赤霉素對棗花繁殖生物學特性的影響

阿布都卡尤木·阿依麥提，樊丁宇，郝 慶，曾 斌，張翔飛，余鎮藩，唐義蓮

(1.新疆農業大學林學與園藝學院, 烏魯木齊 830052; 2 新疆農業科學院園藝作物研究所，烏魯木齊 830091)

0 引 言

【研究意義】棗(ZiziphusjujubaMill.)，為鼠李科(Rhamnaceae)棗屬(ZizyphusMill.)，是中國特色果樹之一，也是新疆栽培面積最大的果樹樹種[1-2]。棗樹雜交種的選育基本上是以選育為基礎，但基礎薄弱[3]，主要是棗樹開花到采收中落花落果很嚴重，自然坐果率低。研究開展盛花期噴施不同濃度的赤霉素對灰棗和駿棗花粉萌發和活力的影響，對生產中促進授粉受精和高效栽培具有重要意義。【前人研究進展】張艷青[4]研究表明，在低濃度的GA3處理(20和40 mg/L)對花粉成活率沒有顯著影響，濃度超過40 mg/L，對花粉成活有抑制作用，而且影響顯著。魏嬋嬋[5]研究表明，當赤霉素的濃度為55 mg/L時花粉的萌發率最高。在濃度小于55 mg/L時促進作用隨赤霉素濃度的升高逐漸增強，當赤霉素濃度高于55 mg/L時，對花粉的促進作用會逐漸減弱。李政紅等[6]研究了不同濃度的赤霉素對犁花粉萌發的影響，結果表明，較低濃度的赤霉素能促進花粉萌發率，而超過一定濃度時卻起到抑制作用，這與盧精林等[7]研究的釀酒葡萄及金亞征等[8]研究的杏花粉萌發的研究結果一致。【本研究切入點】棗樹的開花量大，但是坐果率低，一般自然坐果率僅1%左右，大多數棗品種存在嚴重的胚敗育現象[9]。了解紅棗花粉萌發和活力的特性對赤霉素響應至關重要。經前期試驗情況，低濃度的赤霉素對灰棗和駿棗的花粉萌發率和活力有一定的促進，高濃度有顯著的抑制作用，但是不同濃度對柱頭可授性的影響并不大。研究赤霉素對零花粉萌發特性的影響。【擬解決的關鍵問題】通過在盛花期噴施不同濃度的赤霉素，采用定位觀測結合顯微觀察的方法，研究其對花粉萌發特性的影響，為實踐生產中促進授粉受精和相關研究提供參考和理論依據。

1 材料與方法

1.1 材 料

供試材料取自新疆阿克蘇地區溫宿縣新疆林業科學院佳木國家重點林木良種基地的紅棗園，N41°15’，E80°32’，海拔1 103.8 m。該資源圃屬于大陸性干旱荒漠氣候，晝夜溫差大；春季持續較短，多有大風降溫天氣，年均降水量634 mm，年蒸發量為2 956.3 mm；年均氣溫為10.1℃，年均日照時數2 747.7 h，無霜期195 d。

材料為新疆主栽品種灰棗和駿棗，均為8年生。從2019年6月上旬到7月初，自田間任意采集樹冠外圍多年生枝上新開花朵的棗吊。花藥取自2個品種的蕾黃期花蕾和萼片展平期的花朵。

1.2 方 法

1.2.1 赤霉素(GA3)處理

于2019年6月14日對灰棗和駿棗的盛花期進行了赤霉素(GA3)噴施處理，處理濃度分別為0、10、20、30、40和50 mg/L，0(CK)處理以噴清水作對照，每處理為3棵樹作為1個重復。

1.2.2 花粉萌發率和花粉管長度的測定

分別于赤霉素處理后1、2、3、4、5、6和7 d 對灰棗和駿棗進行花粉取樣，檢測花粉萌發率。花粉萌發率測定采用離體培養法[10]，在載玻片上用膠頭滴管滴2層培養基(培養基含 1% 瓊脂、0.01% 硼酸、15% 蔗糖)，任意采集各品種萼片展平期的花朵，再將新鮮花粉抖落在培養基上。其次，將粘有花粉的載玻片放入培養皿內，以及保持培養環境的濕度，置于 26℃的培養箱內暗培養，24 h 后在顯微鏡下觀察并拍照。萌發時花粉管長度超過花粉直徑的視為已萌發花粉，每組處理選擇3個視野，以紅棗花粉極軸為43.34～56.45 μm作為平均值[11]，用CAD軟件測量9個花粉管長度，每組處理重復3次。

