蓝猪耳花粉萌发和花粉管生长的影响因素

蓝猪耳花粉萌发和花粉管生长的影响因素

陈素红1，2，邹 璞2，廖景平2*

【摘 要】摘要：[目的]探讨蓝猪耳花粉管的最佳培养条件，为建立植物离体受精体系奠定基础。[方法]采用离体培养技术，研究了蓝猪耳花粉离体萌发和花粉管体外生长的主要影响因素。[结果]蓝猪耳花粉萌发及花粉管生长的最佳培养基为：5.00%(V/V)蔗糖、0.01%(V/V)氯化钙、0.01%(V/V)硼酸和0.01%(V/V)磷酸二氢钾，其培养基的渗透压主要靠蔗糖调节。[结论]硼是蓝猪耳花粉萌发中必不可少的微量元素；钙对花粉管生长起着非常重要的调节作用，并推测钙离子主要是通过电压依赖型钙通道进入花粉管内部。 【期刊名称】安徽农业科学 【年(卷),期】2017(045)018 【总页数】4

【关键词】蓝猪耳；花粉萌发；花粉管生长；影响因素

花粉管在植物受精过程中起着传递、运输雄配子到达受精作用靶细胞区的作用，因此花粉萌发和花粉管生长是高等植物有性生殖过程的重要生理环节。花粉管自身存在“自我组织调控网络”，使之具有极性生长特性[1]。因此，花粉管常被作为植物细胞运动、定向生长、顶端或极性生长、胞内外信号转导及细胞骨架变化等研究的模式体系。

Ca2+ 是花粉萌发和花粉管生长的核心调控因子，在囊泡的运输和融合、细胞骨架的组装、细胞壁性状等方面起调节作用[2]。关于花粉离体萌发的研究表明，花粉水合后萌发孔或萌发沟部位的钙离子浓度升高，从而启动并促进花粉萌发[3-5]。花粉管的生长对钙的需求具有浓度效应，只有适宜的外源钙浓度才能促

进花粉管生长，钙浓度过高或过低均抑制花粉管生长。在花粉萌发孔和花粉管中存在从顶端至基部的钙梯度[6-7]，尖端高浓度的钙是胞外钙经活化的钙通道内流产生的，消除钙梯度会抑制花粉管生长[8]。钙通道和钙离子梯度等共同控制着花粉萌发和花粉管生长及其定向性。

硼对花粉萌发和花粉管的生长亦起促进作用。细胞中大部分的硼位于细胞壁上，Blevins等[9]研究发现硼与果胶类物质GR-Ⅱ(鼠李半乳糖醛酸-Ⅱ)结合使酸性果胶变成酯化果胶。在花粉管中，酯化果胶集中在花粉管顶端，使顶端存在一定的延展性；酸性果胶遍及整个花粉管，使细胞壁有足够的机械强度[10]。硼酸可防止酚类物质的积累，促进花粉管的生长[11]。

蓝猪耳是玄参科(Scrophulariaceae)蝴蝶草属(Torenia L.)植物，具有半裸露的胚囊结构。研究者利用其独特的胚囊特征，建立了蓝猪耳花粉管定向生长至胚囊的离体试验技术，首次验证了受精过程中助细胞是引导花粉管定向进入胚囊的靶位点[12]。创建离体受精体系是研究高等植物有性生殖的热点领域。蓝猪耳是被子植物受精生物学研究的模式植物，研究蓝猪耳花粉离体萌发和花粉管离体生长的影响因素是建立蓝猪耳离体受精体系的前提。笔者研究钙和硼对蓝猪耳花粉离体萌发和花粉管离体生长的影响，探索花粉管的最佳培养条件。

1 材料与方法

1.1 试验材料 蓝猪耳种植在中国科学院华南植物园，每年4—12月开花，6—10月为盛花期。蓝猪耳是二强雄蕊，两长花丝上的花药在柱头上方，自花、异花授粉都能受精、结实。当开花后2 d，花药有开裂，取柱头上的两枚花药，用于花粉离体萌发和花粉管生长试验。

1.2 试验方法 花粉萌发的培养液基本成分包括：磷酸二氢钾、氯化钙、硼酸和

蔗糖。花粉管培养基配制方法如下：①蔗糖浓度梯度设置为3%、5%、7%、10%和15%(V/V)，磷酸二氢钾、氯化钙和硼酸浓度均为0.01%(V/V)，确定花粉萌发率最高时蔗糖的浓度(即蔗糖最佳浓度)；②当蔗糖为最佳浓度，磷酸二氢钾浓度为0.01%(V/V)时，Ca2+ 和H3BO3浓度梯度分别为0、0.001%、0.010%和0.100%(V/V)。

在培养皿中用凡士林制出若干个小室，将花粉萌发培养液放于其中，用微针从花药中挑取花粉洒入培养液中，花粉要均匀遍及液体表面，然后将培养皿置于黑暗、22 ℃恒温条件下萌发。分别在花粉培养1和3 h，取出培养皿在倒置显微镜下观察，每1微室取6个视野，每个视野的花粉粒达30粒以上；每种培养液重复3次，取萌发率平均值。花粉萌发以花粉管长度大于或等于萌发孔直径为萌发标准。

硝苯吡啶(Nif)、Al3+、La3+为钙通道抑制剂。在上述花粉萌发最好的培养液中加入有机抑制剂硝苯吡啶和无机抑制剂氯化铝、氯化镧，在倒置显微镜下观察不同浓度不同钙通道抑制剂培养液中花粉管萌发情况，统计萌发率和花粉管长度。同时，对50 μmol/L硝苯吡啶培养液中生长3 h的花粉管拍照。

2 结果与分析

2.1 蓝猪耳花粉的离体萌发 蓝猪耳的花粉需要在含少量糖的培养基上才能较好的萌发。花粉培养1 h时，5个浓度的蔗糖培养液中花粉萌发率都不高，花粉正处于刚开始萌发阶段，彼此之间萌发率相差不大；花粉培养3 h时，在5%的蔗糖培养液中，花粉萌发率达最高，而在3%和7%的蔗糖培养液中，萌发率也比较高，与5%的相差不大，随着蔗糖浓度的升高，萌发率呈下降趋势(表1)。这表明蔗糖浓度5%为蓝猪耳花粉萌发的最佳浓度。