9份甘蔗核心种质的初花期花粉活力

2017-05-30陈俊吕常海龙王勤南张伟邱永生符成胡后祥周峰吴其卫刘壮李奇伟

安徽农业科学 2017年35期

陈俊吕常海龙王勤南张伟邱永生符成胡后祥周峰吴其卫刘壮李奇伟

摘要 [目的]采用离体萌发法，测试9份甘蔗核心种质初花期的花粉成熟度及其花粉活力的特性。[方法]采集当天开放的雄性花粉，将花粉均匀撒播在液体培养基上，24 ℃暗培养2 h，研究初花期的花粉活力。[结果]9份甘蔗核心种质初花期的花粉成熟度变化范围为58.5%～94.5%，花粉萌发率为13.9%～44.3%，花粉管生长速度为31.4～89.3 μm，花粉粒大小为860.6～1 879.1 μm2，品种间存在明显的差异。花粉成熟度、花粉萌发率、花粉管长度、花粉粒大小4指标间极显著正相关。各项因子分别聚类分析，结果显示测试品种中花粉成熟度小、花粉萌发率低、花粉管生长速度慢且花粉粒小的品种相对较多，占44.4%，这类品种在杂交育种应用上可选择作母本。[结论]花粉离体萌发技术可以被作为甘蔗育种人员在甘蔗品种改良方案进行双亲杂交测定所需花粉育性的1种工具。

关键词甘蔗；初花期；花粉成熟度；花粉活力；聚类分析

中图分类号S566.1文献标识码A文章编号0517-6611（2017）35-0045-03

Abstract[Objective] To detect the maturation and viability characteristics of Saccharum germplasm （9 cultivars） pollens at flowering stage by in vitro germination method. [Method] Male pollen opened on the day was collected. Then， spread the pollen evenly in the liquid medium. They were dark cultured at 24 ℃ for 2 h to study pollen maturation in early flowering stage. [Result] There were significant variations in the pollen maturation， germination rate， length of the pollen tubes and size of the pollens among the 9 cultivars. It was observed that pollen maturation ranged from 58.5% to 94.5%， germination rate range from 13.9% to 44.3%， length of the pollen tubes ranged from 31.4 to 893 μm， and size of pollen ranged from 860.6 to 1 879.1 μm2 . There was significant positive correlation in pollen maturation， germination rate， length of the pollen tubes and size of the pollen. Further cluster analysis were carried on individually based on the above data. The population of the cultivars with low maturation， low germination rate， short pollen tube length and small size pollen accounted for 44.4% of the total tested cultivars. These cultivars had the potential to be used as female parents for crossbreeding. [Conlusion] Pollen in vitro germination techniques can be used as a method for sugarcane breeders to carry out bacon hubridization in the sugarcane variety improvement program required for pollen fertility.

Key wordsSaccharum；Flowering stage；Pollen maturation；Pollen viability；Cluster analysis

甘蔗是甘蔗屬（Saccharum）的总称。它不仅是我国制造蔗糖的糖料作物之一，而且可用来提炼乙醇作为能源替代品[1]。海南甘蔗育种场是全国甘蔗杂交制种基地，其甘蔗杂交花穗生产和亲本利用情况是我国甘蔗品种改良状况的缩影[2]。杂交育种是甘蔗新品种选育的一种重要方法[3-6]。花粉在杂交制种中起关键作用，花粉成熟度和花粉活力是杂交成功的主要因素。因此，了解甘蔗花粉活力对杂交育种过程中亲本选配具有重要意义。目前，国内许多研究发现花粉活力在品种间有较大差异[7-10]，然而在甘蔗上尚鲜见报道。离体萌发法测定花粉活力较稳定可靠[11]，因此，笔者测定比较了海南甘蔗育种场常用选配的9 份甘蔗核心种质初花期花粉成熟度及其花粉萌发率、花粉粒大小和花粉管长度，旨在为甘蔗杂交育种、生殖发育和生产应用提供参考。

1材料与方法

1.1材料

供试材料为种植于广州甘蔗糖业研究所海南甘蔗育源圃中的9个1年生，且株龄、长势一致的甘蔗栽培品种（表1）。

1.2方法

采用离体培养法测定花粉萌发率。在晴天上午08：30—09：30（若阴天等气温偏低的状态时则晚一些时间）

采集当天开放的雄性花粉，装于离心管中，将花粉均匀撒播在液体培养基400 mg/L硼酸+200 mg/L硝酸钙+100 mg/L硝酸钾+1 g/L硫酸镁+1 g/L琼脂+200 g/L蔗糖（pH 60）上，置于水浴锅24 ℃暗培养2 h后，进行观察和记录，并统计数据。

