三种花色君迁子的花粉粒形态及花粉生活力鉴定

2021-04-01张晓娜周瑞金毛树林张传来扈惠灵

河南科技学院学报(自然科学版) 2021年2期

张晓娜,周瑞金,毛树林,张传来,扈惠灵

（1.河南科技学院园艺园林学院,河南新乡453003；2.河南科技学院新科学院,河南新乡453003）

花粉是植物种质的形式之一,是种质保存、交换以及杂交育种的重要材料[1].不同植物种类的花粉在长期的进化过程中,经过不断演化和发展往往形成独特的形态特征,即使是同一种内的花粉也存在形态和生活力上的多样性[2],但受外界环境条件的影响较小,具有很强的遗传保守性和稳定性[3-6].因此,花粉形态在植物分类、系统发育和进化过程等研究中具有重要的作用,也是植物进行遗传育种的重要依据.

君迁子（Diospyros lotus L.）属柿树科、柿属,又称软枣、黑枣,分布极为广泛,由于其具有较强的耐旱耐寒等抗逆特点,成为我国涩柿和甜柿生产中的主要砧木[7-8],同时也是优良的园林绿化树种.我国君迁子种质资源非常丰富,为典型的雌雄异株植物,且存在形态性状上的多样性[9-11].目前还没有一种完整、全面的评价体系对君迁子的种质资源进行评价与分类.有研究者对部分柿属植物的花粉粒进行了观察,并对花粉外壁表面的纹饰进行了描述,为柿属植物的分类鉴别、亲缘关系鉴定与种质创新提供了孢粉学基础[6,12].据课题组研究人员的多年观察,君迁子的雄株在花色特征方面差异明显,主要有橙黄色、黄色和玫红色三种类型,不同的雄花花色在君迁子资源分类鉴别中最易识别,但花色在雄株资源分类的地位尚不清楚.拟通过对比三种花色的君迁子花粉粒形态及生活力差异,研究君迁子花色差异与花粉粒形态及生活力差异间的关系,为进一步研究花色在君迁子雄性资源分类和评价中的作用提供参考.

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验材料取自河南科技学院君迁子苗圃,该苗圃收集了河南省太行山、伏牛山、桐柏山三大山区的君迁子野生资源,为实生混种苗圃,种子播种育苗后移栽定植,株行距2 m×3 m,株龄5年,土壤为砂壤土.试验选择苗圃内三种花色的有代表性雄株各2株,株号分别为xx-6、xx-13,xx-20、xx-21,xx-11、xx-24,其中xx-6、xx-13为橙黄色,xx-20、xx-21为黄色,xx-11、xx-24为玫红色.

1.2 君迁子花粉粒形态的电镜观察

2017年5月,雄花处于大蕾期,从植株的向阳面中部枝条上分别收集6株君迁子花粉用于扫描电子显微镜观察.将干燥花粉粘贴于日立S-450扫描电子显微镜样品台的双面胶纸上,对供试花粉在扫描电子显微镜下选择典型花粉粒3粒,分别在400倍（群体）、3 000倍（极面）、6 000倍（赤道面）下拍照,观察花粉的赤道面、极面形态及赤道面外壁纹饰特点,测量不同单株花粉粒的极轴长、赤道轴长、萌发沟长.

1.3 君迁子最佳花粉萌发培养基的筛选及花粉生活力测定

用L9（34）正交试验设计筛选最佳花粉萌发培养基.以质量浓度6 g/L琼脂为基本固体培养基,添加质量浓度分别为10、15、20 g/L的蔗糖,质量浓度分别为10、30、50 mg/L的硼酸,控制pH值分别为5.0、6.0、7.0.将6株君迁子的花粉均匀混合,取适量播于供试培养基上,置28℃恒温培养箱内暗培养4 h,在200倍光学显微镜下镜检花粉萌发率,每个处理观察3个视野,每个视野不少于30粒花粉,以花粉管长度达花粉粒直径长度为发芽花粉.

将6株君迁子花粉分别播于已筛选出的最佳培养基上,按上述的培养和观察方法,测定不同单株的花粉生活力.

1.4 数据处理

试验数据采用Excel 2007和SPSS22.0统计分析软件进行分析.

2 结果与分析

2.1 三种花色的君迁子花粉粒形态和大小的差异

君迁子单株花色特征及花粉粒形态见图1.

图1 6株君迁子单株花色特征及花粉粒形态Fig.1 Floral color and pollen morphology of six Diospyros lotus

在扫描电子显微镜下观察6株君迁子花粉粒形态,均呈现出赤道面观为长椭圆形,极面观均为三裂圆形,三孔萌发沟深且窄,并延伸至两极,边缘规整.依据1980年Walker[6]的花粉形态分类方法,君迁子花粉属于赤道三沟类型（N3P4C5）,该特征可能是君迁子花粉的稳定的共性特征.另外观察结果显示,6株君迁子花粉粒赤道面外壁纹饰有明显的差异,可分为3类,xx-6和xx-13单株的花粉粒外壁表面有不均匀的点状凹陷纹饰,花色为橙黄色；xx-21、xx-20单株的花粉粒外壁表面均质光滑,没有纹饰,属黄色单株；xx-11、xx-24单株的花粉粒外壁表面凹凸不平,有下陷凹迹,属玫红色单株.

