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蘋果不同授粉方式對(duì)果實(shí)發(fā)育的影響

2018-10-20 05:54:36郭寶貝張東霞鄭永惠郭成俊雷紅嬰
山西農(nóng)業(yè)科學(xué) 2018年10期
關(guān)鍵詞:花柱花粉管胚乳

郭寶貝,張東霞,劉 麗,鄭永惠 ,郭成俊 ,雷紅嬰 ,吳 政 ,郭 媛

(1.山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院果樹研究所,山西太原030031;2.山西省植物保護(hù)植物檢疫總站,山西太原030006;3.山西省晉中種蜂場,山西晉中030600;4.山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院園藝研究所,山西太原030031)

蘋果作為落葉果樹中的重要樹種,也是享譽(yù)世界的4大水果之一,其栽培面積和分布范圍都居前列,產(chǎn)量效益可觀,在我國農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)中占據(jù)了重要位置。蘋果作為異花授粉植物,花粉直感現(xiàn)象在許多果實(shí)性狀上表現(xiàn)明顯,因此,授粉效果是果實(shí)品質(zhì)的重要影響因素[1]。利用蜜蜂為經(jīng)濟(jì)作物增產(chǎn)已經(jīng)為人所熟知[2],對(duì)蜜蜂授粉增產(chǎn)機(jī)制的研究主要集中在植物授粉以前的各種優(yōu)勢條件上[3],如授粉時(shí)間最佳、授粉充分、異源花粉授粉優(yōu)勢、充分利用有效花等等[4-5],然而蜜蜂授粉后對(duì)植物花部生理發(fā)育的影響卻鮮有研究。

本研究通過幾種授粉方式對(duì)蘋果授粉后花部生理發(fā)育的比較,探討蜜蜂授粉的優(yōu)勢,旨在為更好地認(rèn)識(shí)蜜蜂授粉提供新材料。

1 材料和方法

1.1 材料

選取榆次豆腐莊7年生紅富士蘋果樹12株,15 cm×18 cm白蠟紙袋700個(gè);人工授粉粉源采自運(yùn)城市臨猗縣張家坡村秦冠和嘎啦混合花粉。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2016年5月1日至6月18日在榆次豆腐莊選取試驗(yàn)樣地,共設(shè)置自然授粉(N)、蜜蜂授粉(B)、自花授粉(S)和人工授粉(D)4個(gè)試驗(yàn)組。每組選取樹齡、樹勢、花量一致的紅富士3株。

N組授粉方式為自然授粉;S組在5月1日開始選取氣球期花序300個(gè)套袋,并在5月3日花盛開當(dāng)天進(jìn)行人工自花授粉,此時(shí)授粉效果最佳[6]。D組也在5月1日選取氣球期花序300個(gè)套袋,5月3日采用4月7日在臨猗張家坡采集保存的秦冠和嘎啦混合花粉進(jìn)行人工授粉,花粉保存方法采用王欽麗等[7-8]的方法。授粉時(shí)每個(gè)花序去除中心花,保留邊緣花2朵,花粉用1.5 mL EP管盛裝花粉,用鉛筆橡皮頭適量蘸取花粉,在當(dāng)天已開花的柱頭上點(diǎn)授花粉,授粉后再將袋子套好[9-10]。B組采用蜜蜂授粉,需要套網(wǎng),網(wǎng)內(nèi)設(shè)置1株紅星和3株紅富士,選取考察枝,考察枝上保留氣球期的花,其他花全部摘除,于5月2日下午將一箱蜂放入,5月3日進(jìn)行全天授粉,晚上將蜂箱搬離試驗(yàn)棚。

