CPPU对山葡萄雄株花器官形态发育的影响

申海林，郭俊强，于坤淼，郭修武，孙赫鸿，温景辉，郭印山，李坤，闫可，邹利人，刘镇东*

（1. 沈阳农业大学园艺学院，沈阳 110866；2. 吉林省农业科学院果树研究所，吉林公主岭 136100）

CPPU对山葡萄雄株花器官形态发育的影响

申海林1,2，郭俊强1，于坤淼1，郭修武1，孙赫鸿1，温景辉2，郭印山1，李坤1，闫可2，邹利人2，刘镇东1*

（1. 沈阳农业大学园艺学院，沈阳 110866；2. 吉林省农业科学院果树研究所，吉林公主岭 136100）

为研究CPPU处理对山葡萄雄株花器官发育的影响，本试验以雄株75047为试材，采用100 mg/L CPPU溶液处理花序，对花器官的发育过程进行观测，结果表明：CPPU处理的花蕾纵径、花蕾横径、雌蕊纵径、雌蕊横径在初花期分别比对照提高了13.5%、18.3%、58.6%和31.4%；而处理的花药纵径、花药横径和花丝长度在初花期分别比对照降低了0.4%、0.4%和6.5%。由上述结果可以得出，CPPU处理可以明显促进雄株花蕾和雌蕊的膨大，并在一定程度上抑制花丝和花药的发育，但抑制效果不明显。

山葡萄；雄株；CPPU；花器官；发育

山葡萄（Vitis amurensis Rupr.）是葡萄科葡萄属落叶藤本植物，原产于我国东北、朝鲜半岛及俄罗斯远东地区，是葡萄属中最抗寒的种类，在-40 ℃的条件下不需防寒措施仍可安全越冬[1]，对白粉病、白腐病和霜霉病等多种真菌性病害具有较强抗性[2-3]，是葡萄抗寒、抗病育种的重要资源[4-9]。目前，在我国东北及内蒙古地区生产栽培山葡萄约1.1万 hm2，为农民创造了可观的收益，在农业种植结构调整及社会主义新农村建设中发挥了重要作用[10]。山葡萄为雌雄异株，自然条件下雄株只能提供花粉而不能产生果实。经CPPU等外源细胞分裂素处理，可以诱导其性别转换，从而结出果实。国内外已有关于葡萄属植物雄株性别转换研究的报道，涉及到适宜的处理时间、适宜的激素种类、处理后花粉萌发率、雌配子体显微结果观察和差异蛋白质组学等[11-14]，而有关CPPU处理对山葡萄性别转换中雄株花器官形态发育的影响研究尚未见报道。

本研究以山葡萄雄株75047为试材，通过测量花蕾纵横径、雌蕊纵横径、花丝长度、花药纵横径等指标，研究CPPU处理对其花器官发育的影响，为葡萄属植物性别转换研究提供更多的基础数据，为山葡萄种质资源的评价利用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

试验材料为山葡萄雄株系75047，树龄十年，保存于国家果树种质左家山葡萄圃，篱架栽培，常规田间管理，长势良好。

1.2 方法

1.2.1 CPPU处理及样品采集

参照焦竹青[14]试验CPPU所用浓度，2017年5月17日，本试验选取100 mg/L的CPPU溶液处理花序，以清水处理为对照。之后每4 d取样一次，直到开花。当日样品采集时以冰盒存放保鲜，采样结束后即进行测量，试验于2017年5月至2017年6月在沈阳农业大学果树遗传育种与生物技术实验室进行。

1.2.2 花器官形态记录及数据分析

使用OLYMPUS SZX7体式显微镜系统观察，并采用系统附带的cellSens Entry 1.8软件测量花蕾纵横径、雌蕊纵横径、花丝长度、花药长宽。每个采样时期随机选择花序中部10个花蕾或开放的花朵测量各指标，取平均值。采用SPSS软件进行统计分析。在开花期，经CPPU处理的花丝会有一定程度的反卷，花丝长度为花丝两个端点之间的线段长度。

