4種染色法預測花粉生活力，為早實核桃遺傳改良中間材料夯實研究基礎。結果表明:5個因素影響核桃花粉萌發率的主次關系依次為:蔗糖>硼酸>溫度>氯化鈣>PH值,核桃花粉離體培養基主要成分最佳組合為蔗糖20%+硼酸0. 05%+氯化鈣0. 002%，最適溫度為30 ℃，最適PH值為6. 5。

早實核桃； 正交設計； 花粉； 離體培養

新疆核桃(Juglans regia L.)栽培歷史悠久，是我國珍貴的木本油料植物之一，以其個大、殼薄、外形美觀、早實、豐產、含油率高、適應性強而馳名全國[1]。早實核桃是新疆核桃主產區推廣的主栽品種，對新疆核桃產業的可持續發展具有舉足輕重的作用[2]。發展核桃產業,良種是基礎,核桃良種選育一直是國內外非常重視的研究課題。雜交育種是提高核桃產量和改良核桃品質的重要手段[3]，而花粉生活力強弱是果樹雜交育種工作成敗的關鍵,花粉生活力的保持,對進行遠距離雜交育種更具有重要意義。適宜的檢測父本花粉活力是獲得高質量花粉的重要技術保障，花粉離體萌發試驗可以有效的檢測花粉活力[4]。影響花粉離體萌發的因素較多,只有在含有適宜的礦物質、糖類等組分的條件下,花粉才能萌發[5]。在選擇花粉離體萌發培養基的最佳組成時,除了可以參考和借鑒已有的工作經驗外,往往還要依靠大量的實驗進行篩選。這不僅耗費時間與精力,而且篩選出來的組合常常并不能代表最佳組合,因而帶有一定的盲目性。

正交設計是多因素多水平分析的有效工具,當要從多因素中選出主要因素時,使用正交設計可以用較少的實驗次數獲得較多的信息,可以精簡實驗次數[6]。本試驗以“新溫179”為研究材料,利用正交設計優化核桃花粉萌發條件,結合藍墨水染色法、TTC活力測定法、I-KI染色法、醋酸洋紅染色法4種染色法預測花粉生活力，篩選其花粉萌發的最適培養基,旨在為核桃雜交育種及遺傳改良中間材料創制鋪墊研究基礎。

1 材料與方法

1.1 材料

試材采自溫宿縣木本糧油核桃林場(東經80°14′，北緯40°16′)十二年生“新溫179”大樹。實驗主要涉及儀器有顯微鏡、光照培養箱。實驗所用主要試劑有TTC、I-KI、醋酸洋紅、蔗糖、硼酸、氯化鈣等。

1.3 方法

1.3.1 花粉處理

在核桃雄花初花期,采集其雄花序,摘除已開的花朵,帶回實驗室,用清水沖洗花序,鋪在白紙上陰干后,自然散粉,收集于潔凈的瓶子封口，貯藏在-20 ℃備用。

1.3.2 染色法預測花粉生活力

用藍墨水染色法[7]、I-KI染色法[8]、TTC活力測定法[8]、醋酸洋紅染色法[9]4種方法測定核桃花粉生活力。每種方法設3次重復,每重復觀察5個視野,每個視野觀察約100粒花粉,計算平均值。花粉生活力=著色花粉數/觀察花粉總數*100%

1.3.3 花粉萌發培養基篩選

正交試驗設計:用DPS軟件設計蔗糖、硼酸、氯化鈣、溫度、PH值五個因子五個水平的正交試驗,并對各個處理組合的結果和各因素進行方差分析。篩選出蔗糖、硼酸、氯化鈣、溫度和PH值的最佳組合。

表1 正交試驗設計因素與水平

花粉培養與觀察：將1g瓊脂倒入錐形瓶中,加入100ml蒸餾水、加熱溶解,再按照小組設計分別加入0%、5%、10%、20%、30%的蔗糖，0%、0. 005%、0. 01%、0. 05%、0. 1%的硼酸和0%、0. 002%、0. 004%、0. 006%、0. 008%的氯化鈣于瓶中溶解混勻,倒入相應編組的培養皿中。待冷卻后,用棉簽沾取少量花粉置于培養皿上方，用洗耳球將花粉均勻噴在固體培養基上。每種培養基重復4次,將培養皿放在設定的光照培養箱內培養,24h后在顯微鏡下觀察。在顯微鏡下檢查生活力狀況,每種培養基觀察10～20個視野,每個視野100～200粒花粉,共觀測約2 000粒花粉。有花粉管的花粉粒為有生活力的花粉,無花粉管的花粉粒為無生活力的花粉,計算有生活力花粉粒的百分率平均值。萌發率=萌發花粉數/觀察花粉總數*100%。

