蘭科植物花粉離體萌發(fā)與貯藏研究進展

羅遠(yuǎn)華鐘淮欽方能炎黃敏玲

(1.福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物研究所，福建 福州 350013；2.福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院花卉研究中心，福建 福州 350013；3.福建省特色花卉工程技術(shù)研究中心，福建 福州 350013)

蘭科(Orchidaceae)植物是被子植物中的第2大類群，廣泛分布于熱帶、亞熱帶和溫帶地區(qū)。人工雜交是蘭科植物育種的重要手段，但自交不育、雜交不親和及花期不遇等現(xiàn)象在蘭科植物中普遍存在。為了提高人工授粉的親和性，解決不同種質(zhì)間花期不遇等問題，通常需要提早采集和保存花粉。因此，研究花粉的生活力和貯藏條件是必不可少的重要前提。花粉生活力是指花粉具有存活、生長、萌發(fā)或發(fā)育的能力。花粉生活力的測定主要有染色測定法、離體萌發(fā)測定法和授粉結(jié)實測定法等。因花粉離體萌發(fā)測定法易于識別、數(shù)據(jù)可靠，且可完全定量，在植物花粉生活力的檢測中應(yīng)用十分普遍。近年來，對蘭科植物花粉生活力與貯藏的研究取得了一定的進展，本文對蘭科植物花粉離體萌發(fā)與貯藏方面的研究進行了綜述與總結(jié)，以期為今后開展類似研究提供參考，見表1、表2。

表1 蘭科植物花粉離體萌發(fā)研究進展

表2 蘭科植物花粉貯藏研究進展

1 蘭科植物花粉的離體萌發(fā)

1.1 花粉采集

除植物本身的遺傳特性外，花粉采集時機會影響花粉的離體萌發(fā)效果。研究表明，長瓣兜蘭[2]從盛開前的花苞期時花粉就有一定的活性，至盛花期時花粉活力最強；束花石斛[12]盛花1～3d花粉活力保持在90%左右，花粉活力隨開花時間延長呈由強到弱的趨勢，開花至第9天時花粉活力僅為23.70%。因此，在進行花粉生活力鑒定或進行人工授粉時，應(yīng)采集當(dāng)天盛開花朵的花粉，能保持較高的生活力。

1.2 培養(yǎng)基成分

1.2.1 蔗糖

蔗糖不僅為花粉萌發(fā)和花粉管壁合成與伸長提供營養(yǎng)物質(zhì)，參與花粉粒物質(zhì)能量代謝，還維持培養(yǎng)基滲透壓的穩(wěn)定。適宜濃度的蔗糖能促進花粉的離體萌發(fā)，但蔗糖濃度過高時易導(dǎo)致花粉失水、質(zhì)壁分離甚至花粉破裂，抑制花粉萌發(fā)[13]。不同種類的花粉離體萌發(fā)所需的蔗糖濃度不同，如澳洲石斛[4]在蔗糖質(zhì)量濃度為10g·L-1時具有較好的離體萌發(fā)率，但大花蕙蘭[6，11]在蔗糖質(zhì)量濃度達(dá)到300g·L-1時才具有較好的離體萌發(fā)率。也有研究表明，蔗糖不是蘭科植物花粉離體萌發(fā)所必須的成分，如澳洲石斛[4]、竹葉蘭[5]在不添加蔗糖的培養(yǎng)基中也有少量萌發(fā)。

1.2.2 硼

B3+在花粉的形成、萌發(fā)及受精過程都起到重要的作用。B3+能增加花粉對糖的吸收、運轉(zhuǎn)和代謝，參與調(diào)控Ca2+的動態(tài)平衡[13]。多數(shù)蘭科植物在花粉離體萌發(fā)時需要補充外源B3+，但大花蕙蘭[11]不添加B3+時花粉也具有較好的萌發(fā)率，這可能與花粉粒內(nèi)含有的微量硼元素能滿足自身的離體萌發(fā)有關(guān)。

1.2.3 鈣

在花粉離體培養(yǎng)中，Ca2+的動態(tài)平衡影響花粉的萌發(fā)與花粉管的頂端生長，Ca2+濃度的紊亂會導(dǎo)致花粉管生長異常或完全停止[13]。在蘭科植物的花粉離體萌發(fā)中大多需要添加外源Ca2+以促進花粉的萌發(fā)，但不同種類所需濃度有較大差異。大花蕙蘭所需CaCl2的質(zhì)量濃度較高，達(dá)2.0g·L-1；而竹葉蘭及墨蘭所需CaCl2的質(zhì)量濃度較低，僅為0.005g·L-1。

1.2.4 其他成分

K+的電流變化以及內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上的Mg2+轉(zhuǎn)運系統(tǒng)會影響花粉的萌發(fā)和花粉管的生長，適宜濃度的K+和Mg2+對花粉離體萌發(fā)有一定促進作用。研究表明，K+和Mg2+對部分蘭科植物[14]的花粉的離體萌發(fā)和花粉管的生長有較好的促進作用。GA等外源植物生長調(diào)節(jié)劑能促進花粉的離體萌發(fā)，縮短萌發(fā)時間，如添加0.05g·L-1GA3能提高大花蕙蘭[11]花粉的離體萌發(fā)率。此外，也有研究表明活性炭、菠蘿汁[14]及高分子滲透劑PEG[3]等也能促進蘭科植物花粉的離體萌發(fā)。