1.3 采樣及處理方法

1.3.1 花粉萌發(fā)和花粉管生長熒光觀察試驗(yàn) 對(duì)蜜蜂授粉、人工授粉和自然授粉3個(gè)組的花柱分別在 12,24,36,48,72,96 h 進(jìn)行取樣,每組每次處理重復(fù)不少于20根,然后放入FAA固定液中保存。由于自花授粉組全部敗育,所以未取得花粉管材料。1.3.2 胚、胚乳生長發(fā)育情況切片試驗(yàn) 共取樣16次,在5月3日授粉后2,4,6,10 h各取樣4次,5月 4,5,6日每天 9:00和 16:00各取樣 1次。5月15,19,25日,6 月 1,8,18 日每天 16:00取樣 1 次。取樣時(shí)間經(jīng)歷47d。所取樣本保存在FAA固定液中。

1.4 指標(biāo)測定及方法

花粉萌發(fā)、花粉管生長熒光觀察試驗(yàn)參照KHO的方法[11],并在軟化時(shí)間上做適當(dāng)修改,確定為1 mol/L NaOH 40℃處理6 h,苯胺藍(lán)染色過夜。染色后用Olympus BX51顯微鏡熒光顯微系統(tǒng)觀察,并用顯微成像系統(tǒng)進(jìn)行拍攝,每個(gè)處理重復(fù)不少于20根花柱。

胚、胚乳授粉后生長情況對(duì)比采用常規(guī)石蠟切片法,取樣后立即放入FAA中保存,每個(gè)樣品取3個(gè)重復(fù)。用Olympus BX51顯微鏡放大100倍觀察,并用Olympus E620數(shù)碼照相機(jī)拍照。

2 結(jié)果與分析

2.1 花粉萌發(fā)、花粉管生長情況熒光觀察

考察所有時(shí)段的采集樣品,進(jìn)行花粉柱頭萌發(fā)及花粉管生長熒光觀察結(jié)果統(tǒng)計(jì)。蘋果柱頭花粉萌發(fā)和花粉管生長表示方法:花粉柱頭萌發(fā)情況,0為沒有花粉在柱頭萌發(fā),1為柱頭有弱熒光,2為柱頭有強(qiáng)熒光,3為柱頭有超強(qiáng)熒光;花粉管生長情況,0為沒有花粉在柱頭萌發(fā),1為柱頭觀察到花粉管熒光,2為花柱中部觀察到熒光,3為花柱根部觀察到熒光。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)列于表1,花粉柱頭萌發(fā)情況和花粉管生長情況如圖1所示。

表1 花粉管生長與柱頭花粉萌發(fā)熒光觀察情況統(tǒng)計(jì) 個(gè)

方差分析顯示,在P<0.01水平上,B組柱頭花粉萌發(fā)情況與D,N組間差異極顯著;B,D組花粉管生長情況與N組間差異也極顯著(表2)。

花粉管生長對(duì)比試驗(yàn)中,B組、D組間不存在顯著差異。說明利用蜜蜂授粉完全可以達(dá)到人工授粉的效果[12];柱頭花粉萌發(fā)對(duì)比中,B組與N,D組間存在極顯著差異,并在柱頭花粉萌發(fā)強(qiáng)度上具有絕對(duì)優(yōu)勢。B組在柱頭超強(qiáng)熒光的數(shù)量上占考察柱頭總數(shù)的29.66%,而D,N組僅為6.20%和2.88%。3種授粉方式中,蜜蜂在傳粉效果上具有絕對(duì)優(yōu)勢。

考察花粉管生長情況,花粉管生長到花柱中部的數(shù)量占總考察花柱數(shù)的比例,D組為35.66%,B組為48.97%;花粉管生長到花柱根部的數(shù)量占總考察花柱數(shù)的比例,D組為5.43%,B組為1.38%。

表2 蘋果柱頭花粉萌發(fā)和花粉管生長熒光觀察結(jié)果(P<0.01,S-N-K方差分析) 個(gè)

