影响元宝枫花粉离体萌发的因素研究

张忠镇，李岱龙 ，王文文，李 丽

（1.济宁林业局，山东 济宁 272019；2.山东永春堂集团有限公司）

元宝枫（Acer truncatum Bunge）又称元宝槭，槭树科（Aceraceae）槭属（Acer）乔木，为我国特有树种，广泛分布20多个省区（中国植物志,1981）。元宝枫抗寒、抗旱，姿态优美，在园林绿化中多用于行道树、孤植树。除此之外，元宝枫种子中含油量高达48%，其中神经酸含量超过5%，且亚油酸、亚麻酸等不饱和脂肪酸含量超过58%，可促进神经纤维修复和神经细胞再生，对老年痴呆等病症效果显著，种仁蛋白含量27.15%，包含人体所需的8种必需氨基酸，是一种集食用、药用、保健为一身的新资源树种，具有极高的利用价值和广泛的开发前景（王性炎和李艳菊,1998）。为了有效开发元宝枫资源，2015年11月国家林业局等四部门 《关于整合和统筹资金支持贫困地区油茶核桃等木本油料产业发展的指导意见》，把元宝枫列入国家重点发展和重点资金支持的木本油料作物。目前，我国元宝枫多处于野生状态，苗木多采用天然野生的种子繁殖，还没有真正意义上优良品种，利用天然优株进行杂交育种的工作亟待开展。花粉是植物进行有性生殖的雄配子体，杂交育种的成功与否与花粉萌发活力密切相关。因此，进行元宝枫花粉离体萌发条件及萌发特性研究，对深入开展元宝枫育种工作具有重要意义。

1 材料与方法

1.1 材料

泗水永春堂集团公司8年生元宝枫优株，采集将要开放的元宝枫花蕾，剥开花瓣收集花粉培养。

1.2 方法

1.2.1 温度对元宝枫花粉萌发的影响

将收集的元宝枫花粉均匀撒在2%琼脂粉的固体培养基上，2 000 Lx的光照强度下分别放在在5、10、15、20、25、30 和 35 ℃的温度下培养 4 h。

1.2.2 光照对元宝枫花粉萌发的影响

将收集的元宝枫花粉均匀撒在2%琼脂粉的固体培养基上，20℃下分别在光照强度为0、400、800、1200、1600和 2000 Lx下培养 4 h。

1.2.3 培养基成分对元宝枫花粉萌发的影响

在20℃，2 000 Lx的培养条件下，设计3因素3水平L9（34）正交试验，共9个组合，分别将三种浓度的蔗糖、H3BO3按照正交试验设计法添加于2%琼脂粉的固体培养基中，并调整不同pH值，培养4 h。

花粉萌发率用一个视野中萌发的花粉数占总花粉的百分比表示；花粉管长度用显微镜操作软件中自带标尺测量。每处理均重复3次，每个视野至少观察30粒花粉。

1.3 数据统计及处理

试验数据用SPSS19.5处理，LSD显著性分析，数据用平均值±标准差表示。

2 结果与分析

2.1 温度对元宝枫花粉萌发的影响

表1 温度对元宝枫花粉萌发的影响Table 1 Effects of different temperatures on the pollen germination of Acer truncatum

表1显示，随着培养温度的升高，元宝枫花粉萌发率先升高后降低，20℃下元宝枫花粉萌发率最高达到了92.0%，而25℃时也达到了89.9%，均显著高于与其它培养温度下的萌发率（p＜0.05）；温度过高或过低均不利于元宝枫花粉的萌发，特别是低于10℃或高于35℃时的萌发率均显著低于其它培养温度（p＜0.05）。

元宝枫花粉管长度受温度影响的变化趋势与萌发率一致，20℃和25℃下培养4 h，花粉管长度分别达到了285.3 μm和304.2 μm，平均伸长速度均大于70 μm·h-1，显著高于其它温度下的伸长长度和生长速度（p＜0.05）。结果表明，温度可影响元宝枫花粉萌发，元宝枫花粉萌发的最适温度区间为20-25℃，过高或过低的培养温度均不利于元宝枫花粉萌发及花粉管伸长。

2.2 光照强度对元宝枫花粉萌发的影响

表2显示，在黑暗条件下元宝枫萌发率仅为27.3%，显著低于有光培养的萌发率；而光照强度高于1200 Lx时，元宝枫花粉萌发率均高于80%，差异不显著（p＜0.05），其中 1600 Lx下的萌发率最高达到88.5%。光照强度低于800 Lx时，元宝枫花粉管平均长度为188.4～219.5μm，不同光照强度下无显著差异，光照强度高于1200 Lx时，花粉管长度均大于 290μm，伸长速度大于 75 μm·h-1，与低光照强度下的花粉管长度和伸长速度差异显著（p＜0.05）。结果表明，元宝枫花粉萌发率和花粉管伸长速度受光照强度影响，1600～2000 Lx是元宝枫花粉萌发的最佳光照强度，而低于800 Lx则不利于花粉萌发。

2.3 培养基成分对元宝枫花粉萌发的影响

将培养基成份蔗糖、硼酸及培养基pH值3个影响元宝枫花粉萌发特性的因素，按照L9（34）正交设计，表3所示为试验结果，对表 3中数据进行方差分析，由III型平方和比较可知，对元宝枫花粉萌发率的影响H3BO3＞pH＞蔗糖，最优水平组合为A3B1C2， 即 蔗 糖 200 g·L-1、H3BO3100 mg·L-1和pH7.0；对元宝枫花粉管伸长的影响H3BO3＞蔗糖＞pH，最有水平组合为A2B1C2，即蔗糖200 g·L-1、H3BO3100 mg·L-1和pH7.0。由此推论3个因子最佳组合为蔗糖 100 g·L-1、H3BO3100 mg·L-1和 pH5.0～7.0。