花粉萌發率(%)=(花粉管長度大于花粉直徑的花粉數量/觀察花粉數量)×100%。

1.2.3 花粉活力的測定

花粉活力的測定主要采用I-KI(碘-碘化鉀)染色法[12]，分別于赤霉素處理后1、2、3、4、5、6和7 d 對灰棗和駿棗進行花粉活力測定。I-KI(碘-碘化鉀)染色法：取少量花粉均勻撒于載玻片上，滴1小滴I-KI(0.1%)溶液，蓋上蓋玻片，將其置于25℃恒溫箱中10～15 min后，顯微鏡下觀察染色情況，被染成藍色的花粉視為有活力的花粉。

花粉活力=(染色花粉數量/總花粉數量)×100%。

1.2.4 柱頭可授性的測定

用MTT(聯苯胺-過氧化氫法)測定柱頭可授性[13]。不同品種赤霉素處理后取單花開6個階段的柱頭，將柱頭浸入含有聯苯胺-過氧化氫反應液(1%聯苯胺∶3%過氧化氫∶水=4∶11∶22，體積比)的凹面載玻片中，如果柱頭具有可授性，則在柱頭周圍呈藍色(藍黑色)，出現大量氣泡，無變色、無氣泡生成或極少量氣泡生成即弱或沒有可授性的柱頭。

1.2.5 花粉量的測定

采用血球計數法測定[14]。分別于赤霉素處理后1、3、5、7和10 d取各品種蕾黃期的花蕾各90 枚，用尖鑷子撥取花藥，平均放入3個干燥的離心管，在避光自然散粉。待花粉散粉后，每個離心管滴入1%的六偏磷酸鈉溶液 1.5 mL 加蓋振蕩，使花粉呈懸浮態。然后吸取 0.5 μL 懸浮液滴于血球計數板上，在顯微鏡下觀察血球計數儀上 400個小方格內的花粉數量，每個濃度和品種進行4次重復，取4次重復的平均值，計算單個花藥花粉數量。

單花藥花粉數量=400 個小方格內總花粉數×1 000×2/0.5/30。

1.3 數據處理

采用 Excel 2010 進行數據統計，AutoCAD和SPSS 19.0 軟件進行處理和分析。

2 結果與分析

2.1 不同濃度赤霉素對灰棗花粉萌發和花粉管生長的影響

研究表明,不同濃度赤霉素和噴施后不同時間對灰棗花粉萌發率和花粉管長度的影響存在差異，處理后1～7 d花粉萌發率和花粉管長度隨著處理濃度的升高均呈現出“先增強后減弱”的變化趨勢，表現出低濃度赤霉素促進灰棗花粉萌發率和花粉管生長，高濃度則抑制。當赤霉素濃度為20 mg/L時，處理后1～7 d花粉萌發率顯著高于對照，花粉管長度差異不顯著，處理后3 d花粉萌發率最高，達到25.94%，花粉管長度最長，為672.09 μm。圖1

注: 垂直線代表標準誤差, n≥9; 不同字母表示處理間的差異顯著(P<0.05)

Note: Vertical bars indicate SE, n≥9; Different letters indicate significant differences among treatments atP<0.05

圖1 灰棗赤霉素處理后1～7 d的花粉萌發率和花粉管長度變化

Fig.1 Determination of pollen germination rate and tube length after 1-7 days of gibberellin treatment on Huizao

2.2 不同濃度霉素對駿棗花粉萌發和花粉管生長的影響

研究表明,處理后1～7 d花粉萌發率和花粉管長度的變化趨勢同灰棗基本一致，均呈現出“先增強后減弱”的變化趨勢，當赤霉素濃度為20 mg/L時，處理后2 d、3 d花粉萌發率顯著高于對照，花粉管長度差異不顯著，處理后2 d駿棗的花粉萌發率和花粉管長度達到最大值，分別為27.56%、758.64 μm。圖2

