油用牡丹‘凤丹’花粉萌发率、柱头可授性及结实性研究

申欣可, 范挺秀, 陈晓蔚, 范丙友

(1.河南科技大学 农学院,河南 洛阳 471000; 2.河南省林业生态建设发展中心,河南 郑州 450000)

0 引言

油用牡丹是结实能力强、能够用来加工食用牡丹籽油的牡丹类型,是中国特有的木本油料作物。与其他油料作物相比,油用牡丹不仅产量高、出油率高、油质好,且适应性广、抗性强,可在退耕还林地、荒山荒地中种植,起到防风固沙、水土保持等作用[1]。

油用牡丹籽油不饱和脂肪酸含量达90.0%以上,其中α-亚麻酸含量高达42.0%[2-4],是大豆油的10倍、玉米油100倍以上[5]。α-亚麻酸是人体内的一种必需脂肪酸,人体自身不能合成α-亚麻酸,需从食物中摄取。α-亚麻酸在摄入人体后可代谢生成EPA(二十碳五烯酸)和DHA(二十二碳六烯酸)。研究表明α-亚麻酸及其代谢物具有降血脂、降血压、抑制血小板凝聚、减少血栓形成等作用,在药品、保健品等领域有广阔的开发前景。

目前,用于商业化生产的油用牡丹主要是‘凤丹’和紫斑牡丹两类,其中‘凤丹’的栽培面积远远大于紫斑牡丹。‘凤丹’是典型的异花授粉植物,以虫媒或风媒为主,自花授粉结实性较差。本文以专用型油用牡丹品种‘凤丹’为材料,开展了‘凤丹’牡丹花粉活力、柱头可授性及结实性研究,以便为提高‘凤丹’种子产量提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 实验材料

专用型油用牡丹品种‘凤丹’,种植于河南科技大学校内农场。

1.2 花粉活力检测

2022年4月上旬待‘凤丹’进入盛花期后,于上午9:00～11:00选择盛开的‘凤丹’花朵采集新鲜花粉,装入硫酸纸自封袋内迅速带回实验室,置于室内阴凉通风的环境下自然阴干。

花粉萌发液体培养基的配制方法:将10 g 蔗糖、0.005 g 硼酸、0.005 g CaCl2溶于100 mL蒸馏水中。将自然干燥的花粉与置于离心管内的花粉萌发液体培养基充分混匀,用一次性滴管将含有花粉的花粉萌发液体培养基滴加在凹形载玻片上,将载玻片置于垫有湿滤纸的培养皿内,加盖后在25 ℃的恒温培养箱内黑暗培养6～8 h。重复3次,每个重复统计1个视野内的花粉量和萌发的花粉量,以花粉管长度超过花粉粒直径作为萌发标准,

萌发率=已萌发的花粉粒数/花粉粒总数×100%。

1.3 柱头可授性分析

在‘凤丹’开花前随机标记发育状态相似的花蕾进行柱头可授性观测,在标记的花朵开放后每天上午9:00～11:00采集5枚柱头带回实验室,然后将柱头放置在载玻片上,滴加联苯胺-过氧化氢反应液,使反应液完全淹没柱头,染色10 min左右观察拍照。

若柱头周围颜色变为棕色并产生大量气泡,则柱头可授性很强;若柱头周围颜色变为棕色,同时伴随着气泡产生,则柱头可授性较强;若柱头周围变色不明显同时产生少量气泡,则柱头可授性较弱;若柱头周围颜色无变化且无气泡产生,则柱头无可授性。