表2 光照强度对元宝枫花粉萌发的影响Table 2 Effects of light intensity on the pollen germination of Acer truncatum

表3 正交试验对元宝枫花粉萌发率及花粉管长度的影响Table 3 Effect of orthogonal test on pollen germination rate and tube length of Acer truncatum

表4 方差分析主体间效应的检验Table 4 Variance analysis results

3 讨论

花粉活力关系到植物授精成功与否并影响果实产量，温度、湿度、光照、风速以及离体时间等因素与植物花粉活力密切相关（李训贞 等,2002）。温度是影响花粉萌发率的重要因素，过高或过低的温度均可导致花粉的萌发率下降，这是因为花粉萌发是一个复杂的变化过程，花粉粒内代谢过程极其旺盛，这些物质代谢均需要多种酶的参与，如在绒毡层细胞分泌的胼胝质酶（李宁 等,2008）、花粉萌发孔发育相关的GDSL脂肪酶（辛喜凤 2012）、糖代谢相关的酶（林苏娥 2014）等，而酶的活性对环境温度极其敏感。植物花粉萌发的最适温度多集中在20-25℃，当温度高于30℃时，可缩短花药开裂时间，加快花粉失水，导致花粉瘪小，萌发的花粉管变短，花粉活力下降（Weaver和 Timm,1988）。本研究发现，元宝枫花粉萌发最适宜的温度区间为15～25℃。由于植物长期适应各自分布区域的气候特点，其花粉最适萌发温度差异明显（王改萍 等,2009;郭磊 等,2014），即使同一种植物的不同品种间，温度对花粉活力的影响也具有较大差异，这与当地的环境和种间的适应性有关系（李宁 等,2008）。元宝枫分多分布在我国北方，花期最温度一般在15～25℃，这是元宝枫长期适应分布区的气候特点的结果。

目前，光照对植物花粉活力的影响并无一致的观点。彭向永等（2017）发现，光照强度可提高蒿柳花粉萌发率，促进花粉管的生长；在茉莉（邓衍明等,2014）、兰州百合（杨中汉 等,1994）、有斑百合（郭思佳 等,2014）中也发现花粉萌发和花粉管生长均与光照强度呈极显著正相关。细胞内钙调素信号与花粉萌发和花粉管伸长密切相关，光照能提高植株温度，酶活性升高，可刺激植物细胞钙离子信号，钙和钙调蛋白（CaM）与细胞内多种酶（如激活酸性磷酸酯酶Ⅰ）和蛋白结合后调节细胞内的各种代谢活动，在花粉管萌发过程中CaM的含量高，提高花粉萌发率，促进花粉管的伸长（Roberts和 Harmon,1992;顾永清 1994）。与以上研究不同，完全黑暗或弱光与光照条件下的金银忍冬和马尾松花粉萌发率无显著差异（徐进 等,1998;许珂 等 2008）；而对新疆猪牙花遮阳后发现花粉活力增高，高活力时间延长，可延长授粉时间和结实率（古丽江和古力西拉,2013），枣花粉的萌发也受到光照的显著性抑制（吴硕 等,2017）。本研究发现，光照强度可影响元宝枫花粉萌发率及花粉管长度，低于1200 Lx不利于花粉萌发，1600～2000 Lx是元宝枫花粉萌发的最佳光照强度，本试验未就高于2000 Lx的光照强度对元宝枫花粉萌发情况进行研究。光照前度对不同植物花粉萌发的结果不同，可能是植物自身特性以及生长环境差异不同导致的。

植物花粉离体培养一般在适宜的环境下利用液体或固体培养基进行，培养基成分和浓度是影响花粉萌发的关键因素（张绍铃 等,2005）。本试验采用正交设计试验探讨了3种因素在3个不同水平下对元宝枫花粉萌发率及花粉管长度的影响，发现pH 值为 7.0，10%～20%蔗糖、100 mg·L-1的 H3BO3的培养基利于元宝枫花粉萌发和花粉管伸长。蔗糖除了能够给花粉萌发提供能源，也是细胞中重要渗透调节物质，恰当的蔗糖浓度可保持花粉细胞的渗透势，防止细胞吸胀吸水而破裂或失水而质壁分离（彭向永 等,2017）。硼酸与花粉对糖的吸收、运转和代谢相关，能够促进果胶物质的合成，利于植物花粉萌发和花粉管的生长（陈文涛 等,2013），但硼酸浓度升高，反而会抑制花粉萌发率和花粉管生长（张绍铃 等,2005），本试验也得出了相似的结果。环境pH值影响花粉萌发，一般花粉离体培养多为为弱酸性（杜玉虎 等,2006），本试验结果表明，pH7.0时，元宝枫花粉的萌发率和花粉管长度最高，但由于本试验在正交设计时所设的pH值间隔偏大，无法更加精确地判断影响元宝枫花粉萌发的最适pH值，这还需要进一步细化研究。

温度、光照和培养基的成份及浓度均可影响元宝枫花粉离体萌发，利用单因素和正交试验筛选出的元宝枫最优培养条件，即培养温度20～25℃，光照强度为1600～2000 Lx，培养基pH值7.0，含有100～200 g·L-1蔗糖和 100 mg·L-1H3BO3。