注: 垂直線代表標準誤差, n≥9; 不同字母表示處理間的差異顯著(P<0.05)

Note: Vertical bars indicate SE, n≥9; Different letters indicate significant differences among treatments atP<0.05

圖2 駿棗赤霉素處理后1～7 d的花粉萌發率和花粉管長度變化

Fig.2 Determination of pollen germination rate and tube length after 1-7 days of gibberellin treatment on Junzao

圖3 不同濃度赤霉素對灰棗花粉活力的影響(%)

Fig.3 Effects of different concentrations of gibberellins on pollen viability of Huizao(%)

圖4 不同濃度的赤霉素對駿棗花粉活力的影響(%)

Fig.4 Effects of different concentrations of gibberellins on pollen viability of Junzao(%)

2.3 不同濃度赤霉素對花粉活力的影響

研究表明,不同處理時間、濃度和品種之間花粉活力存在差異。2個品種的花粉活力隨著濃度的增加和處理時間的延長均呈“先增強后減弱”的趨勢。灰棗20 mg/L的赤霉素處理后3 d花粉活力最高，為87.09%，與對照存在顯著差異；駿棗10 mg/L赤霉素處理后2 d的花粉活力最高，達到86.84%，顯著高于對照(73.02%)。駿棗較灰棗的花粉活力對赤霉素更敏感。圖3，圖4

2.4 不同濃度赤霉素對柱頭可授性的影響

研究表明,灰棗和駿棗在不同濃度和不同開花時間段柱頭可授性的變化趨勢與花粉萌發率和花粉活力基本一致，均呈現出“先增強后減弱”的變化趨勢。灰棗和駿棗從蕾裂期到萼片展平期，在20 mg/L的濃度處理下用MTT可以檢測到其少部分柱頭的可授性由弱變強，2個品種在花瓣下垂期到雄蕊展平期且濃度不高于40 mg/L時，柱頭均具有強可授性，但是從蕾裂期到雄蕊展平期，當處理濃度為50 mg/L時，柱頭的可授性均弱于對照組和其他處理濃度，低濃度處理對灰棗和駿棗柱頭可授性沒有明顯的影響，可是高濃度赤霉素能抑制棗花柱頭可授性。生產上灰棗和駿棗最佳授粉時間應該在花瓣展平期到雄蕊展平期之間。表1

表1 不同濃度赤霉素處理下2個棗品種柱頭可授性

Table 1 Effects of different concentrations of gibberellins on the acceptability of stigma in Huizao and Junzao

開花進程Floweringprocess駿棗Junzao(mg/L)灰棗Huizao(mg/L)CK1020304050CK1020304050蕾裂期Budbrokenstage--+/-+/----+/-+/----萼片展平期Sepalflattenedstage+++++++++++++/-花瓣展平期Petalflattenedstage+++++++++++++++++++++++花瓣下垂期Petaldroppedstage++++++++++++++++++++++++++++++++++雄蕊展平期Stamenspreadingstage++++++++++++++++++++++++++++++++++雄蕊下垂期Stamendroppedstage+++++++++++++++++++++

注: - 示柱頭不具可授性；+ 示柱頭具弱可授性；++ 示柱頭具較強可授性；+++ 示柱頭具強可授性；+/- 指少部分柱頭具弱可授性，大部分柱頭不具可授性

Note: - means no reception of stigma; + means stigmas have weak reception; ++ means stigmas have high reception; +++ means stigmas have higher reception; +/- means some have weak reception, some have not

2.5 不同濃度赤霉素對花粉量的影響

研究表明,不同濃度赤霉素處理后，駿棗的單個花藥花粉數量為1 250～5 000粒，其中，10和20 mg/L的赤霉素處理后7 d單個花藥花粉數量分別達到5 000和4 750粒，與對照差異顯著；灰棗的單個花藥花粉數量為1 500～5 000粒，20 mg/L的赤霉素處理后5 d單個花藥花粉數量為5 000粒，與對照和其他處理存在顯著差異。低濃度的赤霉素能增加單花藥花粉量，高濃度能減少單花藥花粉量。圖5，圖6

