甜樱桃自交授粉试验

甜樱桃自交授粉试验

杏仁是欧洲的一种主要的杏仁品种，于20世纪80年代引入中国。这是中国最重要的樱桃品种。它属于一种自交不亲和力树。这种自交何亲和力由s-nase基因和花粉砂b基因控制。在生产中，需要手动配置授粉树。因此,克服甜樱桃的自交不亲和性已成为目前的重大课题之一。国际上,主要通过选育自交亲和品种来解决甜樱桃自交不亲和性给生产上所带来的问题,具体方法是进行物理或化学诱变,筛选含花柱S-RNase基因突变体或花粉SFB基因突变体的可育的甜樱桃品种。本研究的试材之一拉宾斯(Lapins),还有斯坦拉(Stella)、Sunburst等,都是较好的自交亲和品种,含有SFB4’(SFB4基因的突变体)。但迄今为止,发现的自花结实性品种还很有限,生产上栽培的主要是以自花授粉不能结实的品种为主。因此,研究甜樱桃授粉生物学特性对于其杂交、自交育种及优质丰产栽培均具有学术和实际应用的价值。我们选用自交不亲和性表达有差异的2个甜樱桃品种莫利和拉宾斯为试材,通过研究甜樱桃蕾期授粉和延迟授粉与正常授粉间花粉原位萌发和花粉管生长差异,旨在探讨甜樱桃蕾期授粉和延迟授粉的特性,为通过田间授粉来克服自交不亲和性提供理论参考。1材料和方法1.1又归明园又在植物家甜樱桃品种莫利(Moreau)和拉宾斯(Lapins)来自南京农业大学资源圃。采集开花前1d或当天花蕾,取出花药,置于硫酸纸上,于干燥处自然散粉后装入密闭瓶内,贮于-20℃冰柜内备用。1.2根据拉宾斯的异花授粉进行于开花前6、4、2d及当天对自然条件下的母本莫利和拉宾斯做去雄处理,分别进行自花授粉,和以拉宾斯为父本的异花授粉;留部分当天去雄的花作隔离处理,于开花后2d和4d进行相同组合的授粉处理。授粉后立即套袋,并分别于授粉后12、24、48、72、96h从花柱基部切取花柱,用FAA固定。1.3显微拍摄和统计分析花柱压片参照Kho等的方法,并在软化时间上做适当修改,染色后用荧光显微镜观察花粉萌发和花粉管生长情况,并进行显微拍摄,每个处理重复10根花柱,取平均值,并用STST数据处理软件进行方差分析。2结果与分析2.1不同开花期的自花和异花授粉花粉的初始发芽率2.1.1花龄和授粉组合间花粉萌发率的比较花前6d的杂交组合在授粉后24h已有花粉萌发,而2个自交组合都在授粉后48h才有部分花粉萌发;花前4d,无论是杂交还是自交组合,其花粉都于授粉后24h开始萌发;花前2d的花蕾在自花与异花授粉后12h已有部分花粉萌发。随着时间的延长,蕾期授粉无论是杂交还是自交,花粉萌发率都有所提高,到授粉后96h萌发率到达各自的最大值。但不同花龄不同授粉组合的萌发率存在差异:不同花龄间进行比较,无论是杂交还是自交,都以花前2d的花粉萌发率最高,花前6d最低;不同授粉组合间进行比较,无论是花前6d、4d还是2d授粉,花粉萌发率最高的是杂交组合,其次是拉宾斯自交,莫利自交最低,且随着母本花柱的成熟,各授粉组合间的差异逐渐缩小(表1)。因此,影响蕾期授粉花粉萌发率高低的主要因素是母本花柱的成熟度,其次是授粉组合。2.1.2花后2d授粉花后2d与花后4d的花蕾,在授粉后12h异花和自花花粉都大量萌发,且前者高于后者。随后花粉萌发率仍不断升高,花后2d授粉的各组合在授粉后48h接近各自的最大值;花后4d授粉,莫利自交花粉萌发率于授粉后48h猛增,并一度超过拉宾斯自交,但2者都在授粉后72h接近各自的最大值,比杂交授粉要晚12h,但3个组合的花粉萌发率在数量上都低于花后2d授粉(表1)。