斑竹花序形态及花粉贮藏条件研究

刘俊，程占超，宋华建，高健，张玲，翟敬宇

(1.国际竹藤中心国家林业和草原局竹藤科学与技术重点开放实验室，北京100102；2.河南中医药大学中医药科学院，河南 郑州450046；3.博爱县林业局，河南 焦作454450；4.紫竹院公园，北京100048)

花粉是开花植物遗传信息的载体和交流工具，是植物育种繁殖所必需的材料。花粉活力及储藏条件对于杂交育种具有重要意义。花粉是由雄蕊中花药产生的微小孢子堆，成熟的花粉粒实为其小配子体，能产生雄性配子。不同植物的花序结构及花粉大小、形态，花粉生活力存在较大差异。不同物种花粉最适贮藏条件各不相同，低温干燥贮藏有利于延长月季、杜鹃花、接骨木等植物的花粉寿命；4℃是海棠和梅花花粉的最适储存温度。同一物种花粉贮藏时间不同，最适温度也不相同。研究表明，30 d以内，大白花杜鹃花粉在-80℃条件下生活力最高；贮藏时间超过30 d时，-16℃条件下花粉活力最强。菊花花粉最适贮藏温度为-80℃。

大部分竹类植物一生只开一次花，具有开花周期长、结实率低、开花后死亡等特点，这给竹类植物的杂交育种研究工作带来了很大困难。截至目前仅见对700多种竹类植物中的毛竹（

Phyllostachys edulis

）、寒竹（

Chimonobambusa marmorea

）、孝顺竹（

Bambusa multiplex

）、青 丝 黄 竹（

Bambusa eutuldoides

var

.viridivittata

）、巨龙竹（

Dendrocalamus sinicus

）、紫 竹（

Phyllostachys nigra

）、雷 竹（

Phyllostachys violascens

f

.praecox

）、麻 竹（

Dendrocalamus latiflorus

）、绿竹（

Dendrocalamopsi soldhami

）、翠竹（

Pleioblastus pygmaeus

）、‘霞早’绿竹（

Bambusa oldhami

‘

Xia Zao

’

ZSX

）等十几种竹类植物的花器官形态特征进行了报道。斑竹（

Phyllostachys bambusoides

f．

lacrima-deae

）又称湘妃竹，是桂竹（

Phyllostachys reticulata

）的变型，是禾本科竹亚科刚竹属散生竹种，竿高7～13 m，直径3～10 cm，具有紫褐色或淡褐色斑点，是著名的观赏竹。目前对斑竹的研究与利用多局限于开花规律、复壮措施、竹鞭育苗、不同类型斑竹林结构及地下鞭系等特征，关于斑竹花序结构及花粉生活力等方面还未有研究。本文通过对斑竹花序形态进行解剖观察、对花粉直径进行统计测量，检测不同温度条件对斑竹花粉生活力的影响，旨在探索斑竹花粉的适宜贮藏条件，以期为斑竹杂交育种研究提供理论基础。

1 试验地概况

试验材料取自河南省博爱县博竹苑中，属于人工栽培种。博爱县位于河南西北的太行山南麓，地理位置112°57′～113°12′E、35°02′～35°21′N。于2017年4月下旬，选取生长良好的斑竹植株中部花枝，随机剪取花序，进行结构解剖、拍照、测量、统计并求平均值。

2 试验方法

2.1 花粉粒大小观测

用干净的毛笔，轻轻蘸取适量花粉，轻撒在载玻片上，并滴加1～2滴蒸馏水，盖上盖玻片，花粉玻片制作完成。放置于显微镜（LEICADMLB2）下，用10倍物镜进行观察，测量花粉直径，每张玻片随机选取5个视野，3次重复，求平均值。

2.2 花粉活力测定

利用I-KI染色法进行花粉活力测定。取2 g KI溶于5～10 mL蒸馏水，加入1 g I，待完全溶解后，加入300 mL蒸馏水，贮于棕色试剂瓶中备用。利用镊子取花药于凹槽载玻片上，散开花粉，滴加1～2滴I-KI溶液，盖上盖玻片，于显微镜下观察。染成蓝色的为活力较强花粉粒，浅褐色的为发育不良花粉，黄褐色的为无活力花粉。随机选取3张载玻片，每张载玻片中随机取10个视野，统计花粉染色率。

2.3 花粉不同保存温度设置

将花粉收集至干净的1.5 mL离心管中，放置于自封袋密闭保存，分别于23℃（室温）、4℃和-20℃条件下保存24 h和48 h，进行活力测定。

3 结果与分析

3.1 斑竹花序形态结构解剖学观察

通过解剖学观察，统计学测量，发现成熟斑竹花序外部呈翠绿色，平均长度为12.24 cm（最大值为16.80 cm，最小值为8.70 cm），花序轴平均长度为2.58 cm，苞片长度是3.37 cm，大部分花序含有5个小穗，绿色，平均长度为3.21 cm（图1A）。每个小穗包含2个小花，小花长度为2.39 cm，含有3个雄蕊，3个花药和1个雌蕊，花药呈锥形，黄绿色，平均长度为1.24 cm，成熟时长出小花，花药下面连有一条相互分离的细长花丝，花丝为白色（图1B）。

图1 斑竹花序解剖

3.2 斑竹花粉粒大小测量

在显微镜下，对100粒斑竹花粉直径进行测量。结果显示，斑竹花粉直径平均长度为53.34μm（最小直径：38.46μm，最大直径：72.15μm），属于大型孢子。对已报道的竹类植物花粉直径进行统计，发现不同竹种之间花粉直径差异较大，其中粉绿竹花粉直径最大，为80.86μm，短穗竹花粉直径最小，为20.04μm，其他竹种花粉直径大小大小不一，详见表1。