1.3 培養(yǎng)條件

液體培養(yǎng)基能加速具有類脂膜包裹結(jié)構(gòu)的蘭科植物花粉塊的溶解與分散，提高萌發(fā)效率[4，9]，因此，蘭科植物花粉離體萌發(fā)多使用液體培養(yǎng)基。培養(yǎng)基pH值會影響花粉的透水性，在一定范圍內(nèi)，無距蝦脊蘭[8]花粉的離體萌發(fā)率隨pH值的升高呈先升后降的變化趨勢，適宜的pH值利于花粉孔的擴張，從而提高花粉的離體萌發(fā)率。適宜的培養(yǎng)溫度是提高花粉離體萌發(fā)率的重要因素，23～28℃適宜蘭科植物花粉的離體萌發(fā)。蘭科植物花粉離體萌發(fā)所需時間有較大的差異，聚石斛[7]、雜種卡特蘭[9]及墨蘭[10]的離體培養(yǎng)時間為24h，澳洲石斛[4]、竹葉蘭[5]及無距蝦脊蘭[8]的離體萌發(fā)時間為48h，而大花蕙蘭[6，11]的花粉的離體萌發(fā)時間較長，為96h。

2 蘭科植物花粉的貯藏

2.1 貯藏溫度

花粉是富含淀粉、脂肪以及某些激素的有生命顆粒。低溫可抑制花粉內(nèi)部物質(zhì)的代謝，減弱酶活性，降低呼吸作用，從而阻止花粉的衰老[15]。研究表明，鶴頂蘭[3]及竹葉蘭[5]的花粉在不同溫度中貯藏相同時間，溫度越低，花粉萌發(fā)率越高，花粉貯藏壽命隨溫度的降低而增加。通常在低溫或超低溫冷凍條件下，花粉貯藏壽命較長，如雜種卡特蘭[9]花粉在-20℃條件下貯藏720d仍有40.40%的萌發(fā)率。在進行花粉貯藏時，可根據(jù)貯藏目的及保存條件選擇不同的貯藏溫度。

2.2 花粉含水量

對大多數(shù)植物而言，花粉較低的相對濕度可抑制其代謝，減弱酶的活性，降低呼吸作用，從而減少貯藏期間可溶性糖類和有機酸的消耗，保持較長時間的生活力[15]。含水量過高的花粉在低溫冷凍保存過程中，細(xì)胞內(nèi)的水分固化的過程導(dǎo)致結(jié)冰過多，造成細(xì)胞膜受損，從而影響保存后的生活力。同時，花粉含水量與貯藏溫度的交互作用顯著影響花粉活力，適度降低花粉含水量有利于花粉活力的保持。研究表明，雜種卡特蘭[9]的花粉于4℃濕潤貯藏30d后，花粉萌發(fā)率僅為3.50%，而4℃干燥貯藏720d后，花粉萌發(fā)率達(dá)36.70%。但也有研究認(rèn)為，未經(jīng)干燥的新鮮花粉更利于低溫貯藏，這可能與物種及花粉結(jié)構(gòu)不同有關(guān)。如，聚石斛[7]濕潤花粉于-20℃貯藏90d后生活力為21.70%，授粉結(jié)實率達(dá)83.30%，經(jīng)過干燥的花粉在-20℃貯藏90d后，花粉生活力僅為6.40%，授粉結(jié)實率為25.00%，濕潤的花粉更利于貯藏。蘭科植物花粉主要采用硅膠、真空等干燥方法，但絕大多數(shù)研究并未明確花粉含水量對貯藏時間的影響。

3 問題與展望

花粉離體萌發(fā)率并不完全等同于花粉生活力，因為具有萌發(fā)能力的花粉，在其授粉后不一定能正常結(jié)實。因此，有必要根據(jù)不同物種以及花粉不同發(fā)育時期，結(jié)合多種方法來評價花粉生活力。目前，蘭科植物花粉離體萌發(fā)的研究主要集中在培養(yǎng)基成分及培養(yǎng)條件的篩選，對花粉離體萌發(fā)的機理研究較少，從細(xì)胞學(xué)水平來揭示花粉離體萌發(fā)與其內(nèi)部變化之間的關(guān)系，從分子水平挖掘花粉生活力相關(guān)基因是未來研究的重要內(nèi)容與方向。

花粉生活力保持時間的長短與物種遺傳因素和環(huán)境因素有關(guān)。在花粉離體保存中，要明確適宜花粉貯藏的最佳含水量等，并根據(jù)花粉特性與保存目的來選擇適宜的貯藏溫度。同時，要積極探索低壓環(huán)境、有機溶劑、氣體介質(zhì)等不同條件對花粉生活力的影響，從而探索新的貯藏方法。此外，花粉保存是否成功，不僅要測定其離體萌發(fā)率，更要通過人工授粉統(tǒng)計結(jié)實性來鑒定其真實的生活力。