野豌豆屬5個亞種植物花粉活力和柱頭可授性研究

李 舟，董 瑞

（貴州大學(xué)動物科學(xué)學(xué)院，貴州貴陽 550025）

野豌豆屬（Vicia）牧草為一年生或多年生豆科植物，多具有直立莖、蔓生或卷須攀援特性，在我國主要種植于長江中下游、西北及華北諸省區(qū)，該屬植物可用作優(yōu)良牧草、綠肥及農(nóng)田覆蓋作物，較廣的適應(yīng)性和優(yōu)良的經(jīng)濟價值使其在我國農(nóng)牧業(yè)系統(tǒng)中發(fā)揮了重要的作用[1-2]。該屬植物在全球劃分有190 余個物種[3]，Ball 等將其主要劃分為Vicia、Cracca、Ervum和Faba4 個亞屬[4]；Maxted 等則在原始的表型基礎(chǔ)上又進一步分類，將Vicia亞屬更為細(xì)致地劃分成9 個大系列，38 個種，14 個亞種[5]。在我國分布的本屬植物共有43種，其中劃分了4個變種，6個變型[2]。該屬植物大多為閉花授粉，當(dāng)前雜交育種是對其進行品種選育的主要手段。但由于該屬植物花蕾較小，在自然授粉條件下龍骨瓣會發(fā)生閉合現(xiàn)象，從而導(dǎo)致人工授粉時去雄和授粉費時費力[6]。在自然界，植物性繁殖過程中，兩性間的傳粉是繁殖的基礎(chǔ)，授粉的花粉粒必須在其具有較強活力時到達適宜的接受柱頭。因此，花粉粒的活性與柱頭的可授性是雜交育種中必不可少的研究內(nèi)容[7]。目前，對野豌豆屬植物的花粉活力及柱頭可授性等方面的研究報道較少。本文研究野豌豆屬5 個亞種植物花粉活力及柱頭可授性，旨在為野豌豆屬植物的有性繁殖特性，為種內(nèi)和種間人工雜交育種研究提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

研究材料由美國種植資源庫（NPGS）提供，對照材料為蘭箭1 號、蘭箭3 號，由國家農(nóng)業(yè)農(nóng)村部牧草與草坪草種子質(zhì)量監(jiān)督檢驗實驗中心提供（見表1）。所有24 個種質(zhì)均于2014 年4 月26 日種植在蘭州大學(xué)草地農(nóng)業(yè)科技學(xué)院榆中實驗站。

表1 研究材料來源

1.2 花粉活力測定

使用TTC 法測定花粉的活力和壽命[8]。具體方法是：于植物盛花期清晨8—9時分別采摘花瓣未展開和完全展開的新鮮花朵，將其花粉分別撒于載玻片上，滴加濃度為0.5%的TTC溶液，立即覆蓋蓋玻片，將制備好的載玻片放置于底部墊有濕潤濾紙的玻璃培養(yǎng)皿中，將培養(yǎng)皿置于37 ℃黑暗條件下孵育1 h，取出后立即置于電子顯微鏡下鏡檢觀測，統(tǒng)計載玻片中央3～5 個視野中染色成功的花粉所占比例（經(jīng)TTC 溶液染色后，植物花粉活力強的呈現(xiàn)紅色，色澤淡紅的活力次之，呈現(xiàn)無色的為無活力花粉）。每種植物材料均在田間隨機選取30朵小花進行測定，計算其花粉活力并對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析。

花粉活力=染色花粉數(shù)/觀察總花粉數(shù)×100%

1.3 柱頭可授性檢測

采用聯(lián)苯胺-過氧化氫法測定花的柱頭可授性[8]。于植物盛花期清晨8—9時分別采摘花瓣未展開和完全展開的花朵，將其（每種隨機選取30個）柱頭剪下后放入凹面載玻片中，滴入配置好的反應(yīng)液（1%聯(lián)苯胺、3%過氧化氫、水的體積比為4∶11∶22）。若花的柱頭具備可授性，則柱頭和其附近接觸的反應(yīng)液呈藍(lán)色并伴隨有大量氣泡出現(xiàn)；反之，則表明相應(yīng)的花柱頭無可授性或可授性較低。

1.4 統(tǒng)計分析

本研究采用ANOVA（單因素方差分析）對數(shù)據(jù)進行方差分析，使用Microsoft Excel 16.0 和SPSS 20.0軟件進行數(shù)據(jù)處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 花粉活力檢測結(jié)果

