老芒麦花粉活力和柱头可授性及授粉方式研究
开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇老芒麦花粉活力和柱头可授性及授粉方式研究范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！
摘要：用TTC法测定了老芒麦（Elymus sibiricus L.）花粉的活力，用联苯胺-过氧化氢法测定了其柱头的可授性；采用套袋方法，进行自花、异花授粉及开放授粉方式下单穗结实率统计，探讨老芒麦的授粉方式。结果表明，盛花期后相应天数的花粉活力是早熟老芒麦>中熟老芒麦>晚熟老芒麦；花粉活力从最高到无，早熟老芒麦可持续6 d，中熟老芒麦和晚熟老芒麦可持续5 d。3种熟性的老芒麦在盛花期开始后的前2 d柱头可授性强；早熟老芒麦和中熟老芒麦的柱头从盛花期第一天开始直至第10天均有可授性，晚熟老芒麦的柱头从盛花期第一天开始至第八天均有可授性，因此老芒麦的最佳授粉期在盛花期第一至二天。老芒麦为自花授粉植物，具有一定的天然杂交率。
关键词：老芒麦（Elymus sibiricus L.）；花粉活力；柱头可授性；授粉方式
中图分类号：S543+.9 文献标识码： A 文章编号：0439-8114（2013）18-4469-04
老芒麦（Elymus sibiricus L.）是禾本科（Gramineae）小麦族（Triticeae）披碱草属（Elymus L.）多年生疏丛型中旱生牧草，为披碱草属模式种，是分布于北半球寒温带的一种比较古老的野生草种，富含蛋白质，是牛、马、羊均喜食的优等饲用禾草，具有适应性强、易栽培等优良特性，是中国北方地区优良的多年生栽培牧草，具有叶量大、品质好等优点，被广泛用于人工草地建植和天然草地改良[1，2]。目前，在老芒麦的引种育种、栽培利用、抗性、基因组组成和进化关系、种间杂交、遗传多样性等方面研究较多[3-12]，而对老芒麦有性生殖过程的研究甚少。在植物有性繁殖过程中，两性之间的传粉是基础，传粉过程始于花药开裂和成熟花粉的散出，携带着雄配子或其前体的花粉粒，必须在具有活力时到达适宜的接受柱头才能保证受精过程的顺利进行。植物受精成败受花粉活力、柱头生活力和环境温度、湿度等影响。近年来，对花粉活力与寿命及柱头可授性的研究已经引起了不少学者的重视，开展了大量研究工作[13]，对老芒麦花粉活力、柱头可授性的研究目前尚未见报道，关于老芒麦的授粉方式至今也未有定论。盘朝邦[14]记载老芒麦为异花授粉植物，闵继淳[15]也指出老芒麦是异花授粉植物；徐柱[16]记载老芒麦为自花授粉植物；而Hamrick等[17]曾对涉及165个属449个种的不同类型植物的遗传变异水平和居群分化程度进行统计，结果发现自花授粉植物51%的变异存在于居群间，异交风媒植物绝大部分（90.1%）的遗传变异存在于居群内，只有9.9%存在于居群间，鄢家俊等[18]对川西北高原野生老芒麦居群穗部形态多样性研究表明居群间变异系数为30.69%，从这个结论来看老芒麦既不属于严格意义上的自花授粉植物也不属于异花授粉植物。本试验以3个不同熟性老芒麦为材料，对其花粉活力、柱头可授性及授粉方式进行研究，旨在探索老芒麦的遗传规律，为揭示老芒麦的生殖特性以及为其杂交育种、丰产栽培提供科学依据。
1 材料与方法
1.1 供试材料