2.2 胚、胚乳生長情況觀察

2,4,6,10,24 h 切片顯示,橢圓形胚囊保持完整(圖 2-1,2),N,B,S,D 組之間沒有明顯的差別。受精后48 h珠心細(xì)胞開始解體,為胚囊發(fā)育提供營養(yǎng),D組珠心解體程度比其他3組大(圖2-3,4)。72 h切片結(jié)果同48 h,D組珠心裂解程度較大。

13 d取樣切片顯示,D組水樣狀的胚乳正在逐漸消失,胚的發(fā)育正在進(jìn)入加速階段,要比其他3組發(fā)育的快(圖2-5,6)。在第17天時(shí),B,D組胚珠的正中間可以看到受精合子,體積擴(kuò)大,侵蝕四周的珠心細(xì)胞,N組中沒有觀察到(圖2-7,8,9)。從13 d起,S組由于受精情況不好,花部逐漸凋零,S組不再取樣。

從5月25日即授粉后23 d的切片中看到,B組受精卵開始發(fā)育,N組中棒狀胚已經(jīng)形成,D組也看到了受精卵,(圖2-10,11)。30 d取樣切片觀察可以看到,B組已經(jīng)形成非常典型的心形胚(圖2-12)。而在D組,魚雷胚的雛形已經(jīng)形成(圖2-13),但在N組所做的切片中,只看到了典型的球狀胚(圖2-14)。37 d切片觀察,D組已經(jīng)形成比較完備的子葉型胚(圖2-16),在B組及N組,子葉型胚的發(fā)育沒有D組完備(圖2-15,17)。授粉后47 d時(shí),D組和B組已經(jīng)看到成熟胚的胚乳(圖2-18,19)。N組中沒有觀察到這一現(xiàn)象(圖2-20)。

3 討論

3.1 熒光觀察試驗(yàn)

花粉管熒光觀察試驗(yàn)表明,在花粉管抑制物開始作用以前,蜜蜂授粉促進(jìn)花粉管生長情況好于人工授粉組,隨著花粉管的進(jìn)一步生長,高異質(zhì)性花粉生長優(yōu)勢明顯,達(dá)到花柱根部的花粉管數(shù)量要多于花粉異質(zhì)性低的蜜蜂授粉組。結(jié)合授粉時(shí)柱頭花粉數(shù)量情況,可以推斷D組花粉管到達(dá)花柱根部的數(shù)量比B組多的原因是由花粉異質(zhì)性差別引起的。另外,花粉萌發(fā)及花粉管生長具有群體效應(yīng),D組點(diǎn)授的方式使得大量花粉落到柱頭上,也是花粉管長到根部數(shù)量較多的原因之一[13]。將蜜蜂授粉應(yīng)用于大田授粉后,隨著蜜蜂采集花粉異質(zhì)性的提高,授粉效果就會(huì)得到改善[14]。這一點(diǎn)在自花授粉組也得到驗(yàn)證,S組由于自交不親和性導(dǎo)致自花授粉的花在授粉第13天后全部凋落,原因是自花授粉花柱內(nèi)自交不親和性基因(S基因)所表達(dá)的S-RNase,降解了自花花粉管RNA而抑制了花粉管生長[15],自花授粉的花粉管在花柱內(nèi)無法生長,花粉管不能進(jìn)入胚囊,受精無法完成,致自花授粉不結(jié)果。

D組異源花粉強(qiáng)親和性使花粉管生長到達(dá)花柱根部的數(shù)量較多。B組蜜蜂的授粉時(shí)間為1 d,但在花粉柱頭萌發(fā)數(shù)量、花粉管未受抑制前花粉管的生長上占絕對(duì)優(yōu)勢,由于蜜蜂授粉組試驗(yàn)授粉樹配置的制約,花粉異質(zhì)性不足使得大部分生長至花柱中部的花粉管受到抑制,不能到達(dá)花柱根部,如果將蜜蜂授粉應(yīng)用于大田或設(shè)施作物授粉,隨著采集花粉異質(zhì)性的提高,這一問題就會(huì)得到解決,授粉效果會(huì)得到提高[16-17]。綜合花粉管生長、花粉柱頭萌發(fā)2個(gè)試驗(yàn),蜜蜂授粉組表現(xiàn)出柱頭花粉萌發(fā)數(shù)量多,花粉管生長較人工授粉組好,蜜蜂授粉效果完全可以取代人工授粉,特別是在授粉樹配置合理情況下,授粉效果會(huì)得到有效提升[18]。

