梨品種花粉管生長(zhǎng)特性觀察

梨品種花粉管生長(zhǎng)特性觀察

授粉和提取物是開(kāi)花植物具有性生殖過(guò)程的重要階段，包括從花粉到頭部的過(guò)程，花粉管進(jìn)入胚囊，然后完成雙重提取物和合子創(chuàng)造。這個(gè)過(guò)程是否成功取決于花粉和雌花之間的識(shí)別關(guān)系。通常蕓薹屬植物等孢子體型自交不親和性植物的花粉不能在柱頭上萌發(fā)或不能穿過(guò)柱頭,而梨、蘋(píng)果等薔薇科植物是典型的配子體型自交不親和性植物,自花或異花授粉的花粉均能在柱頭上萌發(fā)、穿過(guò)柱頭,但在沿花柱向子房生長(zhǎng)途中自花授粉的花粉管將被抑制而停止生長(zhǎng)。已有研究表明,自花花粉管在花柱內(nèi)停止生長(zhǎng)是由于花柱內(nèi)自交不親和性基因(S基因)所表達(dá)的S-RNase分解了自花花粉管RNA而抑制了花粉管生長(zhǎng),花粉管無(wú)法進(jìn)入胚囊完成受精,而導(dǎo)致自花授粉不結(jié)實(shí)。許多育種專(zhuān)家利用蕾期授粉能夠獲得自花授粉的種子的方法來(lái)獲取自交不親和性植物的自交后代,也就是說(shuō),蕾期授粉能夠克服一些植物的自交不親和性,但這種蕾期授粉能結(jié)籽的原因還不太清楚,可能是由于此期S基因在雌蕊中的表達(dá)量少或不表達(dá),使得未成熟的雌蕊人工自花授粉后可以結(jié)實(shí)(子)。一些學(xué)者還提出開(kāi)花后幾天的S-RNase含量下降,因而延遲授粉也表現(xiàn)較強(qiáng)的親和性。為了進(jìn)一步闡明蕾期授粉或延遲授粉能夠獲得自交后代的機(jī)制,我們以沙梨(Pyruspyrifolia)為試材,對(duì)不同花齡的梨花進(jìn)行授粉,應(yīng)用熒光顯微鏡觀察了不同花齡花柱自花、異花授粉后花粉萌發(fā)及其在花柱內(nèi)的生長(zhǎng)動(dòng)態(tài)以及花粉管自身的形態(tài)變化,并與田間授粉的結(jié)果進(jìn)行了比較分析,以便從不同角度為闡明蕾期授粉能夠克服自交不親和性提供理論依據(jù)。1材料和方法1.1培養(yǎng)和貯藏2003年3月上旬在高郵市果樹(shù)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)品種園采集豐水和菊水含飽滿(mǎn)花芽的健壯枝條,室內(nèi)培養(yǎng)并催花,采集花粉,貯藏備用。另采集豐水和菊水健壯含飽滿(mǎn)花芽的枝條,室內(nèi)培養(yǎng)備用。1.2方法1.2.1豐水、菊水的授粉分別對(duì)開(kāi)花6、4、2d前及當(dāng)天即將開(kāi)花(散粉前)的豐水和菊水的花蕾進(jìn)行去雄,同時(shí)疏去一些生長(zhǎng)較弱的花蕾,長(zhǎng)度50cm左右的花枝保留花蕾約20個(gè),然后分別進(jìn)行豐水、菊水的自花及豐水×菊水的異花授粉,同時(shí)將開(kāi)花當(dāng)天去雄并隔離的花柱在花后2、4d進(jìn)行豐水、菊水自花及豐水×菊水的異花授粉,授粉后立即套袋。授粉時(shí)間為上午9至11時(shí),每個(gè)處理重復(fù)15朵花以上。授粉后在25℃光照培養(yǎng)箱中培養(yǎng),分別于12、24、48、72、96h切取各處理花朵的花柱,用FAA固定液固定?