含笑开花进程及花粉活力研究*

江 丽1，洪 燕1，陈 燕1，施德法2，傅佳丽1，陈建华1，吕洪飞1

(1.浙江师范大学 化学与生命科学学院,浙江 金华 321004;2.浙江科技学院 土木与建筑工程学院，浙江 杭州 310023)



含笑开花进程及花粉活力研究*

江 丽1，洪 燕1，陈 燕1，施德法2，傅佳丽1，陈建华1，吕洪飞1

(1.浙江师范大学 化学与生命科学学院,浙江 金华 321004;2.浙江科技学院 土木与建筑工程学院，浙江 杭州 310023)

以含笑品种“小叶含笑”为材料,从单花水平和单株水平观测了其单花特征、花期、单株花朵密度及开花朝向；同时，采集含笑花粉，通过正交实验得到了含笑花粉离体萌发的最佳培养基条件.实验结果表明：含笑花期持续时间约为40 d，单花持续时间约为10 d；植株中部以上的花朵数量占总数的71.22%，植株中部以下的花朵数量占28.78%；78.91%的花朵开花朝向为向上或水平，21.09%的花朵为向下开花.含笑花粉离体萌发的最佳培养基组合是：蔗糖100 g/L，硼酸200 mg/L和氯化钙300 mg/L，培养温度为25 ℃，pH值为6.5.

含笑；单花特征；开花进程；花粉活力

含笑(Micheliafigo)为木兰科(Magnoliaceae)含笑属(Michelia)植物，著名观赏树种，主要分布于亚洲南部和东南部[1],目前我国分布有11属130多种.由于该树种用途广泛，不仅是良好的家俱、建筑用材，而且在药用、香料等方面也颇具特色，尤以树形壮丽、幽雅，花形、花色美观，香味浓郁而著称[2].

含笑作为突出的造园绿化及药用材料，掌握其开花特性及花粉离体萌发的最佳培养基条件，对园林花木配置、花粉管理及杂交育种有重要意义.文献[3]对云南含笑人工环境下开花生长的发育节律的研究表明，其在云南的蕾期、花期、果期均长并交错，可同时观蕾、观花、观果.文献[4]对阔瓣含笑、平伐含笑及含笑花粉的研究结果表明，蔗糖浓度对花粉萌发具有明显的影响.然而，目前国内对含笑的单花水平、单株水平及花粉萌发的研究较少.花粉是植物遗传信息的载体，其生活力对授粉受精有重要的影响，花粉生活力的高低直接影响到植物的育种效率[5].本研究从单花水平和单株水平观测了含笑品种“小叶含笑”的单花特征、花期、单株总体花朵密度及开花朝向等；同时，采集最佳时期的花粉，研究了培养基中蔗糖、硼酸和氯化钙浓度、温度等因素对含笑花粉萌发率及花粉管生长的影响，得到了含笑花粉离体萌发的最佳培养基条件，为今后进一步开展胚胎生物学研究提供理论依据.

1 材料与方法

1.1 实验材料

实验于2012年4月在浙江省金华市浙江师范大学植物学实验室进行.供试材料为浙江师范大学校园内健康无病虫害的含笑品种“小叶含笑”.金华地处金衢盆地东段，为浙中丘陵盆地地区，地势南北高、中部低，属中亚热带季风气候.

1.2 单花特征测定

采集5个时期的花朵各10朵，5个时期是根据花被片张开状况划分的[6]，用直尺测定花朵直径和高度，用游标卡尺测量花瓣厚度.再将花朵进行拆分、排列，对花瓣、雌蕊和雄蕊进行拍摄，使用Image软件对拍摄所得的照片进行分析处理，得到雄蕊数目、花药长度、花柱宽度、花瓣面积等一系列数据.

1.3 花期观察

选取3棵树龄及长势一致的含笑植株，将树体均分为上部、中部和下部3个部分.每个部分选取3根枝条挂牌标记，3根枝条在选取方向上保持均匀一致.每隔1 d统计每个部位的总花朵数量及Ⅴ时期花朵数量，并做好记录，直至花期结束.

1.4 单株花朵调查

选取含笑植株10株，树龄20年以上，根据冠高将树冠平均划分成4部分，分别记为最上部、中上部、中下部和最下部.然后，统计每一部分的花朵数目，并测定每一朵花的空间夹角.

1.5 花粉活力测定

2012年4月某晴天上午，采集密度最大及开花朝向占主导地位、开裂但未散粉的花药放入干燥皿中，干燥24 h后用100目网筛过筛，收集花粉并置于室温下备用.

运用正交实验研究花粉离体萌发的最适培养基组分浓度、pH及温度[7]，正交表选用L25(55)，各因子和水平如表1所示.

以温度为标准的几个处理共同实验，不同温度分别相隔2 h，采用摇床加液体培养，培养时间为10 h.每个处理制作3张载玻片，将载玻片置于显微镜下观察；每个载玻片随机选取5个视野(每个视野花粉在50粒以上)进行观察，统计每个视野的萌发花粉数量和花粉粒总数，花粉管长度大于花粉粒直径视为萌发.

