6种杜鹃属花粉形态及活力研究

赵进红，赵勇，张倩，王玉山，付均惠，周光锋

（1泰安市泰山林业科学研究院，山东泰安 271000；2泰安市林业局，山东泰安 271000）

0 引言

杜鹃属(Rhododendron)植物是世界著名观赏花卉，为常绿或落叶灌木，稀为乔木，耐寒耐旱，适应性强，喜酸性土壤，多生于林下、林缘、灌丛中。其冠形美观，花色艳丽，花团锦簇，是风景区以及山地乡村发展生态旅游景观最具潜力的植物资源之一。野生杜鹃资源形成了大面积天然群落，对保持水土、调节山区生态环境发挥着重要作用。

杜鹃属是杜鹃花科(Ericaceae)最大的一个属，约1000余种[1]，属于典型的北温带分布类型[2]。中国杜鹃属约542 种[3]，主要分布于云南、西藏、四川、贵州、广东、广西、湖南、江西、福建、台湾、浙江等地。映山红亚属(SubgenusTsutsusi)全球约113种，中国约82种（包括种以下等级）[4]，主要分布于广西、广东、海南、湖南、贵州、江西、福建、台湾和浙江，而云南、四川种类不多，其他地区种类更少。山东自然分布野生杜鹃资源有3种，分别为映山红R.simsii、迎红杜鹃R.mucronulatum、白花杜鹃R.micranthum。为进一步了解其种质特性以及与其他种的区别，笔者对映山红、迎红杜鹃、白花杜鹃、满山红(R.mariesii)、高山杜鹃(R.hybrids)、密枝杜鹃(R.fastigiatum)花粉形态进行研究。

花粉形态具有很强的遗传保守性，其固有的轮廓、纹饰、萌发孔数目、位置等特征常用于植物分类鉴定。有关杜鹃花属植物花粉的研究，国内只有极少数种的报道。高连明、王玉国等[5-7]分别对主产于华南和云南的20 余种杜鹃属植物的花粉形态进行了光学显微镜和扫描电子显微镜观察，并作了比较研究。王伏雄等[8]对银叶杜鹃(R.argyrohpyllum)和美容杜鹃(R.calophytum)的花粉形态进行了观察。张金谈等[9]报道了羊踯躅(R.molle)的花粉形态。蓝盛银等[10]对杜鹃(R.simsii)的花粉形态进行过报道。毛加宁[11]观察了4种杜鹃花的花粉形态特征。毛子军等[12-13]分别对产自国内东北的杜鹃属6种1变种1变型和杜鹃花科4属植物的花粉形态进行了光学显微镜和扫描电子显微镜观察。周兰英等[14]利用扫描电子显微镜对四川26 种野生杜鹃属植物[杜鹃亚属(Subgen.Rhododendron)杜鹃组10 种、常绿杜鹃亚属(Subgen.Hymenanthes)常绿杜鹃组14种、糙叶杜鹃亚属 (Subgen.Pseudorhodorastrum)2种]进行观察和比较研究。

杂交培育杜鹃花新品种是常规高效的方法，杂交亲本的花粉活力高低直接影响着育种的成效[15]。不同植物花粉的活力与寿命以及同一种植物在不同环境条件下花粉存活能力是有差异的。花粉活力、寿命影响着植物的自花传粉率、传粉成功率等[16-18]。为进行杂交授粉，通常需要早期采集和贮藏花粉，以解决花期不一致和远距离杂交的问题。国内杜鹃花粉活力研究，主要针对睫毛杜鹃(R.ciliatum)、多鳞杜鹃(R.polylepis)、薄皮杜鹃(R.taronense)、映山红(R.simsii)、马银花(R.ovatum)、比利时杜鹃(R.hybridum)[19]、炮仗花杜鹃(R.spinuliferum)、马缨花杜鹃(R.delavayi)、碎米花杜鹃(R.spicisferum)[20]、大白花杜鹃(R.decorum)、亮叶杜鹃(R.vernicosum)、马缨花杜鹃、黄杯杜鹃(R.wardii)[15]、宽杯杜鹃(R.sinofalconeri)[21]、常绿杜鹃品种‘XXL’(R.‘XXL’)[22]、东鹃[23]、大喇叭杜鹃(R.excellens)[24]、锈叶杜鹃(R.siderophyllum)[25]等不同种杜鹃的花粉，采用培养基培养法、I2-KI 染色法、TTC 染色法、联苯胺染色法、MTT 染色法等方法[26-30]对花粉活性进行了探索性研究。

