短蔓西瓜花粉形態及花粉生活力研究

朱紅菊+路緒強+趙勝杰+何楠+劉文革

摘 要： 為探索短蔓西瓜坐瓜較難的原因，對短蔓西瓜和普通二倍體西瓜的花粉生活力和花粉形態結構進行了測定。結果表明，普通二倍體西瓜花粉大小整齊一致，呈短橢球形，極軸和赤道軸比（P/E）為1.34，而短蔓西瓜的空癟花粉和畸形花粉較多，花粉大小不一，極軸和赤道軸難以區分，比值為1.09；普通西瓜花粉4 h萌發率達到了98%，而短蔓西瓜花粉的萌發率只有9%，顯著低于普通西瓜。因此推測短蔓西瓜坐瓜難可能與花粉萌發率低和花粉畸形有關。

關鍵詞： 短蔓西瓜； 花粉萌發率； 花粉結構

Abstract： In order to find out the reason why fruit setting of short–internode watermelon is difficult， the pollen morphology and viability of short-internode watermelon and normal diploid watermelon were analyzed. The results showed that the pollens of the common diploid watermelon were short ellipsoid shaped with the same size， and the average P/E ratio was 1.34. The pollens of short-internode watermelon varied in size， many anomalous and empty pollens were observed， the polar axis and equatorial axis were difficult to distinguish， the average P/E ratio was 1.09. The 4 h germination rate was significant differences between normal watermelon（98%） and short-internode watermelon（9%） pollens. So the lower fruit setting rate of short-internode watermelon might be caused by anomalous pollens and worse germination rate.

Key words： Short-internode watermelon； Pollen germination rate； Pollen structure

西瓜（Citrullus lanatus）是全球廣泛種植的園藝作物，中國是西瓜生產與消費大國，2015年全國種植面積186.07萬hm2，栽培面積和產量均居世界首位[1]。節間長度是西瓜重要的株型性狀之一。節間較短的短蔓植株，株型緊湊，適于高密度栽培，在一定程度上能節約土地資源，提高單位面積產量[2]，因此短蔓西瓜是西瓜育種中的很重要的種質資源。生產栽培中應用的基本都是長蔓西瓜品種，短蔓西瓜品種較少，挖掘利用短蔓材料對西瓜育種工作具有重要意義。

短蔓西瓜是長蔓西瓜的突變體，由Mohr在1956年首次發現，之后又有學者進行了大量研究，主要包括短蔓西瓜突變體的誘變、遺傳分析及生產應用。張瑛等[3]對1份短蔓西瓜突變體（代號‘SV-1）進行遺傳分析，發現短蔓和長蔓西瓜雜交，F1代全是長蔓，F1代與長蔓親本雜交，其后代均表現為長蔓；而與短蔓親本雜交，后代蔓長性狀分離比率約為1∶1，由此可以說明西瓜短蔓株系‘SV-1的短蔓性狀由1對隱性等位基因控制。根據楊鼎新的綜述，控制短蔓西瓜性狀的有4個隱性基因位點，分別是dw-1、dw-2、dw-3和dw-4，其中dw-1和dw-3純合型短蔓西瓜坐瓜比較困難，而其他類型的短蔓西瓜則沒有類似的問題[4-5]。西瓜的結實率直接影響其在育種中的應用，植物結實率較低的原因有花器官發育不完全，親和性差和不良環境導致的授粉受精過程不正常，營養競爭導致的落花落果、花芽分化不完全[6]，但是對短蔓西瓜結實率低的原因尚未見報道。筆者從短蔓西瓜花粉生活力和形態結構初步探究其坐瓜難的原因。

1 材料與方法

1.1 材料

供試短蔓西瓜材料由國家西瓜甜瓜中期庫（河南鄭州）提供，該材料雄花發育不正常，自交坐瓜困難。普通二倍體對照為純合自交單系‘d127。供試植株在田間的生長狀態如圖1所示。在盛花期，開花前一天下午17：00給要取樣的花套上紙帽，開花當天早上6：00在田間取將要開放的花粉，放置在硫酸紙折成的小袋子內備用。

1.2 方法

采用掃描電鏡檢測花粉形態特征。首先將導電膠粘貼在樣品臺上，再將干燥過的花粉均勻地粘在導電膠上，用常規真空噴鍍法噴金90 s后，置于掃描電鏡下觀察，選取有代表性的視野，測定極軸、赤道軸長度，并進行顯微拍攝。對花粉性狀的描述標準參考劉文革等[7]對西瓜花粉的描述。