1.4 结实率统计

杂交授粉时统计每朵花的授粉心皮数和授粉花朵总数,在果荚呈蟹黄色且微裂时采收种子,统计每个果荚的结实心皮数和结实果荚总数,计算以下3个指标,

结实心皮率(%)=结实心皮数/授粉柱头数×100%,

每花结籽数(粒/朵)=饱满种子数/授粉花朵数,

每心皮结籽数(粒/心皮)=饱满种子数/授粉心皮数。

2 结果与分析

2.1 花粉活力测定

花粉萌发实验结果表明‘凤丹’盛花期花粉萌发率高达68.4%,说明‘凤丹’花粉具有较高的活力(图1)。

图1 ‘凤丹’花粉萌发率测定

2.2 柱头可授性分析

‘凤丹’花期可持续10 d左右,对‘凤丹’柱头可授性进行观测,发现‘凤丹’在开花后1～10 d柱头可授性呈现先增强后减弱的趋势(图2)。

图2 ‘凤丹’柱头可授性观测

由图2可知,在花后第5～7 d柱头可授性最强,且柱头在花后第6 d分泌黏液,此时达到最佳可授性;花后第8～10 d柱头可授性较强,花后第2～3 d柱头具微弱可授性,花后第1 d柱头几乎没有可授性。由此可见,‘凤丹’最佳授粉时期是花后第5～7 d,其中第6 d可授性最强。

2.3 结实率统计

‘凤丹’授粉花朵数为66朵,授粉心皮数为339个,结实心皮数为325个,采收种子总数为1 686粒,其中1 459粒为饱满种子,227粒为瘪种子,饱满种子占采收种子总数的86.5%。‘凤丹’结实心皮率为95.9%,每花结籽数为22.1粒,每心皮结籽数为4.3粒。

3 讨论

自花授粉是一种较为原始的授粉方式,具有不可避免的缺陷,长期的自花授粉会导致不良性状的积累,从而影响物种的繁衍。因此,不同的植物进化出不同的繁衍机制。本研究中,笔者发现‘凤丹’花粉的成熟期早于柱头的可授期,导致花粉与柱头成熟期不一致,从而造成自花授粉结实率低。雌雄异熟机制可能是‘凤丹’在进化过程中为了更好地适应环境而进化形成的生存策略。

父本花粉活力的高低是植物授粉成败的关键。本研究应用液体离体培养方法对‘凤丹’盛花期的花粉活力进行了检测,发现其平均萌发率达68.4%。张庆等[6]发现‘凤丹’在最适培养条件下,花粉萌发率为62.3%,与本研究结果较为一致。董兆磊[7]对‘凤丹’花粉进行培养,发现其萌发率为79.3%;大花黄牡丹花粉的萌发率为92.1%[8];野生滇牡丹在不同海拔下花粉萌发率存在差异,最高可达74.8%[9];不同牡丹材料的花粉萌发率存在较大差异,可能与气候环境、海拔高度、品种特性及培养液组分有关。

柱头可授性的强弱对杂交成功率同样具有重要影响。本研究中‘凤丹’在花后5～7 d的柱头可授性最高,且在花后第6 d柱头分泌大量黏液,为最佳授粉时期。‘凤丹’柱头一般在花朵开始凋谢时分泌黏液[7],肖佳佳[10]的研究结果表明‘凤丹’柱头在花后第6 d分泌粘液,与本研究结果较为一致。柱头可授性对于杂交授粉时间的选择具有重要的指导意义。在实际杂交授粉过程中,应该选择在柱头可授期内进行授粉,过早或过晚都不利于花粉萌发。过早授粉,柱头不具备可授性,待柱头进入可授期后,花粉可能失去活力;过晚授粉,柱头失去可授性,花粉萌发困难。只有在柱头可授期内才有利于花柱接受花粉,为花粉提供萌发条件,提高花粉萌发率,进而提高杂交授粉成功率。

结实率是检验杂交是否成功的重要依据。在本研究中,待‘凤丹’花后5～7 d进入最佳可授期内,通过人工辅助授粉,最终达到了较为理想的结实效果。‘凤丹’饱满种子率达86.5%,结实心皮率为95.9%,每花结种数为22.1粒,每心皮结种数为4.3粒。本研究为提高专用型油用牡丹品种‘凤丹’种子产量提供了理论基础和技术支持。