目前，涉及映山红、迎红杜鹃、白花杜鹃、满山红、高山杜鹃和密枝杜鹃6 种杜鹃属植物花粉，国内研究较少，笔者对6 种杜鹃属植物花粉形态和活力进行观测，分析亚属、组、亚组和种间花粉形态的差异，旨在为杜鹃属植物的分类学研究提供孢粉学证据。观测花粉活力，以期为杂交授粉提供科学依据和理论基础。

1 材料与方法

1.1 试验材料

2018年4—5月，在日照市东港区西湖镇杜鹃园采集映山红、迎红杜鹃、白花杜鹃、满山红、密枝杜鹃、高山杜鹃6 种杜鹃（表1）含苞待放的花蕾，取出花药，阴干，保存至小玻璃瓶中，在4℃冰箱低温储藏，待测。

供试试剂有TTC、蒸馏水。仪器主要有冰箱、生物显微镜NIKON-E200、滴管、载玻片、盖玻片、镊子等。

表1 6种杜鹃供试材料

1.2 试验方法

1.2.1 花粉形态观察将花粉从冰箱中取出，用镊子取少量花粉于载玻片上，滴入1滴蒸馏水在载玻片中央，并用镊子搅拌使花粉散开后盖上盖玻片，在显微镜下观察花粉的形状、萌发孔等，用测微尺测量花粉的大小，每种花粉随机测量50 个花粉粒的直径，并计算平均直径。

1.2.2 花粉生活力测定采用TTC 染色法测定花粉活力。配制0.5%的TTC染液，用镊子取少量花粉在载玻片上，滴入1滴TTC染液，用镊子搅拌均匀后盖上盖玻片，在室温下放置15～20 min后，在显微镜下观察花粉染色情况。每个玻片观察3 个视野，分别统计各视野有活力的、无活力的花粉数量，计算各视野花粉生活力[式(1)]和花粉平均生活力。每隔7 天测1 次花粉生活力，观察分析6 种杜鹃花花粉生活力的差异及生活力随时间的变化情况。

2 结果与分析

2.1 6种杜鹃花的花粉形态

映山红、迎红杜鹃、白花杜鹃、满山红、密枝杜鹃和高山杜鹃6种杜鹃分属映山红亚属、迎红杜鹃亚属、杜鹃亚属3个亚属和映山红组、杜鹃组、轮生叶组3个组。

如图1所示，6种杜鹃花的花粉形状、形态一致，为四合体复合花粉，呈正四面体排列，单粒花粉为球形或者近球形。四合花粉的相邻单粒花粉孔沟相连，四合体具有三孔沟，呈裂缝状。花粉表面纹饰均为较模糊的网状纹饰，沟间区域的纹饰主要为致密聚颗粒状和松散聚颗粒状。花粉的颜色呈淡黄色或米白色。

图2为花粉粒萌发孔，萌发孔与花粉沟缝线垂直，萌发孔呈狭长的裂缝。图3 为花粉管萌发情况，花粉管伸出萌发孔，每个萌发孔都长出花粉管。图4 为皱缩花粉粒的形态，四面体花粉的4个面向内凹陷，花粉粒呈干瘪、皱缩状，皱缩的花粉粒生活力降低，甚至丧失生活力，正常花粉与皱缩花粉所占的比例是评估花粉生活力的一个因素。

