甜樱桃花粉原位萌发荧光显微镜观察

北方园艺（）：研究论文第一作者简介：李琛（），女，硕士，讲师，现主要从事设施农业工程与科学等研究工作。：责任作者：边卫东（），男，硕士，教授，现主要从事设施园艺生产与技术等研究工作。：基金项目：河北省科技“富民强县专项行动计划”资助项目（）。收稿日期：甜樱桃花粉原位萌发荧光显微镜观察李琛，窦玉娟，刘丽叶，乔磊，边卫东（河北科技师范学院园艺科技学院，河北昌黎）摘要：以“美早”“早大果”和“斯坦拉”甜樱桃为试材，分别于自花、异花授粉后不同时间（、）切取花柱，通过荧光压片法观察各授粉组合的花粉原位萌发及花粉管生长情况，以期为研究甜樱桃授粉机理提供依据。结果表明：个甜樱桃品种的花粉均能在自花或异花柱头上萌发，且于授粉后趋于稳定，不同授粉组合间花粉萌发量只在数量上表现出差异，其结果并不会影响坐果率。在花粉管生长情况上，不同授粉组合表现出显著差异。授粉后，亲和花粉管不断向花柱基部延伸，进入子房；而不亲和花粉管在花柱中上部受到抑制，停止生长。同为自花授粉，“斯坦拉”自交的花粉管能够到达花柱基部，表现为自交亲和；而“美早”和“早大果”自交则表现为极强的不亲和性。异花授粉中，“斯坦拉”与“美早”和“早大果”均表现为亲和性较好。综上所述，“斯坦拉”无论是自花还是异花授粉，花粉管均能到达花柱基部，完成受精，是较为理想的授粉树。而“美早”和“早大果”只有在异花授粉时花粉管才能到达花柱基部，而自花授粉的花粉管在花柱中上部已停止生长，故在实际生产中需配置授粉树。关键词：甜樱桃；授粉；坐果率；花粉萌发；花粉管生长；荧光中图分类号：文献标识码：文章编号：（）甜樱桃（）属蔷薇科樱桃属，果实色泽鲜艳，玲珑晶莹，肉嫩多汁，营养丰富，被誉为“果中珍品”。目前，欧洲甜樱桃与中国樱桃相比，果实大，品质好，经济效益高，且成熟期早，于月中旬至月下旬成熟，在北方落叶果树中素有“春果第一枝”的美称，这对调节我国早春淡季鲜果供应有着积极作用，是目前北方果树中经济价值最高的树种之一。不过，俗话说“樱桃好吃，树难栽；樱桃好吃，果难产”，欧洲甜樱桃虽已在我国种植多年，但在实际生产过程中，常常出现坐果率低、花后大量落花落果的现象，致使产量一直不能提高。目前，国内外已经对樱桃等蔷薇科果树进行了大量分子机理研究，并指出中国樱桃的大多数品种表现为自交亲和，而欧洲甜樱桃大部分品种表现为自交不亲和，这说明甜樱桃的自交不亲和性是影响生产的重要因素。等已经证实在欧洲甜樱桃的花柱中存在的可以分解花粉管内的，从而导致其自交不亲和。陈晓流则通过确定甜樱桃的基因型，并进行了相应的田间坐果试验，得出不同基因型的品种间表现为杂交亲和，基因型相同的品种表现为不亲和。李洋等对甜樱桃拉宾斯自交亲和性与基因的关系进行研究，表明拉宾斯的自交亲和性可能是由于花粉侧的基因突变使其丧失了与的识别能力所致。但是，在生殖生理学上，特别是花粉原位萌发和花粉管生长方面研究非常少。目前只有在果梅、寒富苹果、梨、宁夏枸杞以及少数中国樱桃（“垂丝”和“东塘”）和甜樱桃（“莫利”和“拉宾斯”）有相关报道。在实际生产中发现，“美早”是一个果大、肉硬、质优、耐贮运的优良品种，但坐果率低；“斯坦拉”则是一个丰产性极好的品种；而“早大果”介于二者之间。该研究选取这个甜樱桃品种为试材，旨在通过对授粉花柱原位萌发的荧光显微镜观察，直观深入地了解甜樱桃自花、异花授粉后，花粉萌发及花粉管生长的差异，进一步阐明影响甜樱桃产量的重要因素以及自交（不）亲和性机制，以期为研究甜樱桃授粉机理提供参考依据。材料与方法试验材料材料选自河北科技师范学院园艺试验站的“美早”（）、“早大果”（）、“斯坦拉”（）个品种，采用自交及正、反交共个授粉组合，即“美早美早”“美早早大果”“美早斯坦拉”“早大果早大果”“早大果美早”“早大果斯坦拉”“斯坦拉斯坦拉”“斯坦拉早大果”“斯坦拉美早”。