2 结果与分析

2.1 CPPU处理对花蕾发育的影响

5月17日使用CPPU溶液处理山葡萄雄株75047的花序，13 d后（5月30日）达初花期，对照与处理的花蕾纵横径均呈持续增加趋势。与对照相比，处理花蕾纵径增加的趋势更明显，增加幅度较大。处理的花蕾横径在各时期均高于对照，处理后13 d花蕾纵径和横径分别达到1544.83 μm和1210.82 μm，而对照分别为1360.53 μm和1023.61 μm，处理的纵径和横径分别比对照增加13.5%和18.3%。说明CPPU处理可以明显促进雄株花蕾的膨大（图1）。

图1 花蕾纵横径变化曲线

图2 雌蕊纵横径变化曲线

图3 5月30日对照与处理的花

2.2 CPPU处理对雌蕊发育的影响

由图2可以看出，处理与对照的雌蕊体积均呈增加趋势，与对照相比，处理的雌蕊纵横径增加幅度更明显。经CPPU处理后（图3），雄株子房明显膨大，且可见明显的柱头出现。各时期雌蕊的纵横径均高于对照。处理的雌蕊纵径从5月26日到开花前有较大幅度的上升，5月30日开花时达到了963.38 μm，比对照高58.6%。处理的雌蕊横径在5月30日达到了762.07 μm，比对照高31.4%。以上结果表明，CPPU处理可以明显地促进雄株雌蕊的发育。

2.3 CPPU处理对花丝长度的影响

由图4可以看出，处理与对照的花丝长度变化趋势基本一致，前期增长较慢，后期增长迅速。5月22日以后的各时期，处理花丝长度均小于对照，但差异不明显。到5月30日，处理与对照花丝长度分别达到1988.61 μm和2127.95 μm，处理比对照低6.5%。表明CPPU处理可以在一定程度上抑制雄株花丝的伸长，但抑制效果不明显。

2.4 CPPU处理对花药发育的影响

由图5可以看出，无论处理还是对照，其花药纵横径均呈先上升后下降的趋势，均在5月26日达到最大值，5月30日下降到最小值。原因可能是在开花散粉之前，随着花粉粒的逐渐成熟，花药体积达到最大，而随着花朵的开放及散粉，附着在花药上的花粉数量迅速减少，花药体积达到最小。另外，处理与对照之间，各时期花药横径差异不明显，花药纵径除5月22日对照明显高于处理外，其余各时期差异均不明显。在初花期5月30日，处理花药的纵径和横径均比对照低0.4%。这表明，CPPU处理对花药大小发育的影响较小。

图4 花丝长度变化曲线

图5 花药纵横径变化曲线

3 讨论与结论

3.1 讨论

山葡萄雄株经细胞分裂素CPPU处理后，可恢复雌蕊的正常发育，具备受精功能，从而产生果实。本试验中，外观形态观测表明，CPPU处理明显促进了花蕾和雌蕊的膨大。有研究表明，经CPPU处理的山葡萄雄株，其花粉萌发率明显下降，认为CPPU在促进山葡萄雄株雌配子体发育的同时可能具有抑制雄配子体发育和萌发的作用[14]。本研究中，CPPU处理在一定程度上抑制了花丝和花药的生长发育，但抑制效果并不明显，原因可能是花药和花丝是体细胞构成的器官，受外源激素影响较弱，而花粉作为雄配子体，其活力更容易受到外源细胞分裂素的影响。