2.2 6种杜鹃花的花粉大小

如表2 所示，6 种杜鹃花粉四合体花粉的直径在28.0～55.0 μm之间。各品种杜鹃花花粉大小的均值由大到小为高山杜鹃＞迎红杜鹃＞映山红＞白花杜鹃＞满山红＞密枝杜鹃。方差分析和LSD 法多重比较发现（表3～4），6种杜鹃花花粉大小差异显著。高山杜鹃与迎红杜鹃、映山红、白花杜鹃、满山红、密枝杜鹃这5种杜鹃在花粉大小上差异均极显著；迎红杜鹃、映山红和白花杜鹃与高山杜鹃和密枝杜鹃在花粉大小上差异显著，与满山红差异不显著；满山红与高山杜鹃差异显著，与迎红杜鹃、映山红、白花杜鹃和密枝杜鹃这4 种杜鹃在花粉大小上差异不显著；密枝杜鹃与高山杜鹃、迎红杜鹃、映山红、白花杜鹃在花粉大小上差异显著，与满山红差异不显著。杜鹃亚属中的高山杜鹃和密枝杜鹃差异极显著，杜鹃亚属与映山红亚属、迎红杜鹃亚属差异显著至极显著，映山红亚属之间、映山红亚属与迎红杜鹃亚属种差异不显著。

表2 6种杜鹃花粉直径大小 μm

表3 6种杜鹃花粉大小方差分析表

表4 6种杜鹃花粉大小LSD法多重比较

2.3 杜鹃花花粉生活力测定

2.3.1 6种杜鹃花粉活力大小杜鹃花粉采集后第7天，进行了第一次杜鹃花粉活力测定，6 种杜鹃花粉活力为62.4%～72.9%。花粉生活力由大到小为白花杜鹃＞高山杜鹃＞映山红＞密枝杜鹃＞迎红杜鹃＞满山红。方差分析和LSD法多重比较（表5）得出，6种杜鹃之间花粉生活力差异显著，白花杜鹃与迎红杜鹃、满山红花粉生活力差异显著，与高山杜鹃、映山红、密枝杜鹃差异不显著；高山杜鹃与满山红花粉生活力差异显著，与白花杜鹃、映山红、密枝杜鹃、迎红杜鹃差异不显著；映山红与满山红花粉生活力差异显著，与白花杜鹃、高山杜鹃、密枝杜鹃、迎红杜鹃差异不显著；密枝杜鹃与其他几种花粉活力差异均不显著；迎红杜鹃与白花杜鹃花粉生活力差异显著，与其他几种差异不显著；满山红与白花杜鹃、高山杜鹃、映山红花粉生活力均差异显著，与密枝杜鹃、迎红杜鹃差异不显著。

表5 贮藏7天后不同品种杜鹃花粉生活力

2.3.2 杜鹃花花粉生活力随储藏时间的变化情况及分析由表6和图5可得，6种杜鹃花粉随储藏时间延长，生活力呈不同程度下降。映山红花粉活力7～28 天花粉活力呈直线下降。满山红、密枝杜鹃、高山杜鹃、迎红杜鹃4 种花粉7～21 天生活力呈直线下降；7 天时，4种花粉平均活力为65.95%；21天时，4种花粉平均活力降到37.75%；7～14 天，6 种杜鹃花粉中，高山杜鹃花粉失活最快，贮藏14 天的活力比7 天的下降了65.25%，满山红、密枝杜鹃、迎红杜鹃和映山红4种花粉活力降幅相差不大，为19.36%～23.32%，白花杜鹃花粉活力丧失较少，仅为1.67%；14～21天，白花杜鹃花粉活力丧失较快，贮藏21天的活力比14天的下降了58.63%，高山杜鹃降幅也较大47.39%，其次是密枝杜鹃、满山红、迎红杜鹃，在这一时期，映山红活力降幅较小，为16.67%；21～28天，白花杜鹃和高山杜鹃花粉活力略有升高，满山红、密枝杜鹃和迎红杜鹃花粉活力下降缓慢，映山红花粉活力降幅较大，贮藏28 天的活力比21天的降低了61.13%。