树龄均为年生，均种植在日光温室内，肥水管理一致，室内温、湿度环境条件均能满足甜樱桃开花、坐果期的正常生长发育。每个品种选取个气球期的结果枝组（其中一个枝组为自交组合，其余个枝组均为去雄处理），重复次。试验方法授粉个品种的花期基本一致。授粉前去掉每个枝组中已开放的花，每个枝组花量不少于朵，分别套袋隔离并标记。采集个品种气球期的花并分离出花药，自然阴干散粉后进行人工点授，授粉后再套袋隔离。为保证授粉质量，授粉后第、天重复进行授粉。荧光显微镜观察花柱压片参照等方法，并做出相应调整，分别取授粉后（开始萌发）、（花柱干枯、花粉管停止生长）雌蕊放入溶液中固定。压片前，将固定后的雌蕊取出，用蒸馏水冲洗至无色，放入溶液中恒温软化，再用蒸馏水冲洗至无色，用水溶性苯胺蓝染液染色以上。纵向剖取雌蕊及子房，将材料放置于载玻片中央，吸水并加滴甘油，盖上盖玻片在荧光显微镜下观察。花粉萌发量、花粉管生长情况及坐果率花粉落到柱头上萌发的时间有长有短，如宁夏枸杞授粉后即可萌发，果梅花粉原位萌发需要。除此之外，自花授粉与异花授粉的花粉粒萌发时间亦不相同，如“寒富”苹果自花授粉后仅有部分花粉粒在柱头萌发，后才大量萌发，而异花授粉花粉萌发时间比自花早。中国樱桃和甜樱桃异花授粉后均有少量花粉开始萌发，而自花授粉后才有部分花粉萌发，在授粉后的，无论是异花还是自花授粉，花粉萌发率均基本保持稳定。在授粉后、，从花柱基部切取花柱，用固定并进行荧光观察。项目测定花粉萌发量的确定：甜樱桃花粉在授粉后，其花粉萌发率基本保持稳定，故选其为参考，根据花粉萌发量将其划分为、级，统计萌发水平。坐果率：每个品种再选择个枝组调查其坐果率，每个枝组留朵花，授粉方法不变。授粉后统计相应坐果率。坐果率（）坐住果的花朵数量总花朵数量。数据分析利用统计软件对试验数据进行处理及差异显著性分析。结果与分析各授粉组合花粉萌发量及坐果率情况由表和图可知，“美早斯坦拉”“早大果早大果”“斯坦拉斯坦拉”“斯坦拉早大果”花粉萌发量最大，为级；“美早美早”“早大果斯坦拉”次之，为级，其余的最小。由此可见，个品种甜樱桃，无论是自花还是异花授粉，其花粉均能在柱头上萌发，花粉萌发情况在数量上表现出差异。第期北方园艺表不同授粉组合花粉萌发量的比较授粉组合花粉萌发水平级授粉组合花粉萌发水平级“美早美早” “早大果斯坦拉”“美早早大果”“斯坦拉斯坦拉” “美早斯坦拉”“斯坦拉早大果”“早大果早大果” “斯坦拉美早”“早大果美早”注：发光的虚线代表花粉管生长情况，其余发光部位均为花柱切面。：，图不同授粉组合授粉后花粉萌发情况各授粉组合花粉管生长的荧光显微镜观察由表可知，授粉后，“早大果斯坦拉”“斯坦拉早大果”花粉管已进入子房；授粉后，“美早斯坦拉”花粉管进入子房；授粉后，“美早早大果”“早大果美早”“斯坦拉斯坦拉”斯坦拉美早”的花粉管才进入子房；而“美早”和“早大果”自交的花粉管始终未进入子房。“美早斯坦拉”的坐果率极显著高于其它组合，为；“斯坦拉美早”“斯坦拉早大果”“斯坦拉”自交坐果率次之，分别为、；“美早”和“早大果”自花授粉的坐果率为，极显著低于其它组合。综合表分析可得，花粉萌发情况只在数量上表现出差异，并不会影响坐果率。如“美早”和“早大果”，在相互授粉后，花粉萌发量均表现为最低，但花粉管最终能达到花柱基本完成受精，因此，也有一定的坐果率。此外，“美早”和“早大果”自花授粉后，虽然前期花粉萌发量较大，但花粉管一直未进入子房完成受精，因此坐果率为，故在实际生产中必须配置授粉树。而斯坦拉自交坐果率较高，且与“美早”“早大果”的授粉组合坐果率均较高，因此“斯坦拉”适合作为授粉树配置在樱桃园中。