籽瓜花粉活力测定最适培养条件研究

林明，李春燕，白晓山，潘竟海，陈友强，刘华君，邓超宏，，王娟，李承业

(1.新疆农业科学院经济作物研究所，乌鲁木齐 830091；2.新疆农业大学农学院，乌鲁木齐 830052)

籽瓜花粉活力测定最适培养条件研究

林明1，李春燕2，白晓山1，潘竟海1，陈友强1，刘华君1，邓超宏1，2，王娟1，李承业1

(1.新疆农业科学院经济作物研究所，乌鲁木齐 830091；2.新疆农业大学农学院，乌鲁木齐 830052)

【目的】通过籽瓜花粉的离体培养，比较不同浓度蔗糖、硼酸为基本的液体培养基、不同培养温度以及培养时间对花粉离体萌发的影响。【方法】选用最适培养基，对籽瓜花粉进行6个温度水平以及4个时间水平的离体培养。【结果】当培养温度在25～30℃时的花粉活力最高，籽瓜花粉的最优培养基配方是：15%蔗糖+0.01%硼酸+1%琼脂。【结论】花粉萌发率和花粉管长度均随着温度的上升而增加，在温度上升到30℃以后，随着温度的上升，花粉的萌发率和花粉管长度均降低。在室温下花粉培养4 h时，花粉萌发趋于稳定而花粉管长度仍在增加；培养6 h，其花粉管长度不在增加。

籽瓜；花粉活力；培养基

0 引 言

【研究意义】籽瓜是“籽用西瓜”的简称，是葫芦科西瓜属普通西瓜种的栽培变种，也是同株异花授粉植物。目前新疆已成为籽瓜的主要生产基地，种植面积常年稳定在13.33×104hm2(200万亩)左右，籽瓜也成为了新疆的主要特色经济作物，籽瓜生产也进入了全程机械化连片作业模式。在新疆籽瓜种植主要分布在北疆塔城、阿勒泰、昌吉、伊犁等主产区，南疆地区也有零星种植[1]。由于籽瓜在新疆各种植区域地理位置跨度大，所以其自然生态条件存在着比较大的差异，导致各区域籽瓜种植时对籽瓜品种特性的需求也不相同。想要培育出具有适应性广、耐极端温度且性状优良的籽瓜品种是可以通过杂交育种手段实现的，了解籽瓜每个资源材料的花粉活力情况对杂交育种具有重要意义。【前人研究进展】花粉活力的检测通常分为萌发测定和不萌发测定两种[2]。非萌发的测定是指不用通过花粉的萌发便可判断花粉活力的大小，测定的方法主要有对花粉呼吸作用、根据酶的活性情况以及细胞质的有无进行的染色测定、形成有效种子能力、根据脯氨酸含量差异进行的测定。萌发测定是指利用培养基使花粉萌发并测定花粉管的长度，根据此现象判断花粉的活力[3-4]。花粉活力的强弱是作物杂交成功与否的关键因素。活力强的花粉其萌发力高，且花粉管能够迅速生长，从而完成受精。所以在授粉时应当选择具有较强活力的花粉，以保证成功率。花粉的活力与环境因素和自身的遗传有很大的关系，这在辣椒、西瓜、黄瓜、苦瓜等作物的研究中已得到证实[5-8]。【本研究切入点】在籽瓜杂交育种进行授粉时发现，籽瓜花粉活力的大小决定杂交组合配置的成功率，前人未有对籽瓜花粉的活力及萌发进行研究，研究对籽瓜花粉在不同培养条件下的萌发情况，分析计算筛选出最佳的萌发条件。【拟解决的关键问题】通过利用离体培养法，筛选出适合籽瓜花粉萌发的最适培养基，测定不同温度下的花粉活力，确定花粉活力的最适培养条件，为杂交时的人工授粉及杂交组合的优化配置提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 材 料