3.3 贮藏条件对斑竹花粉生活力的影响

花粉生活力的强弱受遗传和外界环境的共同影响，贮藏时间和温度是影响花粉生活力的主要因素。为了检测斑竹花粉最适贮藏条件，本研究利用I-KI染色测定法，对斑竹花粉生活力进行了统计，结果如图2所示。斑竹花粉生活力受贮藏温度和时间的影响较大，干燥处理对斑竹花粉生活力的影响相对较小。

图2 斑竹花粉生活力检测

由表2可知，0 h时，大部分斑竹花粉具有生活力，发育良好，花粉所占比例为63.08%，25.52%的花粉发育不良，无活力花粉比例为11.40%。

由表2、表3和表4可知，随着处理时间的延长，花粉活力逐渐降低。24 h后，室温条件下发育良好花粉比例为16.85%，发育不良花粉所占比例为47.73%；4℃条件下，发育良好花粉占8.08%，发育不良花粉比例降为21.97%；-20℃条件下，发育良好花粉比例仅为6.63%，发育不良花粉占44.27%。贮藏48 h，花粉活力迅速下降，室温条件发育良好花粉比例仅为9.05%，发育不良比例最高是65.61%；4℃和-20℃处理条件下，发育良好花粉所占比例均低于4%，无活力花粉比例高于50%，不宜斑竹花粉贮藏。

表1 不同竹种花粉直径统计

表2 室温条件下斑竹花粉生活力测定

4 结论与讨论

（1）斑竹花序是以小穗为基本单位的复穗状花序，在原有小穗的基础上不断产生次级小穗，呈现小穗包含小穗的现象。本文通过对斑竹花序进行解剖学观察，发现大部分斑竹花序中含有5个小穗，毛竹花序中包含4～13个小穗，孝顺竹花序由5～10个假小穗组成，斑竹花序与其他竹种花序组成不同，这可能是由于不同竹种自身进化结果导致的。斑竹花序平均长度是12.24 cm，小穗长度约3.21 cm，每个小穗中包含2个小花，小花中含有3个雄蕊、1个雌蕊，花药呈锥形，黄绿色，平均长度为1.24 cm。绿竹小穗由6～10朵小花组成，麻竹每一假小穗具有7～10朵花，与其他竹种相比，斑竹与毛竹（3.76 cm）和雷竹（2.5～4.5 cm）的小穗长度最相近。在已报道的竹种中，福建茶杆竹小穗长度最长，为73 cm；其次是异叶苦竹65 cm。不同竹种之间小穗长度相差较大。

表3 4℃条件下花粉生活力测定

表4 -20℃条件下花粉生活力测定

（2）斑竹花粉粒平均直径为53.34μm，与红竹（53.4μm）和石绿竹（53.5μm）花粉直径最为接近，小于粉绿竹（80.86μm）、黄条早竹（74.32μm）、黄槽石绿竹（62.85μm）和毛竹（61.0μm），大于鹅毛竹（40.22μm）、异叶苦竹（27.86μm）、月月竹（24.85μm）、短穗竹（20.04μm）和福建茶杆竹（22.32μm），并且大于水稻（

Oryza sativa

）（20 μm）、玉米（

Zea mays

）（40μm）和狼尾草（

Pennisetum alopecuroides

）（22μm）。

（3）影响花粉生活力的因素除了花粉自身遗传特性外，还受温度、湿度、光照、辐射等环境因素的影响，其中温度和湿度是影响花粉贮藏寿命的最主要因素。花粉的长期贮藏是解决杂交育种中花期不遇问题和种质资源保存的重要措施。低温降低花粉呼吸作用和水分代谢，在延长花粉活力储藏时间中发挥重要作用。植物花粉在低温条件下保持较高的生活力，温度越低，花粉生活力下降越缓慢，贮藏寿命越长。菊花花粉在4℃、-20℃、-80℃条件下的萌发率分别是5.62%、5.69%、5.73%，120 d后降为1.21%、1.52%、1.63%，-80℃条件下贮藏花粉生活力明显高于4℃。斑叶堇菜在-80℃贮藏360 d后，花粉萌发率为40.50%，-80℃是其最佳贮藏条件。聚石斛在4℃干燥冷藏80 d后，花粉生活力为0；4℃湿润冷藏、-20℃湿润贮藏和干燥贮藏90 d后，花粉生活力分别为1.4%、21.7%、6.4%；-20℃湿润贮藏90 d的花粉，杂交授粉后仍能正常结实，其他贮藏条件下的种子结实率明显降低。贴梗海棠花粉在15℃条件下萌发率为8.62%，20℃时升高至9.15%，25℃时降为8.75%。干燥1 d的寒兰花粉-20℃保存15 d时，萌发率最高达79%，最适宜保存，保存90 d，萌发率为48%；80℃保存30 d，萌发率为66%。毛竹花粉在4℃条件下可维持80 h的生活力，异叶苦竹花粉的最佳贮藏温度为-5℃和4℃。斑竹花粉在常温下生活力最高，4℃和-20℃保存，斑竹花粉活力降低，随着储存时间的延长，斑竹生活力逐渐下降，这与麻竹花粉储藏研究结果相一致。表明室温是斑竹花粉保持生活力的最佳温度，并且储藏时间不易过长。因此，在斑竹进行杂交育种过程中，花药散粉后应当天完成授粉。