；ㄖ膲浩瑓⒄誎ho等的方法,同時(shí)對(duì)花柱的軟化處理作一些調(diào)整,而后用熒光顯微鏡觀察花粉在柱頭上原位萌發(fā)和花粉管生長(zhǎng)情況,每個(gè)處理重復(fù)3次。1.2.2授粉前處理及授粉2004年3月分別于南京市傅家邊果林場(chǎng)和高郵市果樹(shù)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)進(jìn)行田間授粉,授粉前處理及授粉同室內(nèi)觀察處理,每個(gè)處理重復(fù)200朵花,授粉后1周去袋,1個(gè)月后統(tǒng)計(jì)坐果率。2結(jié)果與分析2.1花粉管生長(zhǎng)情況豐水自花授粉花粉管生長(zhǎng)情況如表1~3所示,雖然不同時(shí)期授粉后到達(dá)花柱上部、中部和下部的花粉管數(shù)量表現(xiàn)為上部較多、中部較少、下部最少的梯度分布,但蕾期自花授粉和延遲自花授粉都表現(xiàn)一定的親和性,以開(kāi)花4d前的蕾期授粉效果最好,這一時(shí)期生長(zhǎng)到花柱基部的花粉管數(shù)量最多,其次為開(kāi)花4d后的延遲授粉,如自花授粉后96h,豐水開(kāi)花當(dāng)天自花授粉到達(dá)花柱基部的花粉管數(shù)為0根,而開(kāi)花4d前的蕾期自花授粉平均有8.35根花粉管到達(dá)花柱基部,占花粉管總數(shù)的7.38%,開(kāi)花4d后的延遲授粉有5.64根花粉管到達(dá)花柱基部,占花粉管總數(shù)的5.54%。其余的蕾期授粉和延遲授粉的親和性較當(dāng)天授粉也都有了一定的提高。開(kāi)花6d前的花粉附著量比較小,約為50粒,其它花粉附著量都比較大,超過(guò)100粒,通過(guò)觀察發(fā)現(xiàn)此時(shí)花粉量已足夠引起“群體效應(yīng)”?；ǚ酃苌L(zhǎng)早期以延遲授粉和成熟花授粉花粉管生長(zhǎng)較快,如在授粉后12h,蕾期授粉沒(méi)有1根花粉管生長(zhǎng)到柱頭下1/3處,而成熟花授粉和延遲授粉都有一定量的花粉管生長(zhǎng)到達(dá)此處,特別是豐水開(kāi)花4d后的延遲自花授粉平均有70.8根花粉管生長(zhǎng)到柱頭下1/3處,并且平均有7.4根生長(zhǎng)到花柱中部,2者分別占花粉管總數(shù)的42.5%和4.4%。蕾期授粉在后一階段又表現(xiàn)較快的生長(zhǎng)速度,如授粉后48h,開(kāi)花6d前的蕾期授粉在花柱基部開(kāi)始出現(xiàn)一定量的花粉管,平均為2.14根,到達(dá)花柱基部的花粉管數(shù)增長(zhǎng)也較快,最后,各花齡授粉到達(dá)花柱基部所需時(shí)間差別不是很大。蕾期和延遲授粉對(duì)菊水自花授粉花粉管生長(zhǎng)的影響與豐水類(lèi)似,如表1~3和圖1所示。區(qū)別主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:首先,大多數(shù)同花齡授粉組合在相同的時(shí)間里,菊水自花授粉到達(dá)花柱基部的花粉管數(shù)較豐水多(開(kāi)花6d前的蕾期授粉除外);其次,豐水表現(xiàn)在當(dāng)天授粉親和性最低,而菊水表現(xiàn)在開(kāi)花2d后授粉親和性最低,并且開(kāi)花4d后的菊水自花授粉生長(zhǎng)到花柱基部的花粉管數(shù)較授粉當(dāng)天提高的不明顯,僅提高3.28個(gè)百分點(diǎn),即由21.44%提高到24.72%。