试验用老芒麦为种植第四年的老芒麦，按照《老芒麦种质资源描述规范和数据标准》[19]的规定，老芒麦的熟性可分为早熟（115 d）3种类型。试验材料为早熟、中熟和晚熟老芒麦。
1.2 方法
1.2.1 花粉活力测定 盛花期第一天取花序中部小穗的第一、二朵小花，选取颖片展开后露出的尚未开裂花药，用消毒镊子取花药放于有干滤纸的培养皿中，于常温（23 ℃左右）下保存，每个类型的不同开花日期的花粉放在不同的载玻片上，并标记好类型及开花日期，重复3次。盛花期第一天取下花药后立即测其活力，花后第二天起每天上午9：00～10：00取花粉用TTC法测定其活力，连续测定直至花粉活力丧失。
TTC法步骤：用干净镊子取一个花药置于载玻片上，加1滴0.5% TTC溶液用镊子将其充分捣碎，迅速盖上盖玻片，将载玻片置入内有湿滤纸的培养皿中，连同培养皿放置在37 ℃黑暗条件下，20～30 min后置Motic BA200 显微镜下观察，统计盖片中央5 个不重叠视野中红色花粉所占比例（经TTC法检测后，有活力的花粉粒被染成红色，无活力的花粉粒仍为其自身的颜色），10个重复，求其平均值。计算公式为：花粉活力=变红色的花粉数目/花粉总数目×100%。
1.2.2 联苯胺-过氧化氢法检测柱头可授性 盛花期第一天开始，每天标记同时开放花序中部小穗的第一、二朵小花，剪取开花后不同天数花序中部小穗的第一、二朵小花，将其柱头浸入凹载玻片中含反应液（1%联苯胺∶3%过氧化氢∶水=4∶11∶22，体积比）的凹面处，若柱头具有可授性（呈现出过氧化氢酶活性），则柱头周围的反应液呈现蓝色并有大量气泡出现。染色10～20 min后在 Motic 体视显微镜（×4）下观察柱头染色的部位，将柱头至少2/3部位呈现蓝色并伴有大量气泡出现算作柱头有可授性，否则认为没有可授性。
根据气泡多少判断柱头可授性的相对强弱：①“+++”表示柱头可授性强，柱头至少2/3部位呈现蓝色并有大量气泡出现；②“++”表示柱头可授性较强，柱头至少2/3部位呈现蓝色并有较多气泡出现，但比“+++”的少；③“+”表示柱头具有可授性，柱头可授性弱，气泡数低于“++”，蓝色不太明显；④“+/-”表示部分柱头具有可授性；⑤“-”表示柱头不具有可授性。
1.2.3 结实率统计
1）自交。老芒麦孕穗后，在开花之前，当整穗的1/3抽出超过旗叶时，采用套袋法，对每个居群单株的任意5个穗套袋使其自交，每天晃动纸袋促进花粉散发。
2）异交。同一居群内，株高相近的两个基因型的植株靠近，每个单株随机取5个穗套于同一袋中，定时晃动纸袋。
3）开放授粉。自然状态下的授粉结实。
单穗种子统计：不论大小，以不空瘪、具有硬实的颖果为准，统计花序不同部位结实率。结实率以百分比表示。结实率=每一花序结实的小花数/每一花序的小花总数×100%。
1.3 数据分析
用SPSS 13.0进行单因变量双因素方差分析（Univariate）和Tukey LSD多重比较法分析数据。
2 结果与分析
2.1 不同熟性老芒麦花粉活力比较
3种熟性老芒麦均于2012年4月10日进入返青期，早熟老芒麦于6月16日进入初花期，6月21日进入盛花期第一天，花粉活力最高为37.87%，7月9日完熟；中熟老芒麦于6月30日进入初花期，7月4日进入盛花期第一天，花粉活力最高为33.22%，7月23日完熟；晚熟老芒麦于7月14日进入初花期，7月21日进入盛花期第一天，花粉活力最高为24.13%，8月1日完熟。早熟老芒麦进入盛花期第一天的花粉活力与中熟老芒麦差异不显著（P>0.05），但均极显著（P