圖5 不同濃度赤霉素下灰棗花粉量變化(粒)

Fig.5 Effects of different concentrations of gibberellins on pollen viability of Huizao(granule)

圖6 不同濃度赤霉素下駿棗花粉量變化(粒)

Fig.6 Effects of different concentrations of gibberellins on pollen viability of Junzao(granule)

3 討 論

品種間以及不同濃度和不同處理對花粉萌發率也不同。過高的GA3不利于花粉萌發和花粉管生長, 低濃度的GA3對其花粉離體萌發促進作用最顯著[15]。研究中，花粉離體培養 24 h 后的駿棗在20 mg/L濃度處理的第2 d達到最高的萌發率，達27.56%，而灰棗同樣濃度第3 d才能達到最高的萌發率為25.94%；駿棗的花粉管長度以10和20 mg/L濃度處理的第2 d最長，達758.64和742.54 μm；灰棗的花粉管長度以20 mg/L濃度處理的第2 d和第3 d，達652.51和672.09 μm；2個品種以50 mg/L的濃度處理從第1 d到第7 d的萌發率和花粉管長度比對照的萌發率和花粉管長度低，高濃度的赤霉素對駿棗和灰棗的花粉有一定的抑制作用，這與GA3處理對花粉有較強的抑制作用的結論一致[16]。

果樹花粉生活力對于田間授粉、雜交育種及探討花粉生理代謝過程等具有重要參考意義[12,17]。研究表明,不同濃度的赤霉素對花粉活力的影響也存在顯著差異；駿棗和灰棗的花粉活力整體隨濃度的增加和時間的延長呈現“先增強再減弱”的趨勢，這與前人花粉活力變化趨勢基本一致[18-19]。研究結果還表明，駿棗用10 mg/L赤霉素處理第2 d的花粉活力最高，能達到86.84%，與對照的73.02%之間有顯著差異，而灰棗20 m g/L赤霉素處理的第3 d才達最高的花粉活力，為87.09%，駿棗較灰棗的花粉活力對赤霉素更敏感，證實了駿棗和灰棗的花粉活力受外源赤霉素的調控，同時受品種遺傳特性的影響。

柱頭是花粉的天然培養基，對柱頭上花粉的粘附、水分和花粉管的生長提供物質支持。柱頭的可授性越高，則柱頭接受的花粉和保持花粉萌發的能力就越高[20-23]。棗樹單花開放進展分為6個階段，依次是蕾裂期、萼片展平期、花瓣展平期、花瓣下垂期、雄蕊展平期和雄蕊下垂期。研究表明，赤霉素能影響柱頭的可授性，表現為低濃度(10～30 mg/L)促進柱頭的可授性，而高濃度(50 mg/L)產生抑制。駿棗和灰棗最佳授粉時間在花瓣展平期到雄蕊展平期之間，這與陸婷[24]的研究結果一致。

棗樹不同品種的花粉量存在差異[25]，與研究結果一致。同時，研究還認為外源赤霉素的處理時間和濃度對灰棗、駿棗的花粉量有顯著影響，且不同濃度之間差異明顯。這可能是由于通過在花期噴施外源性赤霉素能提高花粉細胞的減數分裂過程。

4 結 論

不同濃度赤霉素和噴施后不同時間對棗樹花粉萌發率、花粉管長度、花粉活力和花粉量以濃度的升高(0～30 mg/L)均呈現出“先增強后減弱”的變化趨勢。駿棗在10和20 mg/L濃度處理的第2 d達到最高的活力和萌發率，均達86.84%和27.56%，而灰棗同樣濃度第3 d才能達到最高為87.09%和25.94%；駿棗的花粉管長度以10 mg/L濃度處理的第2 d最長，達758.64 μm；灰棗的花粉管長度以20 mg/L濃度處理的第3 d，達672.09 μm；柱頭的可授性和花粉量表現為低濃度(10 ～30 mg/L)有一定的促進，而高濃度(50 mg/L)產生抑制作用。