因此,影响延迟授粉的花粉萌发率高低的主要因素也是母本花柱的成熟度,即衰老程度,其次是授粉组合。2.1.3花前后花粉萌发率对开花当天的花蕾进行异花与自花授粉,授粉后12h都有花粉萌发,其中杂交的花粉萌发率超过75%,而自交的未达40%;授粉后48h杂交的花粉萌发率已接近最大值,达95.38%,莫利和拉宾斯自交于授粉后72h才接近各自的最大值,分别为92.29%和95.45%(表1)。可见,开花当天授粉,不同授粉组合间的花粉萌发状况相差较大,但最终的花粉萌发率相差不明显。由表1可以看出,授粉后12h,3个组合的花粉萌发率都以花后2d授粉最高,其中异花授粉的为80.66%,莫利和拉宾斯自花授粉的为43.64%和50.28%。授粉后96h,3个组合的花粉萌发率都以当天授粉最高,其中异花授粉达98.21%;拉宾斯和莫利自花授粉分别达96.48%和93.56%。据此推测,蕾期授粉对各授粉组合的花粉萌发率有一定的抑制作用,抑制程度与花柱的成熟度成反比;延迟授粉能够在一定程度上加快花粉萌发的速度,使花粉比开花当天授粉的提早萌发,但对花粉萌发率的总量没有促进作用。2.2花粉管计数结果花前6d杂交组合,在授粉后48h开始有少量花粉管到达花柱基部,2个自交组合都到授粉后72h才有1~2根花粉管到达基部;花前4d,杂交和自交组合于授粉后48h才有花粉管到达基部,其中莫利自交最多;花前2d的杂交和拉宾斯自交组合,在授粉24h时已有少量花粉管到达花柱基部,而莫利自交直到48h后基部才出现花粉管。此后,随着授粉后时间的延长,到达花柱基部的花粉管数目都有不同程度的增加,到授粉后96h达到各自的最大值。其中花前6d杂交、拉宾斯自交和莫利自交组合的花粉管平均数量相差不大,分别是2.2根、2.1根和1.5根;花前4d杂交组合的花粉管平均数量最多,为8.5根,其次为莫利自交,4.7根,拉宾斯自交最少,为3.5根;花前2d杂交和拉宾斯自交组合的花粉管平均数量分别到达10.7根和4.9根,莫利自交则只有1.5根(表2)。因此,蕾期授粉,同一授粉组合不同花龄授粉的花粉管生长差异明显,杂交和拉宾斯自交的花粉管数量随着母体花柱的成熟而增多,莫利自交则表现出两头小中间大的特点。2.2.2授粉组合的花粉管数量杂交组合在花后2d和花后4d授粉,都于授粉后24h在花柱基部发现花粉管;拉宾斯自交在花后2d授粉,花粉管于授粉后24h到达花柱基部,在花后4d授粉,花粉管于授粉后48h才到达花柱基部;莫利自交则恰好相反。但3个授粉组合的花粉管数量都随着时间的延长而增加,其中花后2d授粉的杂交组合的花粉管数量在授粉后48~72h出现剧增现象。授粉后96h,各组合到达花柱基部的花粉管数量达到各自最大值,其中杂交组合花后2d授粉到达花柱基部的花粉管数量比花后4d多,但都远远高于2个自交组合;拉宾斯自交在花后2d授粉效果比花后4d好;莫利自交正好相反,其花后4d授粉到达花柱基部的花粉管数量为3.3根(图版-F),高于花后2d(图版-D),也高于同期的拉宾斯自交。因此认为,延迟授粉,杂交和拉宾斯自交的花粉管生长状况与花柱母本的衰老程度成负相关,但莫利自交却与其成正相关。2.2.3花粉管到达根开花当天的花蕾在异花授粉后12h就有少量花粉管到达花柱基部,并随着时间的延长而明显增多,到授粉后96h,达到最大值,共18根;拉宾斯自交于授粉后24h开始有花粉管到达基部,并随着时间延长而增多,但增加的幅度不大,同样到授粉后96h达到最大值,平均为4.3根;而莫利自交,几乎没有花粉管到达花柱(表2)。