北寨红杏自交不亲和生物学研究
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摘要 研究了北寨红杏花粉萌发率、有效花率、自交坐果率、自交授粉花粉管在花柱内的生长及分布。结果表明，北寨红杏自花授粉坐果率为0.89%，属自交不亲和品种；花粉萌发率78.63%，有效花率70.91%；自交不亲和使自花授粉的花粉在花柱中生长受到抑制，受抑制时间为授粉后48～72h（小时），受抑制位置为花柱3/4处。
关键词 北寨红杏 自交不亲和 花粉萌发率 有效花率
杏品种北寨红杏产于北京市平谷区，以其果个大、果形圆、色泽好、风味酸甜、含糖量高，形成了其品种特色，但自交结实率较低，严重影响了其产量。杏自交不亲和属于配子体自交不亲和，目前对于国内一些优良杏品种自交不亲和的授粉生物学及花粉管生长的研究已有开展，但对于起源于北京的北寨红杏从未有过报道。本试验以起源于欧洲且自交结实率较高的杏品种金太阳为对照，对自交结实率较低的北寨红杏进行生物学基础研究，旨在探讨其自交结实率低的原因，以期指导北寨红杏的优质、稳产。
1 材料与方法
1.1试验材料
试验于2010年和2011年在中国农业大学果树生长发育系统调控与高效栽培实验室及北京市平谷区北寨村杏种植基地进行，试材为北寨红杏和金太阳。
1.2试验方法
（1）授粉试验 授粉组合为金太阳×金太阳、北寨红杏×北寨红杏、金太阳×北寨红杏、北寨红杏×金太阳。每个品种选取50个果枝，每个果枝选取约10朵花，于大蕾期去雄，去雄后进行人工授粉并套袋。授粉后约25天统计坐果数，计算坐果率。
坐果率（%）=（坐果数/授粉花朵数）×100
（2）花粉萌发率 花粉萌发率、花粉萌发培养基及统计方法参考冯建荣等方法，并对保湿培养的方法进行了改进。花粉置于室温培养8h（小时）后在显微镜下观察6个视野，花粉发芽率以花粉管伸长是否超过花粉直径为准。
花粉萌发率（%）=（萌发花粉数/观察花粉数）×100
（3）有效花率 分别选取金太阳、北寨红杏的长果枝（15cm以上）、中果枝（8～15cm）、短簇果枝（8cm以下），统计其花朵总数以及有效花数（具有授粉受精能力及结果能力的花，反之为无效花），本研究中，花的分级标准为：雌蕊高于雄蕊或雌蕊与雄蕊等高为有效花；雌蕊低于雄蕊或雌蕊退化为无效花。
有效花率（%）=（有效花数/花朵数）×100
（4）花粉管长度测量及数量 分别切取金太阳、北寨红杏2个自交组合授粉后4、6、8、12、24、36、48、56、66、72h的各25朵花的花柱，用FAA固定液（70%酒精：福尔马林：冰醋酸=90：5：5）固定。从固定液中取出花柱，用自来水冲洗5min（分），放入1%次氯酸钠溶液中，在室温漂白过夜除去杂色。再用自来水冲洗3min后放入1mol/L NaOH溶液中，于60℃水浴2h作软化处理。蒸馏水冲洗2遍后放人事先配制好的过夜的脱色苯胺蓝溶液（0.1%苯胺蓝+2.6%磷酸氢二钠）中，染色4h以上，然后整体压片。花粉管长度使用Olympus BX51荧光显微镜和标准物镜测微尺（长度1mm，最小单位10μm）进行测量。花粉管数量统计，分别选取北寨红杏和金太阳授粉后72h的花柱，统计自柱头向下，花柱全长1/4、1/2、3/4处和花柱底部的花粉管数量，每个时期选取20个花柱观察。
2 结果与分析
2.1花粉萌发率
2010年北寨红杏、金太阳花粉萌发率分别为78.63%、82.66%，2011年其花粉萌发率分别为81.27%、84.90%，2年平均北寨红杏、金太阳花粉萌发率分别为79.95%、83.78%，变异系数分别仅为2.34、1.89。北寨红杏和金太阳的花粉萌发率均较高且稳定，这与杏的花粉萌发率很高相一致，2个品种的花粉均是成熟的、育性较强，金太阳花粉萌发率高于北寨红杏，但二者之间没有明显差异，说明花粉萌发率不是该品种自花结实率低的原因。
