中农大毕业论文 白芷开花习性与花粉特性研究

编号：201502

中国农业大学现代远程教育

毕业论文（设计）

白芷开花习性与花粉特性研究

学 生 黄继 指导教师 谷医林 专 业 农学 层 次 专升本 批 次 132次 学 号

学习中心 自贡广播电视大学 工作单位

2015年 9 月

中国农业大学网络教育学院制

摘 要

本次研究川白芷与祁白芷花粉活力、寿命及柱头可授性,是为良种选育提供依据。采用TTC法测定花粉活力及寿命,用联苯胺-过氧化氢法测定柱头可授性。经研究发现川白芷与祁白芷花蕾期花粉已具有较高活力,随着雄蕊发育,二者活力逐渐增强,花药开裂盛期花粉活力均达85%以上,且花粉活力均随散粉时间延长而逐渐降低。川白芷不同分枝花序的花粉活力差异较小,均维持在85%左右;祁白芷的花粉活力表现为主茎花序一级分枝花序二级分枝花序,整体来看,空间位置对花粉活力的影响较小。川白芷与祁白芷花粉在室温储藏条件下,开花后第5天花粉活力仍保持约50%,其中川白芷下降幅度大于祁白芷;-20℃条件下可适当延长花粉活力。柱头于开花后第4天逐渐具有可授性,第6天最强,随后逐渐萎蔫变褐,开花后第10天不具可授性。结论:在进行人工授粉时,应选花药开裂盛期的花粉对开花第6天的柱头进行授粉。

关键词：白芷 花粉活力 柱头可授性

传粉是植物有性繁殖过程的基础,指成熟花粉从开裂的花药中散出,然后借助一定媒介力量传送到适宜的柱头表面。在此过程中携带的雄配子体或前体花粉粒被暴露在干燥条件下,必须在具有活力前到达适宜的接受柱头。因此花粉活力与寿命、柱头可授性便成为传粉生态学所必须研究的重要内容。近年来,药用植物花粉活力与寿命和柱头可授性研究已经引起不少学者的重视,如对重楼、肉苁蓉、三七、丹参等药材已经开展大量相关性的工作。

药材白芷为伞形科植物兴安白芷 Angelica dahurica( Fisch.ex Hoffm.) Benth. elHook. F.或杭白芷A.dahurica( Fisch.exHoffm.) Benth. et Hook.f.var.formosana(Boiss.) Shan etYuan的干燥根,始载于?神农本草经?。日前市场上的白芷按产地分为祁白芷(河北)、禹白芷(河南)、川白芷(四川)、杭白芷(浙江)四大商品类型。川白芷来源于杭白芷A.dahurica f.var.formosana,祁白芷来源于兴安白芷 A.dahurica。以往对白芷的研究目前主要集中于栽培、化学成分等方面,而白芷传粉生物学、生殖生态学等方面研究目前还未见报道。本文利用生理生化研究方法,探索了不同原变种白芷的花粉活力、寿命及柱头可授性在开花过程中的变化规律,旨在掲示白芷传粉生物学基础,进一步研究传粉生物学特性、探讨传粉机制对白芷繁殖的影响,以期优化提高种子质量,为白芷育种及人工栽培提供重要的理论和实践意义。

目 录

1 材料与方法 ................................................ 4 1.1 白芷 .................................................. 4 1.2 雄蕊及花粉活力的观察 .................................. 4 1.3 雌蕊发育动态及柱头可授性测定 .......................... 5 l.4 数据处理 .............................................. 5 2 结果与分析 ................................................ 5 2.l 雄蕊及花粉活力的观察 .................................. 5 2.1.1 雄蕊发育动态 ..................................... 5 2.2 雌蕊发育动态及柱头可授性测定 .......................... 7 2.2.l 雌蕊发育动态 .................................... 7 2.2.2 柱头可授性测定 .................................. 7 3 讨论 ...................................................... 8 3.1 川白芷与祁白芷花粉活力与柱头可授期的比较 .............. 8 3.2 白芷雌雄异熟现象 ...................................... 8 3.3 人工授粉的最佳时期 .................................... 8 参考文献： ................................................... 8

1 材料与方法

1.1 白芷

白芷（拉丁文名：Angelica dahurica （Fisch. ex Hoffm.）Benth. et Hook. f. ex Franch. et Sav），多年生高大草本，高1-2.5米，根圆柱形，有分枝，径3-5厘米，外表皮黄褐色至褐色，有浓烈气味茎基部径2-5厘米，通常带紫色，基生叶一回羽状分裂，复伞形花序顶生或侧生（花期时间在7~8月，直径10-30厘米，花序梗长5-20厘米，花序梗、伞辐和花柄均有短糙毛；伞辐18-40，中央主伞有时伞辐多至70；总苞片通常缺或有1-2，成长卵形膨大的鞘；小总苞片5-10余，线状披针形，膜质，花白色；无萼齿；花瓣倒卵形，顶端内曲成凹头状；子房无毛或有短毛；花柱比短圆锥状的花柱基长2倍），果实长圆形至卵圆形。