2.2 不同熟性老芒麦柱头可授性
通过联苯胺-过氧化氢法测定柱头的可授性可知，3种熟性的老芒麦柱头在盛花期开始后的头2 d柱头可授性强。晚熟老芒麦的柱头从盛花期第一天开始至第八天均有可授性，早熟老芒麦和中熟老芒麦的柱头从盛花期第一天开始直至第10天均有可授性，强弱略有差异（表2）。
2.3 同一熟性下老芒麦不同授粉方式结实率比较
对同一熟性下老芒麦不同授粉方式结实率进行比较（表3）。结果表明，早熟老芒麦自交结实率高于开放授粉结实率，两者之间差异不显著（P>0.05），但均极显著（P0.05）；但均显著（P0.05）。
3 小结与讨论
植物花粉的活力因植物种类及环境条件不同而有很大差异[13]。早熟老芒麦的花粉活力最高为37.87%，晚熟老芒麦的花粉活力最高为24.13%，在自然条件下，不同熟性老芒麦的花粉活力变化范围较大，这可能是自然条件下影响老芒麦结实格局的主要原因之一。本研究中，试验材料老芒麦是种植于试验地第四年的材料，其花粉活力很低，这可能与自然条件下老芒麦的寿命有关。柱头可授期是花朵成熟过程中的一个重要时期，它能在很大程度上影响自花传粉率及开花不同阶段的传粉成功率、各种传粉者的相对重要性、雄性和雌之间的相互干扰、不同基因型花粉之间的竞争以及配子体选择的机会等[13]。由于柱头可授性受天数、天气、雨水等条件的影响，本研究中不同熟性老芒麦柱头可授性存在差异，早熟、中熟老芒麦柱头可授期长于晚熟老芒麦，早熟老芒麦第九天柱头可授性强于中熟老芒麦的，这可能和盛花期开始的时间及当时的环境因素有关。早熟老芒麦盛花期后不同天数的花粉活力高于中熟和晚熟老芒麦；早熟老芒麦花粉活力从最高到无可持续6 d，中熟老芒麦和晚熟老芒麦可持续5 d。3种熟性的老芒麦柱头在盛花期开始后的头2 d可授性强。早熟和中熟老芒麦的柱头从盛花期第一天开始直至第10天均有可授性，晚熟老芒麦的柱头从盛花期第一天开始至第八天均有可授性。因此，根据老芒麦柱头最佳可授期和花粉活力可知，老芒麦的最佳授粉期在盛花期第一至第二天。
自交和异交是植物繁育系统研究的一对中心问题[20]。繁育系统通常的定义是代表直接影响后代遗传组成的所有有性特征[21]，主要包括花综合特征、花各性器官的寿命、花开放式样、自交亲和程度和系统，它们结合传粉者和传粉行为是影响生殖后代遗传组成和适合度的主要因素，其中系统是核心[22]。自交主要用于鉴定某对相对性状的遗传是否遵循基因的分离定律，同时在杂交育种中，连续自交是获取能稳定遗传的纯种的主要方法，但是 自交会带来近交衰退。异交是形成繁育系统中传粉多样性的主要动力，异交和自交在种群中的比例部分依赖于自交不亲和机制、植物花的结构与发育以及传粉者的行为[23]。判断有性生殖成功与否的一个重要标准是结实率的高低[24]，本试验研究了不同熟性居群内自交、异交的结实率，并与开放授粉的结实率进行了比较。结果表明，早熟老芒麦自交结实率高于开放授粉结实率，但差异不显著（P>0.05）；两者均极显著高于异交结实率（P0.05）；但均显著（P0.05）。自交与开放授粉的结实率差异不明显，但与异交存在显著差异。因此可以初步判断老芒麦的授粉方式是自花授粉，有一定的接受外来花粉的能力。
参考文献：
[1] 陈 功，贺兰芳.高寒地区两种老芒麦生态适应性和生产性能评价[J].草业科学，2004，21（9）：39-42.