2 结果与分析

2.1 单花特征

含笑单花的测量结果见表2、表3和表4.

从表2可知：随着含笑花被片的展开，花冠直径呈增大的趋势(P<0.05)，且存在显著性差异，Ⅴ时期的花冠直径约为Ⅰ时期的2倍；花冠高度先略微增加，后呈略微减小的趋势，然后再增大，但是不存在显著性差异.

从表3可知:在含笑花被片展开过程中，5个时期雌蕊的长度和宽度基本相同，没有明显的变化(P>0.05);Ⅳ时期雄蕊的长度及花药长度与其他时期的存在显著性差异(P<0.05)；Ⅲ时期的花丝长度达到最大值.

从表4中可知：随着含笑花被片的展开，花瓣的厚度在前三个时期略微增厚，第Ⅳ时期花瓣的厚度减小，第Ⅴ时期花瓣的厚度呈增大的趋势；花瓣在自然状态下的面积呈现逐渐增大的趋势.将花瓣压平后完全展开的面积与花瓣在自然状态下的投影面积之比定义为花瓣的拱起程度.由各时期拱起程度的数值可知，含笑花被片展开过程中花瓣的拱起程度先增大，后又减小.

2.2 花期

本研究得到的含笑花期近40 d，单花持续时间约为10 d.从同一植株的上、中、下部位来看，下部花朵数量明显比其他2个部位少，中部花朵数量略多于上部.从花朵(这里指的是Ⅴ时期花朵)开放的情况看，中、下部花朵开放的高峰期明显比上部花朵开放高峰期推迟(见图1).

2.3 单株花朵密度及开花朝向

对选取的10株含笑植株进行单株总体花朵密度及开花朝向的测量与统计，结果如图2所示.最上部花朵数量占35.32%，中上部花朵数量占35.90%，中下部花朵数量占22.08%，最下部花朵数量占6.70%.78.91%的花朵开花朝向为向上或水平，21.09%花朵开花朝向为向下.

2.4 花粉活力

采集植株上部开花朝向为向上或者水平的开裂未散粉的第Ⅲ阶段的花药，运用正交实验研究了花粉离体萌发所需的5种条件：蔗糖浓度、氯化钙浓度、硼酸浓度、pH和温度.从表5可以看出：在不同的培养液、温度和pH条件下，含笑花粉的萌发率各不相同，其中：A2B3C4D5E1，A3B1C3D5E2，A4B4C2D5E3和A5B2C1D5E4组合的萌发率最低为零；花粉萌发率最高值出现在A1B4C4D4E4组合，萌发率达34.13%.

因素内水平极差(R)的大小可以反映该因素对实验结果的影响程度.从表6可以看出，参试的5个因素对含笑花粉萌发影响的主次关系依次为D>E>A>C>B.由此可知，温度对花粉的萌发影响最大，其次分别为pH、蔗糖浓度、氯化钙浓度和硼酸浓度.根据各因素水平萌发率的均值(Ki)大小，得到各因素下含笑花粉萌发率大小的顺序依次为D(K3>K4>K2>K1>K5)>E(K4>K5>K3>K1>K2)>A(K2>K1>K3>K5>K4)>C(K3>K4>K2>K1>K5)>B(K4>K1>K3>K2>K5).由此可得,含笑花粉离体萌发影响因子的最佳水平组合为A2B4C3D3E4，即:蔗糖100 g/L，硼酸200 mg/L，氯化钙300 mg/L，培养温度为25 ℃，pH值为6.5.

3 讨 论

本研究的含笑单花特征、花期及单株总体花朵密度及开花朝向的内容，可以被囊括于开花式样这一定义内.开花式样(Floral display)是指一定时期内一个植株上开花的数目、开花类型和花的排列方式[8-10].含笑表现出一种“集中开花模式”.这种开花模式在很多植物中都存在[11],也是温带植物的常见开花模式.郭素枝等[6]的研究表明，Ⅱ至Ⅲ时期花被片基本薄壁组织细胞中淀粉复合物、线粒体、溶酶体等逐渐增多，Ⅳ时期花被片已展开,其淀粉复合物逐渐减少或消失,细胞中的线粒体、溶酶体等细胞器出现不同程度的解体.从本研究花粉管长度来看，Ⅲ时期的花丝长度达到最大值.本研究得到Ⅲ时期是含笑花粉授粉萌发的最佳时期，这与姜景民等[12]的研究结果是一致的.