目前有关葡萄属植物雄株性别转换的研究，国内外均有报道。Negi等[11]以欧亚种葡萄的雄株为试材，采用7种不同的药剂于花前3周对其进行性别转换处理，结果表明：IBA、2,3,5-TIBA、2-氯乙基三甲基氯化铵、β-萘氧乙酸、IAA、NAA和GA3均无反转效果，而采用1000 mg/L人工合成的细胞分裂素SD8339可使雄花全部转换为两性花。郭修武等[12]采用激动素和6-BA两种药剂对5个山葡萄雄株系进行了性别转换处理，结果表明：激动素对性别转换无明显作用，而6-BA的处理效果较好，且以1000 mg/L为最适处理浓度。艾军等[13]以3份山葡萄雄株为试材，比较了6-BA与KT-30S（别名CPPU）对其性别转换效果的差异，认为100 mg/L的KT-30S效果稳定可靠。焦竹青[14]以4份山葡萄雄株为试材，探讨了不同处理时期及CPPU处理浓度对性别转换效果的影响，认为花前15 d、100 mg/L的处理条件下转换效果较好。综上所述，国外研究者仅在欧亚种葡萄上进行过雄株性别转换研究，其所用的药剂、浓度及处理时期在山葡萄是否适用仍需探讨。而国内研究者着重于山葡萄的研究，先后应用了激动素、6-BA和CPPU三种药剂，其中激动素无反转效果，6-BA处理时所需浓度较大，需使用较多稀盐酸溶解，易对植株造成损伤，而CPPU作为一种高效的细胞分裂素类物质，其处理浓度较小，少量酒精即可将其溶解，稀释至所需浓度后酒精量微乎其微，对植株不会造成损伤，这是本研究药剂选择的依据。关于处理浓度的确定，本研究前期采用CPPU对雄株系75047进行了浓度梯度处理，结果发现100 mg/L的处理效果最好，这是本研究药剂浓度的确定依据。关于最佳的处理时期，由于环境条件的差异可能会使山葡萄花期在不同年份间发生轻微波动，为确保在气候条件变化引起花期变化的情况下也能准确掌握处理时期，焦竹青[14]认为以花序的形态来确定处理时期更为可靠，即当花序主穗长度约4 cm时进行处理。本研究也以此为依据，在花序主穗长度约4 cm时进行处理，得到了预想的转换效果。

3.2 结论

本研究以山葡萄雄株系75047为试材，采用CPPU溶液处理花序，在实现了其性别转换的基础上，对花器官的发育过程进行观测，结果表明：CPPU处理可以明显促进雄株花蕾和雌蕊的膨大，并在一定程度上抑制花丝和花药的发育，但抑制效果不明显。研究结果为今后山葡萄性别转换机理及性别决定机理等更深入的研究奠定基础。

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Effects of CPPU on floral organ development in male Vitis amurensis Rupr.

SHEN Hailin1,2, GUO Junqiang1, YU Kunmiao1, GUO Xiuwu1, SUN Hehong1, WEN Jinghui2, GUO Yinshan1, LI Kun1, YAN Ke2,ZHOU Liren2, LIU Zhendong1*
(1. College of Horticulture, Shenyang Agricultural University, Shenyang 110866; 2. Research Institute of Pomology,Jilin Academy of Agricultural Sciences, Gongzhuling, Jilin 136100)

To investigate the effect of CPPU treatment on floral organ development in male Vitis amurensis Rupr.,the inflorescences of male Vitis amurensis 75047 were treated with 100 mg/L CPPU, then the floral organ developing process was observed and the longitudinal and traverse diameters of flower buds, pistils and anthers, as well as the filament length were measured. The results showed that: after being treated with CPPU, the longitudinal and traverse diameters of flower buds and pistils were increased by 13.5%、18.3%、58.6% and 31.4% respectively at initial flowering; while the longitudinal and traverse diameters of anthers as well as the filament length were decreased by 0.4%, 0.4% and 6.5%. Therefore, we indicated that CPPU treatment could obviously promote the expansion of flower buds and pistils, while depress the development of filaments and anthers, but with an unobvious effectiveness.

Vitis amurensis Rupr.; male plant; CPPU; floral organ; development

S663.1；S482.8+91

A

10.13414/j.cnki.zwpp.2017.06.006

2017-07-02

现代农业产业技术体系建设专项（CARS-30-YP-06）；国家自然科学基金（31501722）；辽宁省博士启动基金（20141060）

申海林（1977-），男，在读博士研究生，研究方向为果树遗传育种与生物技术。

*通讯作者：刘镇东（1984-），男，硕士生导师，主要从事果树遗传育种的教学与科研工作。E-mail: leolzd@hotmail.com