2.2有效花率
2010年和2011年分别对北寨红杏和对照品种金太阳的有效花进行了调查、统计和比较分析（表1）。由表1可知，北寨红杏和对照品种金太阳有效花率都很高，2010、2011年北寨红杏和金太阳的有效花率在67%以上，2年平均有效花率也在70%以上，相差仅8.95%。但是北寨红杏的自交坐果率很低，仅为0.89%，对照品种金太阳自交坐果率较高，为31.79%，说明有效花率不是该品种自花结实率低的原因。
2.3授粉组合坐果率
2010年和2011年分别进行了北寨红杏和金太阳的自交、互交授粉试验，坐果率见表2。从表2看出，北寨红杏、金太阳无论是自交还是正反交，2011年坐果率均高于2010年，主要原因是2011年开花期气温比2010年高，同时2011年冬季对树体进行了精细修剪和施肥，多留了有效花率高的短簇枝。通过施肥和修剪等农业措施，提高了树体营养水平，有利于提高坐果率。
按照Audergon等自交坐果率高于6%为自交亲和，低于6%为自交不亲和的标准，北寨红杏为自交不亲和品种，金太阳为自交亲和品种。北寨红杏×金太阳、金太阳×北寨红杏正反交组合均表现出亲和性，生产中用金太阳作为北寨红杏的授粉树。
2.4自花授粉不同时期花粉管生长及分布
北寨红杏和金太阳白花授粉后花粉管在花柱中的生长荧光显微照片见图版2，不同时期花粉管生长及分布情况见图1。
由图1看出，北寨红杏自交授粉后4～6h花粉管伸长速度大于金太阳，授粉后7h花粉管长度与金太阳基本相同，此后花粉管伸长速度均小于金太阳，24～48h花粉管伸长速度缓慢，约为0.18μm/min；48～72h基本停止伸长。金太阳白花授粉后36～72h花粉管生长速度虽然也逐渐减慢，但明显高于北寨红杏，约为0.88μm/min。北寨红杏白花授粉后48～72h花粉管生长受到抑制，甚至停止生长。
北寨红杏花粉管数量在花柱1/4处略多于金太阳花粉管数量。但在花粉管从柱头伸向花柱底部过程中，北寨红杏花粉管减少量明显高于金太阳；在花柱3/4处，北寨红杏自花授粉花粉管数量比在柱头1/4处减少98.46%，金太阳减少79.36%，北寨红杏自花授粉花粉管在花柱内基本上不能伸长到花柱3/4处，北寨红杏自花授粉花粉管在花柱内伸长受到了抑制。
北寨红杏的花粉萌发率（79.95%）低于金太阳（花粉萌发率83.78%），但在花柱1/4处，北寨红杏自花授粉花粉管数量反而略高于金太阳，说明北寨红杏自交不亲和性不是发生在柱头处。北寨红杏自花授粉后花粉管在花柱内的伸长受到抑制，受抑制时间为授粉后48～72h，受抑制位置为花柱3/4处。
3 小结与讨论
李、扁桃、蟠桃品种间授粉试验均能够正常结果。本试验发现北寨红杏为自交不亲和品种，北寨红杏花粉萌发率、有效花率均较高，自交不亲和的机理是自花授粉后花粉管在花柱内的伸长受到抑制，受抑制时间为授粉后48～72h，受抑制位置为花柱3/4处。
已有研究表明，杏属于配子体不亲和，配子体自交不亲和性中，一般认为不亲和花粉的萌发不受影响，花粉管伸长在花柱中部之前受到抑制。对梨自交不亲和的研究表明，自花授粉的花粉在花柱上部、中部及下部均有品种停止伸长。本试验中北寨红杏受抑制位置在花柱3/4处，可见花粉管在花柱中停止的位置不是一定的，因种类和品种不同表现出不同的特性。研究表明，自交不亲和在遗传上受S-位点控制，S-RNase基因在花柱中表达，编码具有RNase活性的S-糖蛋白，该蛋白降解花粉管中相同S基因RNA，从而对自花花粉起到抑制作用，但S-糖蛋白在花柱中的表达时间和表达量以及S-糖蛋白的作用模式还有待进一步研究。