由表1~3和圖1可以看出異花授粉與自花授粉后花粉管生長(zhǎng)情況主要存在以下差異:首先,同花齡花不同的授粉方式,在授粉后相同的時(shí)間內(nèi),到達(dá)花柱各部位的花粉管數(shù)量始終以異花授粉為最多,如圖1中的B和E差別就非常明顯;其次,異花授粉表現(xiàn)為開(kāi)花前后授粉,生長(zhǎng)到花柱中、下部的花粉管數(shù)量多,親和性較高,而自花授粉以蕾期授粉和延遲授粉并主要以蕾期授粉生長(zhǎng)到花柱中、下部的花粉管數(shù)量較多,表現(xiàn)較高的親和性,如圖1中的異花授粉中B和C,菊水自花授粉中D、E和F很好地反映了這一現(xiàn)象;另外,異花授粉花粉管很少出現(xiàn)尖端膨大和彎曲現(xiàn)象,自花授粉特別是豐水自花授粉有時(shí)會(huì)出現(xiàn)少量的尖端膨大和彎曲等變形現(xiàn)象(圖片略)。2.2自花授粉坐果率測(cè)定由圖2可看出,不同花齡花授粉后,同一花齡花的不同組合即豐水自花授粉、菊水自花授粉以及以豐水×菊水的異花授粉,都表現(xiàn)為異花授粉坐果率最高,菊水自花授粉坐果率較低,豐水自花授粉坐果率最低。如在當(dāng)天授粉中,異花授粉坐果率達(dá)71.5%,菊水自花授粉坐果率為13.7%,而豐水只有6.1%。自花授粉中,開(kāi)花2d后的自花授粉坐果率較開(kāi)花當(dāng)天略有下降,而開(kāi)花4d后的自花授粉坐果率較開(kāi)花2d后卻顯著地上升,即豐水和菊水分別由4.5%和10.3%上升到9.9%和18.9%;蕾期自花授粉坐果率提高的更顯著,特別是開(kāi)花4d前的蕾期授粉,豐水和菊水坐果率分別高達(dá)25.2%和30.4%,然而,開(kāi)花6d前的自花授粉坐果率較開(kāi)花4d前的坐果率有所下降,豐水和菊水分別由25.2%和30.4%下降到19.8%和26.6%;在異花授粉中,除從開(kāi)花2d前到開(kāi)花2d后(-2,0,+2)坐果率變化不明顯外,開(kāi)花4d后特別是開(kāi)花4d前和開(kāi)花6d前的異花授粉坐果率都顯著地下降,分別為67.7%、53.7%和48.6%,這些結(jié)果與授粉后96h花柱基部長(zhǎng)出花粉管占所測(cè)花柱總數(shù)的百分比一致。3不同花齡的梨發(fā)育以及不同發(fā)育的自交不親和性有關(guān)蕾期授粉和延遲授粉對(duì)花粉萌發(fā)和生長(zhǎng)以及坐果率的影響已有一些報(bào)道,但是結(jié)果很不一致。一般花粉和雌蕊的不親和性表型主要決定于成熟花,因此很多研究者都試圖利用蕾期授粉或延遲授粉,甚至利用貯藏后的花粉來(lái)克服自交不親和,在這些情況下不親和成分可能被削弱。有關(guān)蕾期授粉,在孢子體和配子體中都有成功的先例,目前,世界上廣泛應(yīng)用于科研的同型S合子的生產(chǎn)以及雜交制種。20世紀(jì)30年代和60年代就有報(bào)道將甘藍(lán)和百合花柱進(jìn)行延遲授粉并獲得了一定比例的種子,但其他種屬卻沒(méi)有成功的報(bào)道。