采用離體萌發法測定花粉生活力。將新鮮花粉播種在涂有培養基的載玻片上，然后將載玻片置于墊有雙層濕潤濾紙的培養皿中，放入光照培養箱培養。4 h后計算萌發率，花粉管長度超過花粉粒直徑1倍視為花粉萌發。離體萌發固體培養基配方：1% 瓊脂+ 15% 蔗糖 + 0.01% 硼酸，pH 為6.5。涂抹方法：用玻璃棒在載玻片上輕輕涂抹一層培養基，涂抹長度約2 cm，寬度與載玻片同寬。培養條件：溫度29 ℃，濕度80%～90%，暗培養4 h?；ǚ鄄シN方法：用頭發絲蘸取花粉，條播在培養基上?；ǚ坨R檢方法：取條播花粉的中間位置，在10×4倍光學顯微鏡下觀察，隨機觀察5個視野，計算花粉萌發率平均值。

2 結果與分析endprint

2.1 短蔓西瓜花粉形態特征

掃描電鏡的結果顯示，普通西瓜花粉萌發孔均為孔溝類型，具3孔溝，溝區有突起小顆粒。外壁具有清楚的網紋，網眼分布較均勻，大小不等，形狀不規則，網孔內可見較多乳狀突起，網脊表面平滑連續，如圖2-a所示?；ǚ鄞笮≌R一致，呈短橢球形，極軸和赤道軸比為1.34（表1）。

短蔓西瓜的花粉大部分皺縮空癟，沒有明顯的萌發溝，少數花粉外壁具有不連續的網紋，大部分花粉沒有網紋，網眼分布不均勻，大小不等，形狀不規則，外壁內陷，如圖2-b所示。短蔓西瓜花粉大小不一，極軸和赤道軸難以區分，比值為1.09。

2.2 短蔓西瓜花粉生活力

統計普通西瓜花粉和短蔓西瓜花粉生活力，發現在萌發培養基上培養4 h后，統計花粉管長度超過花粉直徑1倍的花粉，普通西瓜花粉萌發率達到了98%（圖3-a），而短蔓西瓜花粉萌發率只有9%（圖3-b）。在電鏡下，隨機觀察5個視野，統計花粉生活力，花粉萌發情況如表2所示。

3 討論與結論

短蔓西瓜是西瓜育種中的重要資源，種植短蔓西瓜不需要整枝、打杈、壓蔓，使得栽培更加容易且省工，而且短蔓西瓜有利于間作套種，可提高復種指數，提升經濟效益。短蔓西瓜具有很多優良潛質，值得進一步研究利用：如可以提高種植密度、增加產量；改革西瓜栽培方式，使西瓜生產更簡約；提高制種量；作為雜種一代純度鑒定的指標性狀[8]。利用短蔓西瓜資源可以配置出多個具有優良性狀的短蔓新品種，但是dw-1和dw-3純合型短蔓西瓜坐瓜比較困難，其結實率對資源的利用和保存具有重要意義。

因雄花發育不完全導致結實率降低的植物主要特征是花粉空癟皺縮或功能不正常，如水稻雄性不育系，其基本特征是雄性器官發育不良，花藥瘦小、干癟、不開裂、內含敗育花粉或無花粉等[9]。研究短蔓西瓜花粉萌發率和花粉形態發現，其花粉大部分為皺縮花粉，沒有明顯的萌發溝，這種形態特征導致了短蔓西瓜花粉萌發率低，最終影響了短蔓西瓜的結實率，因此呈現出了短蔓西瓜的難坐瓜習性。

參考文獻

[1] 中華人民共和國農業部.中國農業統計資料2015[M].北京：中國農業出版社，2015.

[2] 馬國斌，陳海榮，謝關興，等.矮生西瓜的研究與利用[J].上海農業學報，2004，2（3）：58-61.

[3] 張瑛，周如美，李愛民，等.短蔓西瓜突變體的獲得及其遺傳分析[J].中國瓜菜，2010，23（3）：30-31.

[4] 李國申，許愛嬌，董薇，等.西瓜矮化小果突變體的遺傳研究[J].園藝學報，2016，43（3）：571-577.

[5] 楊華，李永剛.介紹1個新的短蔓西瓜基因[J].中國瓜菜，2009，22（4）：32-33.

[6] STELA A S，LEANDRO P ，DUTRA C S，et al.Pollination of Adenocalymma bracteatum（Bignoniaceae）：floral biology and visitors[J].Neotro Entomol，2010，39（6）：941-948.

[7] 劉文革，王鳴，閻志紅.不同倍性西瓜花粉形態觀察[J].園藝學報，2003，30（3）：328-330.

[8] 楊鼎新.西瓜短蔓性狀的利用[J].中國瓜菜，2010，23（1）：31-33.

[9] 徐樹華.我國水稻主要雄性不育類型花粉發育的細胞學觀察[J].中國農業科學，1982，15（2）：9-13.endprint