6株不同花色君迁子的花粉粒极轴长、赤道轴长、极轴/赤道轴比和萌发沟长之间存在显著差异.其分析结果见表1.

表1三种花色的6株君迁子花粉粒大小的差异Tab.1 Comparison of pollen grainsmorphology indexesfor 6 plantsof three flower colors D.lotus

由表1可知,极轴长介于41.05～45.97μm,以橙黄色的xx-6、xx-13单株和玫红色的xx-11单株花粉粒极轴较长,橙黄色的xx-6、xx-13单株间花粉粒极轴长差异不显著.赤道轴长介于21.32～24.18μm,差异较小,黄色的xx-20和xx-21单株间花粉粒赤道轴长差异不显著,橙黄色和玫红色的两个单株之间有明显的差异.萌发沟长介于34.21～40.73μm,以黄色的xx-20单株花粉粒萌发沟最长,而同是黄色的xx-21的萌发沟长最短,玫红色的xx-11、xx24单株的花粉粒萌发沟长基本没有差异.极轴长与赤道轴长的比值介于1.72～2.01μm之间,花粉粒呈现椭圆形,不同花色的两个单株间P/E均有显著差异.通过以上分析表明,所观察的6株君迁子花粉粒的极轴长、赤道轴长、极轴/赤道轴长、萌发沟长各有不同程度的差异,但与其花色没有必然联系.

2.2 三种花色君迁子花粉生活力的比较

采用正交试验设计筛选最佳花粉萌发培养基,9个处理组合中以6-A3B1C2培养效果最好,即质量浓度为6 g/L琼脂固体培养基中添加质量浓度为20 g/L蔗糖、质量浓度为10 mg/L硼酸,pH值6.0,正交试验结果见表2,混合花粉的萌发率可达28.14%,显著高于其它处理组合.

表2不同处理组合对混合君迁子花粉生活力的影响Tab.2 Effectsof different treatments on viability of D.lotus mixed pollen

采用筛选出的最佳花粉萌发培养基配方,培养三种花色的6株君迁子花粉,比较其生活力差异.其分析结果见表3.

表3三种花色6株君迁子花粉生活力比较Tab.3 Comparison of pollen viability of 6 strainsof D.lotus in threeflower colors

从表3可以看出,6株君迁子花粉的生活力各不相同,且有显著差异,介于20.52%～87.50%,花色为橙黄色的xx-6、xx-13单株花粉生活力均较低（xx-6为36.52%,xx-13为30.03%）；黄色的xx-20单株和玫红色的xx-24单株花粉生活力较高,可达71.05%、87.50%,玫红色的xx-11单株花粉生活力最低,仅有20.52%.所观察的6株君迁子花粉生活力间均有显著差异,表明不同花色的单株间或同一花色的不同单株间花粉生活力差异较大,由此可见,君迁子的花粉生活力与其花色之间没有必然关系.

3 讨论

花色是植物识别的主要特征?,也是植物表型分类的主要依据,虽直观易行,但易受环境条件的影响,并不能真实地反映其亲缘和演化关系.君迁子的花粉粒形态是特种的固有特征,一般认为,花粉粒形态很少受环境因素的影响而成为稳定和保守的性状,可为物种的亲缘关系鉴定和系统进化研究提供可靠的依据[13].胡超琼等在对柿属植物花粉形态进行观察时发现,17种柿属植物（包含君迁子）的花粉粒极轴长/赤道轴长介于0.95～1.44之间,均为近球形或扁球形[12],与张永芳等[6]研究的结果相似,本试验中所观察的三种花色的6株君迁子花粉粒为长球形或椭圆形,极轴长与赤道轴长之比介于1.719～2.011之间,与胡超琼等研究者的研究结果相差较大,造成这种差异的原因可能有两个方面,第一,君迁子野生资源群体庞大,分布范围较广,遗传背景复杂,不同地域的群体间可能存在比较大的差异,目前还没有对所有君迁子进行系统的分类研究,本试验君迁子为河南省太行山、伏牛山、桐柏山三大山区的君迁子实生混种野生资源,因采样的君迁子单株地域来源不同,也可能会造成花粉粒形态上具有较大的差异.第二,花粉采集观察的时间不同,花粉发育程度不一样,其形态也会有所差异.

花粉粒赤道面外壁的纹饰是利用扫描电子显微镜可直观的花粉粒特征,其差异是不同资源的遗传特征[6,12].本研究表明君迁子不同单株花粉粒赤道面外壁的纹饰差异和雄花花色的差异密切相关,这一特征可作为君迁子资源分类和鉴定的孢粉学依据.虽然不同雄性单株君迁子花粉粒的其他特征如极轴长、赤道轴长、极轴/赤道轴比和萌发沟长,以及花粉生活力的大小也是不同单株所特有的遗传特征,但本试验表明这些特征与花色没有必然联系,这些特征不足以作为君迁子资源的花色分类依据,可进一步借助花器官形态特征如花冠大小、花药颜色、花丝情况等对君迁子资源进行更为准确的分类.