3.2 胚、胚乳切片試驗(yàn)

蘋果是雙受精植物,受精過程中一個(gè)生殖核與卵細(xì)胞結(jié)合,發(fā)育成受精胚;另一個(gè)生殖核則與2個(gè)助細(xì)胞結(jié)合,發(fā)育成為半透明狀的胚乳,作為幼胚發(fā)育時(shí)的養(yǎng)分,隨著子葉的生長而逐漸消失。蘋果胚珠類型是直立胚珠,胚狀體不同發(fā)育時(shí)期在形態(tài)學(xué)上經(jīng)歷原胚、球狀胚、心形胚、子葉型胚和成熟胚等不同發(fā)育階段。

切片較好反映了胚、胚乳的發(fā)育過程,對(duì)蜜蜂授粉組、人工授粉組、自然授粉及自花授粉的比較得出,授粉后 2,4,6,10,24 h 切片,橢圓形胚囊保持完整,各個(gè)組之間的發(fā)育差別不明顯。授粉后48,72 h時(shí),珠心細(xì)胞解體,D組的解體程度明顯大于B組和N組,在S組中沒有觀察到解體。授粉后13 d,D組水樣狀的胚乳在消失的程度上大于其他2組,說明發(fā)育快于其他2組。S組的子房沒有得到受精后生長發(fā)育的刺激,花部大部分掉落[19]。

17 d的切片觀察到B,D組的受精合子,沒有在N組中看到這一現(xiàn)象,說明N組發(fā)育滯后。授粉后23 d N組觀察到了棒狀胚,B組和D組受精卵開始分裂成小球,此時(shí)N組發(fā)育較快,是由于被觀察到的這個(gè)樣本授粉較早所致。B,D,N組之間差別最大的是在授粉后30 d,D組已經(jīng)形成了典型的心形胚,而B組心形胚的發(fā)育才剛開始,N組只觀察到球形胚。37 d切片觀察,D組發(fā)育成子葉型胚,B,N組發(fā)育沒有D組完備。47 d時(shí)B組和D組已經(jīng)看到成熟胚,N組只觀察到子葉型胚。

B組在胚、胚乳發(fā)育速度上相對(duì)D組較慢,這是異源花粉強(qiáng)親和性導(dǎo)致的結(jié)果,對(duì)比N組的自然授粉,B組還是具有明顯的優(yōu)勢,說明蜜蜂授粉的花粉親和性比自然授粉組的要強(qiáng)。在23 d時(shí)N組的胚發(fā)育明顯快于D組和B組,原因是自然授粉中也存在授粉效果較好的現(xiàn)象,但在其他時(shí)間段內(nèi),N組發(fā)育要比其他2組明顯落后。

4 結(jié)論

采用蜜蜂授粉,保證了充足的柱頭花粉萌發(fā)數(shù)量,花粉管生長,胚、胚乳能充分、快速發(fā)育,并結(jié)合蜜蜂授粉成本低,無農(nóng)藥、激素污染等優(yōu)勢,是蘋果無公害生產(chǎn)必須的技術(shù)措施之一,使其完全可取代人工授粉[20-21]。另外,蜜蜂授粉在胚、胚乳發(fā)育速度上存在的優(yōu)勢,證明蜜蜂授粉對(duì)花部生長發(fā)育起到了促進(jìn)作用,其中深層次的原因有待進(jìn)一步研究。

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