1.3.4 數據處理

用DPS軟件進行正交試驗方差分析，采用新復極差法進行顯著性檢驗。

2 結果與分析

2.1 染色法預測花粉生活力

圖1 四種染色法測定花粉生活力狀況

注：大寫字母表示5%顯著水平

一般情況下，染色法是檢測花粉生活力最簡便快速的方法。從圖1可以看出四種染色法測定的核桃花粉生活力存在顯著差異。醋酸洋紅所測的花粉生活力達到84. 31%，顯著高于其它三種染色方法，這可能與其染色的原理有關[9]；I-KI染色法測得的花粉生活力最低，顯著低于其它三種染色方法，僅為39. 29%，這可能是核桃花粉中所含的淀粉較少或其花粉壁較厚造成的[8]；藍墨水染色法和TTC活力測定法測得的花粉生活力較為接近，兩者之間無顯著性差異，和姜雪婷、劉寶等人[10，11]的研究結論一致，可以作為測定核桃花粉生活力的染色法。利用染色法進行花粉生活力的檢測具有方便快捷的優點,且能夠在一定程度上反映花粉的生活力,但染色法測定花粉活力受花粉自身特性,如花粉內各種酶活性的強弱、花粉壁的薄厚、細胞質含量、質膜的完整性及組成物質等因素的影響較大,因此不同的染色法適合不同植物花粉生活力的測定。

2.2 正交設計法篩選花粉萌發培養基

從表2并結合圖2可以看出，在不同濃度的培養液條件下,早實核桃“新溫179”花粉均能萌發,但不同條件下花粉萌發率各不相同。其中,A5B1C5D4E3組合的萌發率最低,僅為0. 57%；而A4B4C2D5E3組合培養基條件下花粉萌發率最高，達45. 07%，這與藍墨水染色法和TTC活力測定法測得的花粉萌發率基本相符。因素內水平極差(R)的大小可反應該因素對試驗結果的影響程度。由表2可知,參試的5個因素對核桃花粉萌發率影響的主次關系依次為:A>B>D>C>E。由此可知,蔗糖濃度對花粉的萌發影響最大,硼酸濃度次之,而PH值濃度影響最小。從圖2可以看出，不同濃度蔗糖條件下花粉發芽率大小依次為A4(Ⅰ)>A3(Ⅱ)>A2(Ⅲ)>A1(Ⅳ)>A5(Ⅴ)；且根據各因素水平均值(Ki)的大小,得各影響因素下“新溫179”花粉萌發率大小依次為A(K4>K3>K2>K5>K1)>B(K4>K5>K3>K2>K1)>C(K2>K3>K4>K1>K5)>D(K5>K4>K1>K3>K2)>E(K3>K2>K4>K1>K5)，由此可得知“新溫179”花粉萌發培養基的最佳組合為A4B4C2D5E3，即蔗糖20%、硼酸0. 05%、氯化鈣0. 002%、溫度30℃和PH值6. 5。

圖2 正交設計培養基條件下不同濃度蔗糖培養的花粉發芽狀況

表2 花粉萌發的正交設計L25(56)試驗結果

3 討論與結論

在雜交育種及遺傳改良中間材料的實施過程中,研究花粉的生活力和育性是必不可少的基礎性工作。花粉活力預示著植物受精后將精細胞送往子房的能力。為保證人工授粉的成功率，授粉前確定花粉活力非常重要。花粉染色測定法和花粉萌發測定法均能檢測果樹的花粉生活力[12]。由于染色法只能反映花粉的代謝情況或營養物質含量，且顏色判斷誤差較大，只是對花粉生活力的間接檢測，并不能直接準確地表現花粉的實際萌發率[11]，而花粉離體萌發法提供的條件與花粉在柱頭萌發的條件更為接近，是檢測花粉生活力最為可靠的方法[13]。

在花粉離體培養的工作中,培養基的組成具有重要的作用。正交設計是多因素多水平分析的可靠工具,可用最少的處理組合研究較多的試驗因素,已在花卉、蔬菜、菌體發酵液和一些果樹的組織培養等方面已有一定的研究[14-17]，但在核桃花粉萌發培養研究中應用的報道不多[13，18]。

本試驗成功的將正交設計應用在了探究核桃花粉萌發的最佳培養基上，確立了適宜核桃“新溫179”花粉離體萌發的條件,并與染色測定法結合，篩選出了適合快速準確測定核桃花粉生活力的藍墨水染色法和TTC活力測定法的兩種染色測定法，可用于雜交育種前的花粉活力檢測。但對于溫度對花粉萌發影響的峰值確定還有待驗證。