[2] 陈默君，贾慎修.中国饲用植物[M].北京：中国农业出版社，2002.121-122.
[3] 德 英，赵来喜，穆怀彬.30份老芒麦种质材料抗寒性研究[J].草业科学，2011，28（1）：90-92.
[4] 卢素锦，周青平，刘文辉，等.不同产地老芒麦的苗期抗旱性研究[J].安徽农业科学，2011，39（6）：3644-3646.
[5] MOTSNY I I， SIMONENKO V K. The influence of Elymus sibiricus L. genome on the diploidization system of wheat[J]. Euphytica， 1996，1（2）：189-193.
[6] PETROV K A， SOFRONOVA V E， CHEPALOV V A， et al. Seasonal changes in the content of photosynthetic pigments in perennial grasses of cryolithic zone[J].Russian Journal of Plant Physiology，2010，57（2）：181-188.
[7] 纪亚君，汪新川.平衡施肥对多年生禾本科牧草草产量及牧草性状的影响[J]. 黑龙江畜牧兽医，2011，12 （上）：82-84.
[8] 鄢家俊， 白史且， 张新全， 等. 青藏高原老芒麦种质基于SRAP标记的遗传多样性研究[J]. 草业学报，2010，19（1）：173-183.
[9] 游明鸿，刘金平，白史且，等.老芒麦落粒性与种子发育及产量性状关系的研究[J].西南农业学报，2011，24（4）：1256-1260.
[10] NI Y， ASAMOAH-ODEI N， SUN G. Maternal origin， genome constitution and evolutionary relationships of polyploid Elymus species and Hordelymus europaeus[J]. Biologia Plantarum， 2011，55（1）：68-74.
[11] SUN G， ZHANG X. Origin of the H genome in StH-genomic Elymus species based on the single-copy nuclear gene DMC1[J]. Genome， 2011，54（8）：655-662.
[12] LI Z， THOMAS T L. Pel1， an embryo-specific zinc finger protein gene required for heart-stgae embryo formation in Arabidopsis[J]. Plant Cell，1998，10（3）：383-398.
[13] 姜 华，毕玉芬.紫花苜蓿花粉活力和柱头可授性的研究[J].草业科学，2009，26（9）：105-107.
[14] 盘朝邦.一些牧草植物的主要授粉方式[J].四川草原，1981（2）：94.
[15] 闵继淳.多年生异花授粉牧草品种及选育方法的讨论[J].新疆八一农学院学报，1985（3）： 49.
[16] 徐 柱.中国禾草属志[M].呼和浩特：内蒙古人民出版社，1997. 197.
[17] HAMRICK J L， GODT M J W. Allozyme diversity in plant species[A]. Plant Population Genetics， Breeding and Genetic Resources[C]. Sunderland：Sinauer Associates Inc，1990.43-63.
[18] 鄢家俊，白史且，马 啸，等.川西北高原野生老芒麦居群穗部形态多样性研究[J].草业学报，2007，16（6）：99-106.
[19] 王照兰，赵来喜.老芒麦种质资源描述规范和数据标准[M].北京：中国农业出版社，2007.
[20] 王彦靖.松嫩草地及澳大利亚主要豆科牧草生殖生态学研究[D].长春：东北师范大学，2011.
[21] CREPET W L， WYATT R， WADDINGTON K D，et al. Pollinator plant interactions and the evolution of breeding systems[A]. Pollination biology[C]. Orlando： Academic Press，1983. 51-95.
[22] 何亚平，刘建全.植物繁育系统研究的最新进展和评述[J].植物生态学报，2003，27（2）：151-163.
[23] 张 玲，李庆军.花柱卷曲性异交机制及其进化生态学意义[J].植物生态学报，2002，26（4）：385-390.
[24] 罗长维，李 昆，陈 友，等.膏桐花粉活力与柱头可授性及其生殖特性研究[J].西北植物学报，2007，27（10）：1994-2001.