植株中部以上的花朵数量占总数的71.22%，植株中部以下的花朵数占28.78%；78.91%的花朵开花朝向为向上或水平，21.09%花朵开花朝向为向下.从含笑花开放的空间分布的研究结果来看，这可能与含笑花粉传播密切相关.含笑花白色或略带浅黄，没有艳丽的色彩吸引昆虫，通过释放芳香性物质来吸引昆虫，而花朵的开花向上或水平则更有利于香味的发散，从而达到有效传粉的目的，提高生殖成功率.因此，含笑花朵开放的各朝向比例大致可作为其对自身繁殖成功权衡的标志之一.含笑开花不同的朝向还可能与阴雨天气有一定的关系，朝下的花朵能抵抗阴雨天气的影响.由此，座花朝向可能变化的趋势为:若花期经历雨期，则适当提高朝下座花的比例，以保证阴雨天气中的生殖成功；若花期在雨期前或后，则适当降低朝下座花的比例，以提高对访花者的吸引，提高生殖成功可能性.植株如何维持不同朝向花朵的比例，对其在特定的环境中生殖的成功起着决定性的作用.

花粉萌发受温度的影响较大，本研究得到含笑花粉在25 ℃萌发率最高，随温度升高萌发率降低.花粉萌发和花粉管生长因培养基组分及pH不同而异,培养基组分及其浓度对花粉萌发率和花粉管生长长度有很大的影响[12].本研究在pH 6.5时花粉萌发率达到最大值，为34.13%.

蔗糖不仅可调节花粉的渗透势，还可用作呼吸底物和合成淀粉的原料，促进花粉管的生长.文献[13]认为，蔗糖能进入花粉并增大细胞内已很高的内源浓度,导致渗透压不平衡及代谢物和离子进入培养基里.在本实验中，含笑花粉萌发的最适蔗糖浓度为100 g/L.文献[14]表明，高浓度的蔗糖可改变细胞膜透性，导致渗透压和pH的改变而影响花粉管生长.

硼在绝大多数花的柱头及花柱组织里普遍存在[15].田翠婷等[16]通过用单克隆抗体JIM5和JIM7免疫荧光标记，表明缺硼的培养基降低了花粉管壁的延展性,导致花粉管生长受阻.在离体条件下，适宜的硼酸处理能有效提高花粉的萌发率和促进花粉管的伸长.本实验结果表明,含笑花粉萌发的最适硼酸浓度为200 mg/L，萌发率达到34.13%.

用上百种花粉研究的结果表明，离体培养时正常的花粉萌发需要适当的外源钙，缺钙或钙的浓度过高都会导致花粉管的萌发和花粉管的生长受阻[17].在植物中，Ca2+主要涉及细胞骨架的组装[18]、分泌小泡的运输和融合[19]、花粉管顶端生长[20]等各个方面.因此，Ca2+浓度的紊乱将会导致花粉管伸长受到抑制或完全停止.本研究表明，含笑花粉萌发的最适氯化钙浓度为300 mg/L.

植物的开花式样是植物生殖结构和功能的体现，在植物完成生殖的过程中，花与花之间往往并不是彼此独立的，而是密切相关的[21].因此，植株花的开放式样相较于单花而言，应该成为研究植物生态学的基本单位.本实验研究了含笑的开花特性及花粉离体萌发的最佳培养基条件，便于把握含笑的观赏期及达到生殖成功的目的，对园林花木配置、花粉管理、杂交育种有重要的意义，同时为进一步研究提高植株的生殖成功率及延长观赏期奠定基础.

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(责任编辑 薛 荣)

FloweringprocessandpollenvitalityofMicheliafigo

JIANG Li1, HONG Yan1, CHEN Yan1, SHI Defa2,FU Jiali1, CHEN Jianhua1, LÜ Hongfei1

(1.CollegeofChemistryandLifeSciences,ZhejiangNormalUniversity,JinhuaZhejiang321004,China; 2.SchoolofCivilEngineeringandArchitecture,ZhejiangUniversityofScience&Technology,HangzhouZhejiang310023,China)

It was observed the florescence, flower density, flower characteristics and the flower direction from the single flower and plant of the cultivar, "Xiaoye", ofMicheliafigo. The optimum concentration of components, temperature and pH in vitro were received by using the collection of pollen ofMicheliafigothrough the orthogonal experiment. The results showed that the duration of florescence was about 40 days and single flower was about 10 days. The ratio of flowers in the upper part and total number of plant was 71.22%, and lower part of plant was 28.78%. The 78.91% of the total flowers blossomed upward or horizontal, while 21.09% of the total flowers blossomed downward. The results also showed that the pollen germination was most suitable to the concentration of sucrose (100 g/L), CaCl2(300 mg/L), H3BO3(200 mg/L), the temperature of 25 ℃, and the pH of 6.5. Based on the study of the bloossom characteristics and pollen culture inMicheliafigo, theoretical foundation could be provided for reasonable plant configuration in landscape design, pollen management and crossbreeding ofMicheliafigo.

Micheliafigo; feature of single flower; florescence; pollen viability

10.16218/j.issn.1001-5051.2015.04.014

2015-01-26；

：2015-04-24

浙江省科技特派员团队项目(2012T2T223)

江 丽(1989-)，女，河南信阳人，硕士研究生.研究方向：资源植物学与利用.

吕洪飞.E-mail: luhongfei0164@163.com

S685.15

：A

：1001-5051(2015)04-0441-06