本研究表明,無(wú)論是開(kāi)花當(dāng)天授粉還是蕾期授粉和延遲授粉,同一時(shí)期的自花授粉的花粉管生長(zhǎng)和坐果情況都不如異花授粉的好,這與Hiratsuka等在梨成熟花上的研究相一致,自花授粉花粉管生長(zhǎng)慢或弱以及坐果率低,主要是由于花柱內(nèi)含有識(shí)別自花或異花花粉的特異性物質(zhì),該物質(zhì)就是自交不親和性基因(S基因)表達(dá)的具有RNase活性的特異性糖蛋白,也稱(chēng)為S-RNase。本試驗(yàn)表明在薔薇科的梨中不僅是成熟花的花柱,在幼蕾期的花柱內(nèi)也同樣含有識(shí)別自花或異花花粉的特異性物質(zhì)S-RNase。不同花齡的自花授粉的結(jié)果表明:不同花齡的花柱S-RNase含量不同,理論上應(yīng)該為蕾期、開(kāi)花后一段時(shí)間低,開(kāi)花時(shí)期高。開(kāi)花4d前的蕾期授粉花粉管生長(zhǎng)和坐果又較開(kāi)花4d后的延遲授粉效果好,該結(jié)論與Linsken在矮牽牛上的研究結(jié)果基本一致,矮牽牛自花授粉的最佳時(shí)間為開(kāi)花后的2~4d,并且花蕾越大,抑制程度越強(qiáng)。Zhang等通過(guò)測(cè)定不同強(qiáng)度的梨自交不親和品種的S-RNase含量已得出這樣的結(jié)論,即自交不親和性主要與S-RNase的含量呈正相關(guān)。由此推測(cè)在開(kāi)花前,隨著花柱發(fā)育S-RNase逐漸表達(dá),含量不斷上升,到開(kāi)花時(shí)(豐水)或開(kāi)花2d后(菊水),這一含量達(dá)最大值,以后S-RNase又被降解,含量開(kāi)始下降。豐水和菊水自花授粉不親和性最強(qiáng)時(shí)期略有差別,豐水在開(kāi)花當(dāng)天前后,而菊水在開(kāi)花2d后,這可能與品種的特性有關(guān),不同品種S-RNase含量變化隨花蕾發(fā)育的差異有待進(jìn)一步研究。自花授粉中,開(kāi)花6d前的花粉管生長(zhǎng)和坐果情況較開(kāi)花4d前有所降低,這可能主要與花柱的發(fā)育及營(yíng)養(yǎng)有關(guān),如煙草在開(kāi)花前期就沒(méi)有形成花粉管生長(zhǎng)所需的TTS蛋白。同時(shí)與早期是否形成分泌物有關(guān),因?yàn)殡m然柱頭分泌物不能為花粉管生長(zhǎng)提供營(yíng)養(yǎng),但可加強(qiáng)柱頭特別是干柱頭的黏著能力,因而,早期的蕾期授粉柱頭上附著的花粉就比較少,以至此時(shí)的“群體效應(yīng)”比較差,本試驗(yàn)中也表現(xiàn)為開(kāi)花6d前的柱頭上花粉附著量最少。另外,開(kāi)花4d后的異花授粉坐果率有所下降,同開(kāi)花6d前的坐果率不高相似,其主要原因不在S-RNase含量,也許與花柱本身的發(fā)育以及營(yíng)養(yǎng)有關(guān),因?yàn)榇藭r(shí)有可能部分花柱已經(jīng)衰老,花柱營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的導(dǎo)向作用的失去導(dǎo)致授粉受精能力下降,試驗(yàn)中也觀察到了少量開(kāi)花4d后衰老的花柱。4花齡對(duì)不同品種粉親和性的影響不同花齡梨花授粉后熒光觀察和田間坐果表明,基因型不同的品種雜交親和,自交不親和,并存在不同品種自交親和性不同,豐水自交不親和性較強(qiáng),菊水自