从开花当天授粉的花粉管生长状况可以看出,杂交组合表现很强的亲和性(图版-A),拉宾斯自交组合表现较弱的亲和性(图版-B),而莫利自交表现不亲和性(图版-C)。总的来说,杂交组合以当天授粉的花粉管生长状况最佳,其在授粉后12h就有花粉管到达花柱基部,最终达到的平均数量为18根,其次是花后2d授粉和花前2d授粉,分别为15.2和13.8根;拉宾斯自交组合也以当天授粉的花粉管生长情况最佳,但花前2d授粉和花后2d授粉与当天授粉相比相差不大;莫利自交组合与前2个组合差异较大,以花前4d授粉的花粉管生长状况最佳,其最终到达花柱基部的花粉管数量为4.7根(图版-E),其次为花后4d授粉,达3.3根(图版-F),开花当天授粉最差,几乎没有花粉管长到花柱基部(图版-C)。据此推测,蕾期授粉和延迟授粉在一定程度上抑制了杂交组合和拉宾斯自交组合的花粉管生长,但却对莫利自交组合的花粉管生长起促进作用。3花粉管生长状况DeNettancourt认为蔷薇科为配子体自交不亲和果树,其自花和异花花粉均能在柱头萌发,沿着花柱定向生长,但在花柱的中上部,自花花粉管生长受到抑制,而异花花粉管能够达到花柱基部。因此甜樱桃自花和异花花粉萌发率主要受花柱本身发育状况的影响。本研究发现,无论是自花还是异花花粉,与开花当天相比,其蕾期授粉和延迟授粉的花粉萌发率都有所下降,并呈现两头递减的趋势。分析其原因可能有以下2点:一是植物成功授粉首先依赖于柱头表面与花粉的黏附能力,而花前6d的柱头分泌的黏液较少,导致花粉的附着量过少,不能形成“群体效应”,花粉萌发率受到严重影响。柱头分泌物对蕾期授粉的影响,以前也有类似报道,Shivanna等发现在蕾期的矮牵牛柱头上涂抹成熟花柱头分泌物,可以提高坐果率。二是花粉的萌发还受柱头营养、水分及其生理状态的影响,甚至与柱头结构、物理条件等有关,而花前6d的花柱发育还不完全,花后4d的花柱衰老程度较高,都不能够给花粉提供一个适合的萌发环境。与花粉萌发状况不同,甜樱桃自花花粉管的生长状况不仅受花柱本身发育状况的影响,还与花柱内S-RNase表达量紧密相关。研究表明,自花花粉管在花柱内停止生长是由于花柱内自交不亲和性基因(S基因)所表达的S-RNase,降解了自花花粉管RNA而抑制了花粉管生长,花粉管无法进入胚囊完成受精,而导致自花授粉不结实。因此莫利自交,在开花当天授粉,没有花粉管到达花柱基部,而蕾期授粉和延迟授粉有少量花粉管到达花柱基部。其中,蕾期授粉以花前4d的花粉管生长最佳,延迟授粉以花后4d最佳。虽然花前4d的母本花柱尚未成熟,花后4d的母本花柱已衰老,但因此而导致其S-RNase表达量较低,不能完全分解自花花粉管RNA,从而在一定程度上克服了自交不亲和性。Zhang等通过测定不同强度的梨自交不亲和品种的S-RNase含量也得出这样的结论,即不亲和性的强度主要与S-RNase的含量呈正相关。有关蕾期授粉和延迟授粉对花粉萌发和花粉管生长的影响,并不是很多。但许多研究者都试图利用蕾期授粉或延迟授粉来克服自交不亲和性。特别是蕾期授粉,在孢子体和配子体上都有相关报道。例如,花椰菜蕾期自交是育种材料的种株繁殖和自交不亲和系原种繁殖的必要措施;Pandey利用蕾期授粉能够获得自花授粉种子的方法来获取纯合种;乌云塔娜等发现蕾期授粉能够提高砂梨的坐果率;麦适秋等也发现蕾期授粉能够提高沙田柚的坐果率。而本