植物花粉有無活力及花粉活力的高低會對雌蕊授粉成功率產(chǎn)生顯著的影響。經(jīng)檢測，野豌豆屬5 個亞種植物的花粉活力在花瓣未展開和完全展開后表現(xiàn)出顯著的差異，當(dāng)花瓣未展開時，其花粉活力表現(xiàn)為77.3%～99.5%，而當(dāng)花瓣完全展開后，花粉活力表現(xiàn)為63.4%～89.4%。其中，4、6、11、12、15、17、20、21、23 和24 號種質(zhì)花粉活力在花瓣未展開時較高，均達99%以上；最低的為2 號種質(zhì)，僅為77.3%。而當(dāng)花瓣完全展開后，所有種質(zhì)的花粉活力均呈現(xiàn)出不同程度的下降趨勢。其中，1、4、5、6、13、14、16、17、18、23和24號種質(zhì)花粉活力仍能保持在85%以上，2 號和11 號種質(zhì)完全展開后花粉活力均在80%以下，分別為63.4%和79.5%（見表2），11 號種質(zhì)花粉活力下降最快。表明野豌豆屬植物花粉活力隨著散粉時間的延長呈現(xiàn)降低的趨勢，且降低幅度在不同亞種間及同一亞種的不同種質(zhì)間存在顯著差異。

表2 野豌豆屬植物5個亞種花粉活力檢測結(jié)果

2.2 柱頭可授性檢測結(jié)果

柱頭可授性檢測結(jié)果見表3。結(jié)果顯示，5個野豌豆屬亞種植物的柱頭在花瓣未展開時便具有柱頭可授性，且在花瓣展開后柱頭可授性與未展開時相比基本無變化。其中，2、3、4、6、13、14、15、16、17、18、21、23 和24 號種質(zhì)柱頭可授性較強；8、10 和22號種質(zhì)在花瓣未展開時和完全展開后均顯示僅具有可授性，表明這3 份種質(zhì)材料的柱頭結(jié)合能力較其他種質(zhì)弱；全部種質(zhì)中只有2 號種質(zhì)的柱頭可授性在花瓣完全展開后呈現(xiàn)出降低的趨勢。表明野豌豆屬植物柱頭可授性的持續(xù)時間較長，且不同亞種間及同一亞種的不同種質(zhì)間存在差異。

表3 野豌豆屬植物柱頭可授性聯(lián)苯胺-過氧化氫法檢測結(jié)果

3 討論

花粉活力是指植物產(chǎn)生的雄配子體在其花粉管中進行生長的能力[9]。植物花粉活力的強弱、保持活力的持續(xù)時間及授粉柱頭的可授性均具有較大的差異，一是由于植物物種不同而產(chǎn)生的差異，二是不同的環(huán)境因素也會對這些性狀產(chǎn)生較強的影響[7]。如血盆草（Salvia cavalerieiLevl.var.simplicifoliaStib.），其花粉在長達7 d 時間內(nèi)均可存在較強的活力。自然條件下，百日菊（Zinnia elegansJacq.）在天氣晴朗的上午采集的花粉活力要顯著高于下午采集的花粉[10]。而本研究中，野豌豆屬5 個亞種植物的花粉活力在花瓣未展開時與完全展開后相比出現(xiàn)了較大幅度的降低，表明其花粉活力持續(xù)時間較短，開花后花粉活力會隨著時間的延長而降低。因此，在后期雜交選育時應(yīng)選取花瓣未展開的花朵進行，有利于提高授粉的成功率。同時，花粉活力檢測結(jié)果表明24個種質(zhì)花粉全部都具備了活力，但花粉染色的程度存在一定的區(qū)別，其中7、8、10、12、15號種質(zhì)的花粉染色程度較淺，其花粉育性（受精的能力）的大小還需進一步的實驗加以驗證。

柱頭可授期是植物的花朵在成熟過程中一個十分重要的時期，其在較大程度上影響了不同植物的自花傳粉率及植物不同開花階段的傳粉成功率等[11]。不同植物柱頭的可授期具有較大的差異，其能夠持續(xù)的時間可從幾個小時延續(xù)到十幾天不等，影響柱頭可授期的主要因素是花的年齡，一天內(nèi)的不同授粉時間及授粉柱頭分泌物的有無等，這些因素對其均有顯著影響[7]。野生芍藥（Paeonia lactifloraPall.）的柱頭分泌黏液的時期大約是其花朵開花后的2 h，而其柱頭的可授性可以從開花第一天一直持續(xù)到第五天[11]。本研究中，野豌豆屬5 個亞種植物的柱頭可授性在花瓣未展開時同完全展開后相比大多數(shù)無顯著性改變，只有2號種質(zhì)出現(xiàn)了明顯的下降，可見野豌豆屬植物柱頭可授性持續(xù)時間較長。

結(jié)合花粉活力和柱頭可授性實驗結(jié)果，表明野豌豆屬植物花粉活力較易受開花時間和溫度等因素影響，而柱頭可授性受到影響較小。因此，后期進行人工雜交時應(yīng)盡量在晴朗的上午，選擇花瓣未展開的花蕾。

4 結(jié)論

野豌豆屬植物在全球分布廣泛，且屬內(nèi)植物大多數(shù)具有較高的經(jīng)濟價值，是重要的農(nóng)業(yè)種質(zhì)資源。花粉活力和柱頭可授性是作物雜交育種成敗與否的關(guān)鍵指標(biāo)之一，對作物新品種選育十分重要。本研究結(jié)果表明，5 個亞種的野豌豆屬植物花粉活力和柱頭可授性均較高，隨著散粉時間的延長，其花粉活力逐漸降低。這對野豌豆屬植物進行人工育種時雜交時間的選擇具有重要參考價值。