供试籽瓜品种为新籽瓜4号，为新疆籽瓜主栽品种，由新疆农科院经济作物研究所选育。

试验于2015年5～8月在新疆农科院经济作物研究所实验室中进行。利用盆栽将籽瓜分批进行种植，把籽瓜植株中即将开放的花蕾，采下包好后阴干，当花粉完全散出后进行试验。

1.2 方 法

1.2.1 不同培养基下籽瓜花粉活力比较

在培养基中加入了不同梯度质量浓度的蔗糖和硼酸，琼脂的含量不变，其中硼酸的浓度分别为0.01%、0.05%、0.1%，蔗糖的浓度分别为5%、10%、15%、20%。配置培养基时，用玻璃棒蘸取2～3滴培养基滴在在载玻片中央，将适量花粉撒于冷却后的培养基上，然后放入带有湿滤纸的培养皿中并盖好盖子，放入恒温箱中进行培养，随时观察花粉的萌发情况。每处理观察5～6个视野(每个视野不少于50个花粉粒)，统计视野内的花粉总数、花粉萌发率(以其花粉管长度超过花粉直径两倍为萌发标准)，重复3次，计算花粉萌发率(花粉萌发率等同于花粉活力)，萌发率=(萌发的花粉数/花粉总数)×100%。

1.2.2 不同培养温度对籽瓜花粉活力的影响

设置6个温度水平，分别为15、20、25、30、35和40℃。通过选用的最适培养基对籽瓜花粉进行离体培养，每个处理重复3次，观察花粉的萌发及花粉管生长情况(同1.2.1)。

1.2.3 不同培养时间对籽瓜花粉活力的影响

设置4个培养的时间水平，分别为2、4、6和8 h。通过选用的最适培养基，在室温下对籽瓜花粉进行离体培养，在每个时间处理中将培养皿置于显微镜下，随时通过电脑观察花粉萌发及花粉管生长情况，每个处理重复3次。

1.3 数据统计

对测得的各试验数据利用EXCEL和DPS软件进行处理及分析。

2 结果与分析

2.1 不同培养基对籽瓜花粉萌发率的影响

对培养在不同质量浓度蔗糖和硼酸的培养基上的籽瓜花粉萌发率进行测定，通过观察、统计并计算发现，在培养基的蔗糖浓度为5%时，花粉萌发率随着硼酸浓度的不断增加而逐渐降低；当硼酸浓度在0.01%～0.05%处理间时，处理间的花粉萌发率差异不显著，但两处理与硼酸浓度在0.1%处理时的花粉萌发率差异均达到极显著水平。当培养基的蔗糖浓度为10%时，随着硼酸浓度的不断增加，花粉萌发率也逐渐增高，硼酸浓度在0.01%处理时的花粉萌发率与硼酸浓度在0.05%和0.1%处理时的差异达到极显著水平，而硼酸浓度在0.05%和0.1%的两个处理间的花粉萌发率差异不显著。当培养基的蔗糖浓度为15%时，随着硼酸浓度的不断增加，花粉萌发率依次降低；在硼酸浓度0.01%处理时的花粉萌发率差异极显著于硼酸浓度为0.05%与0.1%这两个处理，而硼酸浓度为0.05%与0.1%两处理间的花粉萌发率差异不显著。由此可见，在15%蔗糖溶液的培养基中加入0.01%的硼酸，籽瓜花粉萌发最好，萌发率高达77.14%。表1

2.2 不同培养时间对籽瓜花粉活力的影响

在室温下，对培养在不同的时间梯度中的籽瓜花粉萌发率和花粉管长度进行测定，通过观察、统计并计算发现，花粉萌发率随着培养时间的增加而增加，当到一定的培养时间时花粉萌发率达到最大值后，不在随着时间的增加而发生变化。花粉在培养2 h时其萌发率达到40%，当培养到4 h，花粉萌发率基本达到最大值，在6和8 h的培养时间段与4 h培养时间的萌发率无差异。而花粉管长度也是随着培养时间的增加而增长，其最大值出现在6 h，在培养时间增加到8 h后其花粉管的长度不在变化。这说明在室温下，当花粉培养一定时间后其萌发率达到稳定之后，其花粉管长度也慢慢地趋于稳定，而花粉萌发率要早于花粉管达到最大值。室温条件下培养时间6 h是花粉萌发的最佳培养时间。图1