总而言之，“斯坦拉”无论是自花还是异花授粉，花粉管均能到达花柱基部，完成受精；而北方园艺月（上）表不同授粉组合花粉管生长情况及坐果率的比较授粉组合授粉后不同时间花粉管生长长度与花柱总长度的百分比坐果率 “美早美早” “美早早大果” “美早斯坦拉” “早大果早大果” “早大果美早” “早大果斯坦拉” “斯坦拉斯坦拉” “斯坦拉早大果” “斯坦拉美早” 注：同列数据后不同小写字母表示差异显著（），不同大写字母表示差异极显著（）。：， “美早”和“早大果”只有异花授粉时花粉管才能到达花柱基部，而自花授粉的花粉管在花柱中上部已停止生长。讨论与结论关于甜樱桃花药发育及授粉过程与环境因子关系的研究，以往已有较多的报道。边卫东等、李燕等发现甜樱桃花粉及胚珠的发育是在较低的温度条件下完成，在甜樱桃设施栽培过程中，萌芽至开花期间，不适宜的高温处理会影响雄蕊的发育，致使花粉发育不良，导致花后大量落花落果，降低坐果率。崔娟等指出影响南京地区甜樱桃坐果率的关键时期是春季开花坐果期，休眠期对坐果率的影响不大；花芽分化期的高温将直接影响花芽分化的进程和质量。该试验充分考虑了上述因素，室内环境的调控均能满足甜樱桃开花坐果期的生长发育需求，因此，品种自交不亲和以及品种间杂交不亲和才是造成该试验部分处理坐果率低的关键因素。植物授粉成功与否首先取决于柱头表面与花粉的粘附性强弱，甜樱桃柱头表面湿润，与花粉粘附性好，有利于花粉的萌发。该试验的个甜樱桃品种的花粉均能够在自花或异花柱头上萌发，且萌发后均能沿着花柱定向生长，于授粉后趋于稳定，但是不同处理间花粉萌发量只在数量上表现出差异，其结果并不会影响坐果率。在花粉管生长情况上，不同授粉组合表现出显著差异。授粉后，花粉管生长表现出明显差异，亲和花粉管不断向花柱基部延伸，进入子房，如“早大果斯坦拉”“斯坦拉早大果”，授粉后花粉管即到达花柱基部；而不亲和花粉管在花柱中上部受到抑制，停止生长，如“美早”“早大果”自交。同为自花授粉，“斯坦拉”自交的花粉管能够到达花柱基部，表现为自交亲和；而“美早”和“早大果”自交则表现为极强的不亲和性。异花授粉中，“斯坦拉”与“美早”和“早大果”的授粉组合均表现为亲和性较好。目前，研究表明甜樱桃自交不亲和与基因有很大关系，基因在雌蕊识别自体花粉中发挥着重要作用。基因在花柱表达产生的数量多，而能够抑制自体花粉管生长，导致花粉管在花柱中生长停止。而甜樱桃“斯坦拉”自交亲和的原因，并未见相关报道，可能也与该基因座的突变有关。除此之外，针对受精成功的授粉组合，坐果率之间也存在着显著差异。根据陈晓流的研究发现，基因型相同的品种表现为杂交不亲和，故不能互做授粉树。不同基因型的品种，虽表现为杂交亲和，但亲和花粉所携带基因的种类不是影响坐果率高低的因素。因此在该研究结论基础上，对部分甜樱桃品种自交亲和机理的研究有待进一步明确。此外，深入甜樱桃亲和后分子机理的相关研究，将是今后研究的重点。第期北方园艺参考文献，，，，：陈晓流樱桃基因型及自交（不）亲和机制研究泰安：山东农业大学，李洋，李长龙，王晶，等甜樱桃拉宾斯自交亲和性与基因的关系研究园艺学报，（）：杜玉虎，张绍铃，姜雪婷，等果梅花不同发育阶段花粉原位萌发及花粉管生长特性果树学报，（）：王浩，国成，吕德国，等寒富苹果授粉花柱的荧光显微观察与自交亲和性分析果树学报，（）：陈迪新，张绍铃梨不同花龄自花与异花授粉的花柱内花粉管生长及坐果率的比较果树学报，（）：韦援教，秦垦，曹有龙，等宁夏枸杞花粉原位萌发及花粉管生长特性的研究西南农业学报，（）：李晓，张绍铃，陶书田，等中国樱桃与甜樱桃花粉原位萌发及花粉管生长的差异西北植物学报，（）：，，（）：边卫东，邓艳华，朱育贤，等甜樱桃胚珠、花粉发育与温度变化的关系果树学报，（）：李燕，李玲，陈修德，等高温对设施甜樱桃花药发育和花粉粒形成的影响园艺学报，（）：崔娟，方金豹，林苗苗，等影响南京甜樱桃坐果的关键时期园艺学报，（）：，，，，（，，）：，，（，），，，，，，，，，，：；；；；北方园艺月（上）