1.3测定指标

用Olympus PXS-1020 体视显微镜计数，每个甘蔗品种取5个固定的视野，统计花粉成熟度、花粉萌发率、花粉管长度、花粉粒大小。花粉萌发以花粉管长度大于花粉粒直径为标准。每视野花粉粒总数不低于50粒，且随机选取20个花粉粒测定花粉管长度、花粉萌发率和花粉粒大小。试验共3次重复。

单枝花穗花粉成熟度=已成熟的花粉粒数/花粉粒总数×100%；

花粉萌发率=已萌发的花粉粒数/花粉粒总数×100%。

1.4数据统计与分析

试验数据用平均值±标准差表示，通过SPSS 19.0软件进行分析。采用Duncan多重比较法进行显著性比较；采用类平均距离法进行聚类分析；采用Excel 2007、Word 2007绘制图表。

2结果与分析

2.19份甘蔗种质的初花期花粉成熟度的比较

由表2可知，甘蔗花粉成熟度因品种而异，测试的9份甘蔗种质变幅为58.5%～94.5%。9 份甘蔗种质均可观测到成熟花粉粒，整体平均值为79.7%。高于品种平均值的有5个品种，占试验总数的55.6%。以花粉成熟度为指标，采用类平均距离法进行聚类分析，当类间距离为3.58时，9个甘蔗品种明显分为4个类群：Ⅰ类群包括ROC26、崖城25号、崖城97-47、科五、ROC22，共5个品种，占试验总数的55.6%，花粉成熟度较大（84.5%～94.5%）；Ⅱ类群花粉成熟度小，为65.1%～69.1%，包括云蔗89-351、云蔗94-343，占总数的222%；粤糖93-159单独聚为Ⅲ类，其花粉成熟度较小（585%）；Ⅳ類群包括崖城12号，其花粉成熟度居中，为75.8%；4个类群间差异极显著。

2.29份甘蔗种质初花期花粉活力的比较

2.2.1

花粉萌发率的比较。由表2可知，9份甘蔗种质的初花期花粉均具有活力，其萌发率平均值为23.0%，萌发率最低为13.9%（粤糖93-159），最高为44.3%（崖城25号），品种间萌发率差异较大。采用类平均距离法进行聚类分析表明，取类间距离为5.07，则9份甘蔗种质聚为3类：ROC26、粤糖93-159、云蔗89-351、云蔗94-343、崖城12号聚为Ⅰ类，萌发率为13.9%～19.7%，是花粉萌发率较低的品种；崖城97-47、科五、ROC22聚为Ⅱ类，萌发率为23.9%～312%，其花粉萌发率居中；崖城25单独聚为Ⅲ类，萌发率为44.3%，是萌发率较高的品种。Ⅲ类群占总品种的11.1%，与其他2个类群间存在极显著差异。

2.2.2花粉粒大小的比较。

由表2可知，9份甘蔗种质的初花期花粉粒大小平均值为1 319.2 μm2，花粉粒最大是崖城25号，为1 879.1 μm2，最小是粤糖93-159，为860.6 μm2 。以花粉粒大小为指标，系统聚类分析结果表明，当距离为437时，9个甘蔗品种明显聚为4类：ROC26、云蔗94-343、粤糖93-159聚为Ⅰ类群，花粉粒为860.6～1 001.7 μm2，是花粉粒较小的品种，Ⅰ类群占试验品种的33.3%；崖城12号单独聚为Ⅱ类，花粉粒为1 184.3 μm2；ROC22、云蔗89-351、科五、崖城97-47共4个品种聚为Ⅲ类群，Ⅲ类群的花粉粒大小居中，平均值为1 487.9 μm2；崖城25号单独聚为Ⅳ类，其花粉粒为1 879.1 μm2，是花粉粒较大的品种。其中，Ⅳ类占总品种的111%，与其他3个类群间存在极显著差异。

2.2.3花粉管生长长度的比较。由表2可知，不同甘蔗品种花粉管长度有明显差异，测试材料的花粉管长度平均生长量为54.7 μm，最小值为31.4 μm（粤糖93-159），最大值为89.3 μm（崖城25号）。试验中测得的花粉管长度均为2 h的生长量，所以该数据可反映花粉管的生长速度。以花粉管长度为指标，系统聚类分析表明，取类间距离为2.96时，9个测试品种可分为4个类群：Ⅰ类群包括ROC26、崖城12号、科五3个品种，生长量为46.2～49.1 μm，是花粉管生长较慢的品种，与其他类群差异极显著；Ⅱ类群包括粤糖93-159、云蔗94-343、云蔗89-351共3个品种，为生长慢的品种，平均生长长度为34.0 μm；Ⅲ类群包括崖城25号、ROC22共2个品种，长度85.1～89.3 μm，为花粉管生长较快的品种。其中，Ⅲ类群占总品种22.2%，其花粉管长度显著高于其他3个类群；崖城97-47单独聚为Ⅳ类，是生长快的品种，生长量为72.7 μm。