表1 不同浓度蔗糖、硼酸下籽瓜花粉离体萌发率变化
Table 1 Germination rate in vitro of pollen in seed watermelon with different concentration of sucrose and boric acid

硼酸浓度(%)Concentrationofsucrose蔗糖浓度(%)Concentrationofboricacid花粉萌发率(%)Germinationrate0.010.050.1554.01bcBC53.45cCD34.21eE0.010.050.11032.15Dd54.31bcBC64.45bB0.010.050.11577.14aA58.56bBC42.56bcBC

注：a=0.05;A=0.01

Note：a Signifies at 0.05 level;A Signifies at 0.01 level

图1 不同培养时间的籽瓜花粉活力
Fig.1 The germination of seed watermelon pollen in the different culture time

2.3 不同培养温度对籽瓜花粉活力的影响

对培养在不同温度梯度中的籽瓜花粉萌发率、花粉管长度进行测定，通过观察、统计并计算后发现，当培养温度在15～30℃时，花粉萌发率、花粉管长度均随着培养温度的上升而增加；在培养温度上升到30℃以后，随着培养温度的上升，花粉的萌发率和花粉管长度均降低。在试验中的6个培养温度处理中，花粉萌发率及花粉管长度在培养温度15℃处理显著高于培养温度在40℃的处理，而培养温度在20℃的处理与35℃处理间的花粉萌发率及花粉管长度差异不显著，但显著高于培养温度在15和40℃的处理。花粉萌发率及花粉管长度以培养温度在40℃的处理最低，分别为12.54%和4.14 μm，且显著低于其他处理。以培养温度在25、30℃处理的花粉萌发率最高，为77.14%～79.63%；花粉管最长，为75.19～76.4 μm，均显著高于其他处理。由此可见当花粉培养温度在25～30℃时，籽瓜花粉活力最高。表2

表2 籽瓜花粉在不同温度条件下的萌发情况
Table 2 The germination of seed watermelon pollen in the different culture temperature

培养温度(℃)Temperatureofculture花粉萌发率(%)Germinationrate花粉管长度(μm)Thelengthofpollentube1539.56c23.98c2057.18b43.22b〛2577.14a76.84a3079.63a75.19a3560.53b50.78b4012.54d4.14d

注：a=0.05

Note：a Signifies at 0.05 level

3 讨 论

硼酸与蔗糖的结合能极大地提高花粉的萌发率。适量的硼酸是花粉萌发和生长所必需的，它引起的花粉萌发率的变化与蔗糖浓度密切相关，硼酸发挥作用需要适宜的蔗糖浓度，二者存在交互作用，而蔗糖的浓度影响占主导地位[9-10]。在实验中，当蔗糖浓度在5%和15%两个处理时，随着硼酸浓度的增加，花粉萌发率逐渐降低。当蔗糖浓度在10%的处理，随着硼酸浓度的增加，花粉萌发率逐渐增高。因此，在籽瓜花粉离体培养时，加入适量的硼酸与蔗糖含量形成适宜的配比，能够提高花粉的萌发率。

有关温度对花粉萌发的影响有过大量报道，如李旭新等[11]认为，黄连木花粉萌发的最适温度分别为25℃。由于籽瓜的种植区域跨度大，南北疆均可以种植，所以在籽瓜正播或在复播种植时，均会出现异常天气，花期遇到高温或低温环境，往往导致籽瓜花粉活力的下降，从而造成果实生长发育的异常，进而影响到籽瓜的产量和质量。因此，在籽瓜育种中耐热新品种的选育也逐渐成为未来的育种方向。不同温度对同一品种花粉活力以及不同品种花粉活力的影响有待进一步研究。