[1] 吳克強，葉正達．新疆核桃[J]．云南林業科技通訊，1980，2：44-51．

[2] 姚躍，潘存德，胡安鴻．新疆早實核桃主栽品種光合特性[J]．新疆農業科學，2011，48(6)：981-987．

[3] 吳開志．核桃雜交親本及F1代的遺傳多樣性與相關性研究[D].成都：四川農業大學，2009．

[4] 馮連芬，呂芳德，張亞萍，等．我國核桃育種及其栽培技術研究進展[J]．經濟林研究，2006，24(2)：69-73．

[5] 武沖，唐樹梅，張勇等．植物花粉培養研究進展[J]．農業基礎科學，2008，24(11)：146-149．

[6] 湯紅明，徐冬青．徐根娣，等.植物花粉萌發的研究進展[J]．安徽農業科學，2006，34(24)：6436-6438，6440．

[7] 孫坤，張玉娜，蘇雪等.中國沙棘花粉生活力檢測方法比較研究[J]．西北師范大學學報，2009，45(2)：78-81．

[8] 陳晶，張月學，唐鳳蘭，等．紫花苜蓿花粉生活力測定方法研究[J]．草地學報，2010，18(2)：297-301．

[9] 許婉芳，蔡英卿，林小蘭，等．醋酸洋紅染色法測定瓜類花粉的生活力[J]．福建果樹，2002，122：7．

[10] 劉寶，程偉，趙志剛，等．西南樺花粉活力的快速檢測[J]．林業科技，2008,33(1)：13-14．

[11] 姜雪婷，杜玉虎，張紹鈴，等．梨43個品種花粉生活力及4種測定方法的比較[J]．果樹學報，2006，23(2)：178-181．

[12] 劉程宏，宋尚偉，張芳明．果樹花粉生活力檢測研究進展[J]．河南農業科學，2011，40(10)：13-16．

[13] 張瑞，李洋，梁有旺，等．薄殼山核桃花粉離體萌發和花粉管生長特性研究[J]．西北植物學報，2013， 33(9)：1916-1922．

[14] 游愷哲，陳健，林冠雄，等．正交設計在成齡番木瓜組織培養研究中的應用[J]．福建農業科技，2003，3：11-12．

[15] 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．

[16] 郝繼偉．正交設計法優化金針菇液體發酵培養基的研究[J]．食用菌，2009，(6):16-17．

[17] 那艷斌 張艷秋 張天靜，等．月季莖段組培誘導培養基優選試驗[J]．現代農業科技，2011,(12)：199．

[18] 吳開志，肖千文，廖運洪，等．核桃花粉離體萌發的培養基研究[J]．果樹學報，2008，25(6)：941-945．

Orthogonal Optimization of Pollen Germinating Culturel Medium in Vitro from Precocious Walnut in Xinjiang

Wang Yan1,2Jin Qiang1,3Feng Yifeng1,2Wang De1,2Wang Xinjian1,2Gao Jiangsheng1,2*

(1 Key Laboratory of Biological Resource Protection and Utilization of Tarim Basin, Xinjiang Production & Construction Group，Alar，Xinjiang 843300)

(2 College of Plant Science, Tarim University, Alar, Xinjiang 843300)

(3 College of Life Science, Tarim University, Alar, Xinjiang 843300)

The pollen of precocious walnut “Xin Wen 179” as material, using the orthogonal design, the optimal selected walnut pollen germinating in vitro culture medium under the condition of different concentration of sucrose, boric acid and calcium chloride, and the optimum temperature and PH value, combined with blue ink staining and I - KI dyeing method, TTC activity assay method, carmine acetate dyeing method, four kinds of method to predict pollen viability for the research of walnut cross breeding. The results showed that the five factors which affected the pollen germination in the order was as follow, sucrose > boric acid>temperature>calcium chloride> PH value, the best combination of walnut pollen in vitro culture medium ingredients was 20% sucrose , 0. 05% boric acid and 0.002% calcium chloride, the optimum temperature was 30 ℃ with the optimum PH of 6.5.

Precocious Walnut;Orthogonal design;Pollen;In vitro culture

2014-11-03

國家自然科學基金項目(31260463)；塔里木大學校長基金碩士項目(TDZKSS1001); 新疆生產建設兵團科技攻關計劃項目(2011BA003)。

王艷(1987-)，女，碩士研究生，研究方向為果樹種質資源。E-mail:371446391@qq.com

E-mail： gjs_201@sina.com

1009-0568(2015)02-0028-06

S

ADOI：10.3969/j.issn.1009-0568.2015.02.006