2.39份甘蔗种质的初花期花粉成熟度与花粉活力的相关性及聚类分析

采用SPSS 19.0软件进行相关分析，结果表明花粉成熟度与花粉管长度、花粉萌发率与花粉管长度、花粉管长度与花粉粒大小相关系数分别为0.77、0.92、0.75，指标间均存在极显著正相关。以花粉萌发率、花粉成熟度、花粉粒大小和花粉管长度为指标，采用类平均距离法进行系统聚类，取类间距离为4.58时，9份甘蔗品种划为4类（图1）：Ⅰ类群花粉萌发率最低，花粉成熟度最小，花粉管生长速度较慢，花粉粒最小；Ⅱ类群花粉萌发率较低，花粉成熟度较大，花粉管生长速度最慢，花粉粒较小；Ⅲ类群花粉萌发率较高，花粉成熟度中等，花粉管生长速度较快，花粉粒较大；Ⅳ类群仅有1个品种，占总品种的11.1%，其花粉萌发率最高，花粉成熟度最大，花粉管生长速度最快，花粉粒最大，极显著高于其他3个类群；4个类群间差异显著。

3结论

杂交育种是新品种选育的一种行之有效的方法，花粉成熟度和花粉活力是杂交育种特性研究的一项重要内容，花粉成熟度大小和花粉活力强弱直接影响杂交结实率和发芽率。花粉成熟度、花粉活力与品种存在密切关系[9，12]，同种内不同品种间花粉活性存在较大差异，目前国内在枣[7]、梅花[8]、桃[9]、梨[10]、油茶[13]等植物中均有报道。该试验的9份甘蔗种质的初花期花粉成熟度、花粉管长度、花粉粒大小、花粉萌发率在种间亦存在较大差异：甘蔗花粉离体培养2 h后，花粉成熟度58.5%～94.5%，花粉粒大小860.8 ～1 879.1 μm2，花粉萌发率13.9%～44.3%，花粉管长度31.4～89.3 μm。在甘蔗杂交育种中，花粉直接衡量雄配子的发育情况，且花粉育性是反映亲本育性最突出的指标。在花粉育性划分上，国内将可育率是0划分为全不育，低于5%为高不育，6%～30%为半不育，31%～50%为低不育，大于50%为正常可育[14]。以花粉育性为标准，试验的9份甘蔗种质中，萌发率大于50%（正常可育）的品种为0个，低不育（31%～50%）的品种2个，占总数的22.2%，半不育（6%～30%）的品种7个，占总数的77.8%，说明部分甘蔗亲本存在杂交结实率低的问题，其原因是花粉发育不良或杂交亲和力低[15]。因此，花粉离体萌发技术可以被确定为甘蔗育种人员在甘蔗品种改良方案进行双亲杂交测定所需花粉育性的一种工具。

4讨论

9份甘蔗核心种质中，以花粉成熟度与花粉管长度、花粉萌发率与花粉管长度、花粉管长度与花粉粒大小为指标进行分析后表明，指标间存在极显著正相关，说明各指标在品种间的差异取决于品种自身的遗传特性，因此推测在甘蔗初花期，可利用花粉成熟度大小估测花粉活性高低，将花粉成

熟度、花粉粒大小、花粉管长度、花粉萌发率指标进行系统聚类分析对比，结果存在差异。4个指标结合聚类分析将甘蔗测试品种分为4大类，其中成熟度和萌发率反映了花粉可育性。因此推测在甘蔗杂交育种中，除抗逆性授粉亲和性外，花粉成熟度和花粉活力亦是选择作父、母本的重要因素。第Ⅰ类群3个品种（ROC26、云蔗94-343、粤糖93-159）具有较小的成熟度、较低的萌发率和较慢的花粉管生长速度，故推荐为甘蔗杂交育种母本选择的主要对象；第Ⅲ、Ⅳ类群5个品种（科五、崖城97-47、云蔗89-351、崖城25号、ROC22）具有较大的成熟度、较高的萌发率、较快的花粉管生长速度，故推荐为甘蔗杂交育种父本选择的主要对象。刘少谋等[16]，吴才文等[17]，陈如凯等[18]的研究表明，ROC26作母本，其后代糖、蔗产量和锤度的配合力大，综合表现良好；ROC22作为父本，可用于特殊用途材料的选育，其后代蔗茎产量高或锤度高；吴才文等[19]的研究表明，云蔗89-351作父本利用，杂交后代糖、蔗产量和锤度的配合力大，综合表现良好。该试验仅以甘蔗初花期花粉成熟度和花粉活性为研究对象，对9份甘蔗种质亲本的选择及组合选配还有待进一步研究。

45卷35期陈俊吕等9份甘蔗核心种质的初花期花粉活力

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