4 结 论

花粉的离体培养是在花粉离开自身条件下人为创造的适宜花粉萌发的外界条件，该方法能较为真实的将花粉的活力情况反映出来。对籽瓜花粉在不同培养条件下生活力测定，室温下籽瓜花粉培养最适时间为6 h，当培养温度在25～30℃时的花粉活力最高，其最适培养基配方是：15%蔗糖+0.01%硼酸+1%琼脂，萌发率高达77.14%。一定质量浓度的蔗糖和硼酸对籽瓜花粉的萌发起促进作用，在籽瓜育种中进行杂交授粉时，可在柱头上涂抹一定质量浓度的蔗糖及硼酸溶液，以提高其花粉萌发率。

References)

[1] 林明,李承业,潘竟海,等.种植密度对籽瓜生长发育及产量的影响[J].新疆农业科学,2012,49(3):448-453.

LIN Ming, LI Cheng-ye, PAN Jing-hai, et al.(2012).Effect of planting density on the growth and yield of seed-watermelon-SWBB-01[J].XinjiangAgriculturalSciences, 49(3):448-453.(in Chinese)

[2]胡适宜.植物胚胎学实验方法(一):花粉生活力的测定[J].植物学报,1993,10(2):60-62.

Hu Shi-yi.(1993).Experimental Methods in Plant Embryology (I):Determination of Pollen Viability[J].ChineseBulletinBotany,10(2):60-62.(in Chinese)

[3]王钦丽,卢龙斗,吴小琴,等.花粉的保存及其生活力测定[J].植物学通报,2002,9(3):365-373.

WANG Qin-li, LU Long-dou, WU Xiao-qin, et al.(2002).Pollen preservation and Its viability test [J].ChineseBulletinofBotany, 9(3):365-373.(in Chinese)

[4] Van Gelderen, E., Fossey, A., & Robbertse, P. J. (1995). The criteria of measurement of the inorganic acid test of pollen viability.SouthAfricanJournalofBotany, (61): 253-259.

[5]缪旻珉,李权,曹碚生,等.高温对黄瓜生殖生长及产量形成的影响[J].园艺学报,2000,27(6):412-417.

MIAO Min-min, LI Quan, CAO Bei-sheng, et al.(2000).Effect of high temperature on reproductive growth and yield formation of cucumis sativus [J].ActaHorticulturaeSinica, 27(6):412-417. (in Chinese)

[6]严峥.影响辣椒花粉活力和结实率的光温条件研究[D].长沙:湖南农业大学硕士论文,2004.

YAN Zheng.(2004).StudiesOneffectsofdifferenttemperatureand1ightonthePollenviabilityandseed-settingrateinPepper[D]. Master Dissertation. Hunan Agricultural University, Changsha.(in Chinese)

[7]彭单义,胡开林.苦瓜的开花习性及影响其花粉萌发率的因素[J].中国蔬菜,1998,(5):17-18.

PEN Shan-yi, HU Kai-lin. (1998). Studies on the Flowering Habits and the Factors Affecting Pollen Germination in Balsam Pear [J].ChinaVegetables, (5):17-18.(in Chinese)

[8]郭尚,王秀英.不同因素对西瓜花粉生活力的影响[J].华北农学报，2006，21(3):91-94．

GUO Shang, WANG Xiu-ying.(2006). Effects of the Different Factors on Vigor Power of the Watermelon Pollen[J].ActaAgriculturaeBoreali-sinica, 21(3):91-94．

[9]顾亚东,张华丽,张西西.非洲凤仙花粉萌发条件及花粉活力研究[J].北方园艺,2011,(6):65-67.

