短蔓西瓜花粉形態(tài)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(tài)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了測定。結(jié)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(qū)分，比值為1.09；普通西瓜花粉4 h萌發(fā)率達(dá)到了98%，而短蔓西瓜花粉的萌發(fā)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(fā)率低和花粉畸形有關(guān)。

關(guān)鍵詞： 短蔓西瓜； 花粉萌發(fā)率； 花粉結(jié)構(gòu)

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(chǎn)與消費大國，2015年全國種植面積186.07萬hm2，栽培面積和產(chǎn)量均居世界首位[1]。節(jié)間長度是西瓜重要的株型性狀之一。節(jié)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(jié)約土地資源，提高單位面積產(chǎn)量[2]，因此短蔓西瓜是西瓜育種中的很重要的種質(zhì)資源。生產(chǎn)栽培中應(yīng)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(fā)現(xiàn)，之后又有學(xué)者進(jìn)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(chǎn)應(yīng)用。張瑛等[3]對1份短蔓西瓜突變體（代號‘SV-1）進(jìn)行遺傳分析，發(fā)現(xiàn)短蔓和長蔓西瓜雜交，F(xiàn)1代全是長蔓，F(xiàn)1代與長蔓親本雜交，其后代均表現(xiàn)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(jù)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(jié)實率直接影響其在育種中的應(yīng)用，植物結(jié)實率較低的原因有花器官發(fā)育不完全，親和性差和不良環(huán)境導(dǎo)致的授粉受精過程不正常，營養(yǎng)競爭導(dǎo)致的落花落果、花芽分化不完全[6]，但是對短蔓西瓜結(jié)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(tài)結(jié)構(gòu)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(fā)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(tài)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(dāng)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(nèi)備用。

1.2 方法

采用掃描電鏡檢測花粉形態(tài)特征。首先將導(dǎo)電膠粘貼在樣品臺上，再將干燥過的花粉均勻地粘在導(dǎo)電膠上，用常規(guī)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(jìn)行顯微拍攝。對花粉性狀的描述標(biāo)準(zhǔn)參考劉文革等[7]對西瓜花粉的描述。

采用離體萌發(fā)法測定花粉生活力。將新鮮花粉播種在涂有培養(yǎng)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(yǎng)皿中，放入光照培養(yǎng)箱培養(yǎng)。4 h后計算萌發(fā)率，花粉管長度超過花粉粒直徑1倍視為花粉萌發(fā)。離體萌發(fā)固體培養(yǎng)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(yǎng)基，涂抹長度約2 cm，寬度與載玻片同寬。培養(yǎng)條件：溫度29 ℃，濕度80%～90%，暗培養(yǎng)4 h。花粉播種方法：用頭發(fā)絲蘸取花粉，條播在培養(yǎng)基上。花粉鏡檢方法：取條播花粉的中間位置，在10×4倍光學(xué)顯微鏡下觀察，隨機觀察5個視野，計算花粉萌發(fā)率平均值。

2 結(jié)果與分析endprint

2.1 短蔓西瓜花粉形態(tài)特征

掃描電鏡的結(jié)果顯示，普通西瓜花粉萌發(fā)孔均為孔溝類型，具3孔溝，溝區(qū)有突起小顆粒。外壁具有清楚的網(wǎng)紋，網(wǎng)眼分布較均勻，大小不等，形狀不規(guī)則，網(wǎng)孔內(nèi)可見較多乳狀突起，網(wǎng)脊表面平滑連續(xù)，如圖2-a所示。花粉大小整齊一致，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(fā)溝，少數(shù)花粉外壁具有不連續(xù)的網(wǎng)紋，大部分花粉沒有網(wǎng)紋，網(wǎng)眼分布不均勻，大小不等，形狀不規(guī)則，外壁內(nèi)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(qū)分，比值為1.09。

2.2 短蔓西瓜花粉生活力

統(tǒng)計普通西瓜花粉和短蔓西瓜花粉生活力，發(fā)現(xiàn)在萌發(fā)培養(yǎng)基上培養(yǎng)4 h后，統(tǒng)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(fā)率達(dá)到了98%（圖3-a），而短蔓西瓜花粉萌發(fā)率只有9%（圖3-b）。在電鏡下，隨機觀察5個視野，統(tǒng)計花粉生活力，花粉萌發(fā)情況如表2所示。

3 討論與結(jié)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(fù)種指數(shù)，提升經(jīng)濟效益。短蔓西瓜具有很多優(yōu)良潛質(zhì)，值得進(jìn)一步研究利用：如可以提高種植密度、增加產(chǎn)量；改革西瓜栽培方式，使西瓜生產(chǎn)更簡約；提高制種量；作為雜種一代純度鑒定的指標(biāo)性狀[8]。利用短蔓西瓜資源可以配置出多個具有優(yōu)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(jié)實率對資源的利用和保存具有重要意義。

因雄花發(fā)育不完全導(dǎo)致結(jié)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(fā)育不良，花藥瘦小、干癟、不開裂、內(nèi)含敗育花粉或無花粉等[9]。研究短蔓西瓜花粉萌發(fā)率和花粉形態(tài)發(fā)現(xiàn)，其花粉大部分為皺縮花粉，沒有明顯的萌發(fā)溝，這種形態(tài)特征導(dǎo)致了短蔓西瓜花粉萌發(fā)率低，最終影響了短蔓西瓜的結(jié)實率，因此呈現(xiàn)出了短蔓西瓜的難坐瓜習(xí)性。

參考文獻(xiàn)

[1] 中華人民共和國農(nóng)業(yè)部.中國農(nóng)業(yè)統(tǒng)計資料2015[M].北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2015.

[2] 馬國斌，陳海榮，謝關(guān)興，等.矮生西瓜的研究與利用[J].上海農(nóng)業(yè)學(xué)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(xué)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(tài)觀察[J].園藝學(xué)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(fā)育的細(xì)胞學(xué)觀察[J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，1982，15（2）：9-13.endprint