表6 4℃低温储藏不同时间后6种杜鹃花粉生活力 %

白花杜鹃花粉生活力下降最为缓慢，第7 天花粉生活力较高，为72.9%，第28 天花粉生活力51.1%，活力下降较缓慢；其次是映山红，其第7天花粉生活力为69.8%，第28天花粉生活力为30.1%；高山杜鹃下降趋势最快，其第7天测量时花粉生活力为69.9%，到第21天花粉生活力就降为28.7%。6 种杜鹃花粉生活力下降速度由慢到快为白花杜鹃＜映山红＜迎红杜鹃＜满山红＜密枝杜鹃＜高山杜鹃。

由表7～9 可得，各种杜鹃间的花粉生活力随储藏时间变化情况差异极为显著。7～21 天各种杜鹃花花粉生活力的均值由大到小为白花杜鹃＞映山红＞迎红杜鹃＞满山红＞密枝杜鹃＞高山杜鹃。不同种类间花粉生活力差异显著，白花杜鹃与其他5种差异均显著，高山杜鹃与其他5 种差异均显著，映山红、迎红杜鹃、满山红、密枝杜鹃4种与白花杜鹃、高山杜鹃花粉生活力差异极显著，映山红、迎红杜鹃、满山红、密枝杜鹃4种之间差异不显著。

表7 6种杜鹃不同贮藏期花粉活力方差分析

表8 不同种间花粉生活力LSD多重比较

表9 不同储藏时间花粉活力LSD多重比较

花粉不同储藏期处理间生活力差异极显著，7 天与14 天、21 天、28 天的杜鹃花粉生活力差异极显著。14天与21天、28天的花粉生活力差异极显著，21天与28天花粉生活力差异不显著，说明7～21天花粉失活较快，21～28天花粉失活慢，生活力变化差异不大。

3 结论

映山红、迎红杜鹃、满山红、密枝杜鹃、高山杜鹃和白花杜鹃6 种杜鹃花粉在形态上差异不大，均为四合体复合花粉，呈球形四面体结构，具有三孔沟，每个沟具有裂缝状的孔为萌发孔，花粉管从萌发孔发出。6种杜鹃花粉四合体的直径28.0～55.0 μm，映山红亚属内不同种花粉大小相近，比迎红杜鹃亚属的花粉略小，差异不显著；杜鹃亚属内花粉大小差异极显著，与映山红亚属、迎红杜鹃亚属差异显著至极显著。

6 种杜鹃花粉储藏7 天时，生活力为62.4%～72.9%，4℃储存28 天后花粉生活力30.1%～51.1%。不同保存阶段，花粉活力变化不同，7～21 天花粉活力变化大，失活速率快；21～28 天花粉失活变慢，生活力变化差异不大。不同种类杜鹃花粉活力及随保存时间变化差异显著。映山红亚属的白花杜鹃花粉活力高，失活速度慢；杜鹃亚属高山杜鹃和密枝杜鹃散粉7 天内花粉保持较高活力，在4℃储存下后期失活较快。储藏7～21天，映山红组花粉较轮生叶组、杜鹃组活力高，失活速率慢。

所测6 种杜鹃花粉4℃低温下保存28 天仍保持一定活力，不同种类花粉活力差异显著，随贮藏时间延长，花粉活力均不同程度下降，不同种类花粉的贮藏力不同。基于杜鹃花粉活力变化特性，做杂交授粉之前，应检测花粉活力，提高杂交育种成功率。

4 讨论

花粉活力除受自身遗传因素、储藏时间影响外，还受贮藏温度、湿度等贮藏环境因素影响。李国树等[20]通过对朝晖杜鹃、马缨花杜鹃、炮仗花杜鹃、碎米花杜鹃、红晕杜鹃5种杜鹃花粉活力研究表明，低温有利于杜鹃花粉的贮藏，可延长其生活力，有利于杜鹃种质资源的保存和育种。韩聪等[21]研究表明，宽杯杜鹃的花粉在室温保存1个月后花粉便失去活力。陆琳等[15]研究结果表明，低温冷冻是高山杜鹃花粉的最佳贮藏条件，超低温(-80℃)冷藏能够实现杜鹃花粉的长期贮藏。如何保持花粉活力，延长花粉寿命，营造花粉活力长时间保持的贮藏环境，找出最佳的贮藏方法，为下一步研究目标。