GU Ya-dong, ZHANG Hua-li, ZHANG Xi-xi.(2011).Study on Pollen Germination and Vitality of Impatiens walleriana [J].NorthernHorticulture, (6):65-67.(in Chinese)

[10]马际凯,董连新.新疆变色石竹繁殖生物学特性研究[J].新疆农业科学,2016,53(7):1 303-1 309.

MA Ji-kai, DONG Lian-xin.(2016).Pollen viability and stigma receptivity ofDianthusversicolorin Xinjiang [J].XinjiangAgriculturalSciences,53(7):1,303-1,309.(in Chinese)

[11]李旭新,张艳青,冯献宾,等.不同培养条件对黄连木花粉萌发和花粉管生长的影响[J].西北植物学报,2009,29(5):951-956.

LI Xu-xin, ZHANG Yan-qin, FENG Xian-bing, et al.(2009).Iin vitro pollen germination and pollen tube growth of Pistacia chinensis Bunge [J].ActaBotanicaBoreali-OccidentaliaSinica, 29(5):951-956.(in Chinese)

Supported by: Autonomous Region Key Technology R&D Program"Research of The Standard Cultivation Technique of Seed-watermelon in Different Ecology Regions"(201531101)；Autonomous Region Youth Scientific Funds R&D Program"Analysis of Genetic Diversity of Germplasm Resources of Seed-watermelon Revealed by ISSR in Xinjiang"(2015211B014)；Autonomous Region Academy of Agricultural Sciences'Youth Scientific Funds R&D Program"Study on the Temperature Conditions for Pollen Viability and Fruiting Rate of Seed-watermelon"(xjnky-2014012)

LI Cheng-ye(1957-), male, research fellows, sugarbeet breeding and cultivation, seed-watermelon breeding and cultivation

Study on the Optimal Cultural Conditions for Pollen Viability of Seed-Watermelon

LIN Ming1, LI Chun-yan2, BAI Xiao-shan1, PAN Jing-hai1, CHEN You-qiang1, LIU Hua-jun1, DENG Chao-hong1，2, WANG Juan1, LI Cheng-ye1

(1.ResearchInstituteofIndustrialCrops,XinjiangAcademyofAgriculturalSciences,Urumqi830091,China；2.CollegeofForestry&Horticulture,XinjiangAgriculturalUniversity,Urumqi830052,China)

【Objective】 Through the culture of seed-watermelon pollen, the effects of different concentrations of sucrose and boric acid as basic liquid medium at different culture temperatures and in different culture time on pollen germination in vitro are studied. 【Method】In this project, the optimum culture medium was used to carry out in vitro culture at 6 temperature levels and at 4 time levels. 【Result】When the culture temperature was 25-30, the highest pollen viability was obtained, and the optimal medium formula was: 15% sucrose, 0.01% boric acid and 1% agar. 【Conclusion】With the increased temperature, the germinal rates of pollen and the length of pollen tube were increased; when the temperature reached up to 30℃, the pollen germination rates and pollen length were both decreased. In addition, the germination rate and pollen length were increased by being cultured for 4 hours, and then the length was no longer increased after being cultured 6 hours at room temperature.

seed-watermelon; pollen viability; culture medium

10.6048/j.issn.1001-4330.2017.03.006

2017-01-10

新疆维吾尔自治区科技支撑项目“不同生态区籽瓜标准化栽培技术研究与示范”(201531101)；新疆维吾尔自治区青年科学基金项目“新疆籽瓜种质资源遗传多样性的ISSR分析”(2015211B014)；新疆农业科学院青年科技基金项目“影响籽瓜花粉活力及结实率温度条件的研究”(xjnky-2014012)

林明(1982-)，男，助理研究员，研究方向为甜菜、籽瓜育种与栽培，(E-mail)lm126com@126.com

李承业(1957-)，男，研究员，研究方向为甜菜、籽瓜育种与栽培，(E-mail)lcy7679@126.com

S642.9；S60

A

1001-4330(2017)03-0429-05