祁白芷：本种的植物形态与杭白芷一致。根圆锥形，表面灰黄色至黄棕色，皮孔样的横向突起散生，断面灰白色，粉性略差，油性较大（祁白芷主产河北安国，禹白芷主产河南长葛、禹县。北方的一些省区有栽培，多自产自销，少数调省外）

川白芷：该种与白芷的植物形态基本一致，但植株高1-1.5米。茎及叶鞘多为黄绿色。根长圆锥形，上部近方形，表面灰棕色，有多数较大的皮孔样横向突起，略排列成数纵行，质硬较重，断面白色，粉性大。（川白芷主产于四川遂宁、安岳、南川、达县。另河北、河南等省区有栽培）

白芷主要生长于东亚季风气候区。主产区华北平原属半湿润、半干旱大陆性季风气候，具有冬寒少雪、春季多风、夏热多雨、秋高气爽等特点。长江中下游平原和四川盆地属亚热带湿润季风气候，具温暖湿润，四季分明特点。海拔多在50-500米之间，宜生长于地势平坦，土层浓厚，土壤肥沃，质地疏松，排水良好的砂质壤土。在黏土、土壤过沙、浅薄中种植则主根小而分叉多，亦不宜在盐碱地栽培，不宜重茬。

试验分别于2009,2010年在四川农业大学教学科研农场进行;材料为川白芷 A. dahurica f.var. formosana,祁白芷A. dahurica f ,由四川农业大学吴卫教授鉴定。

1.2 雄蕊及花粉活力的观察

花粉是种子植物花粉粒的总称。单核花粉粒是被子植物的小孢子，成熟花粉粒是被子植物的雄配子体。花粉粒的结构有两层壁，外壁较厚，其上有花纹和颜色，组成外壁的成分中有孢粉素（是类胡萝卜素和类胡萝卜素酯的氧化多聚物的衍生物），性质坚固，具抗酸和抗生物分解的特性；内壁薄，由果胶和纤维素组成。许多植物的成熟花粉粒由生殖细胞和营养细胞组成。 在作物杂交育种、作物结实机理和花粉生理的研究中，常涉及花粉活力的鉴定。掌握花粉活力快速测试的方法，是进行雄性不育株的选育、杂交技术的改良以及揭示内外因素对花粉育性和结实率影响的基础。而花粉测定法一般有如下三种：

1、 花粉萌发测定法—正常的成熟花粉粒具有较强的活力，在适宜的培养条件下便能萌发和

生长，在显微镜下可直接观察计算其萌发率，以确定其活力。

2、 碘-碘化钾染色测定法—多数植物正常的成熟花粉粒呈球形，积累较多的淀粉，I2–KI

溶液可将其染成蓝色。发育不良的花粉常呈畸形，往往不含淀粉或积累淀粉较少，I2–KI溶液染色呈黄褐色。因此，可用I2–KI溶液染色来测定花粉活力。

3、 氯化三笨基四氮唑（TTC）法—具有活力的花粉呼吸作用较强，其产生的NAD H2或NADPH2

可将无色的TTC（2,3,5-氯化三笨基四氮唑）还原成红色的TTF（三笨基甲），而使其

本身着色，无活力的花粉呼吸作用较弱，TTC的颜色变化不明显，故可根据花粉吸收TTC后的颜色变化判断花粉的生活力。

此次选择一级分枝花序上20条小花,观察雄蕊发育动态及花药散粉行为。采用TTC法测定花粉活力 。采集一级分枝花序的花粉进行5个不同的雄蕊发育时期、3种不同储藏条件下花粉活力的比较。采集主茎顶花、一级分枝的花序、二级分枝的花序花药开裂盛期的花粉进行不同空间位置花粉活力的比较。每级花序的测定重复3次。

1.3 雌蕊发育动态及柱头可授性测定

选择一级分枝花序上的20条花,每天观察柱头的变化情況,如分叉的角度、颜色,同时观察柱头分泌液的変化。采用联来成一过氧化氧法测定开花当天及第2,4,6,8,10天 柱头活力。

l.4 数据处理

所有数据均采用 SPSS 13.0软件 One-way AN0- VA和 Univariate方法进行分析,采用 LSD法进行数据差异显著性多重比较。

2 结果与分析

2. l 雄蕊及花粉活力的观察

2. 1. 1 雄蕊发育动态

观察发现,白芷雄蕊的变化可以分为以下6个阶段:①花蕾期(花蕾紧闭,花丝折叠) ;②花药露出期(此时花瓣由绿转白、由银合状开始向外膨松,可明显看见个别花药);③花丝伸长期(开花前期,个别花药伸展露花瓣外);④花药开裂初期(花丝与花药呈“丁”字形,花药逐渐开裂);⑤花药开裂盛期(花药完全开裂,并呈放射状);⑥花败期(花药干缩期)。同一朵花的5个雄蕊散粉顺序不同步,当1个雄蕊伸长散粉后,通常位于相对位置的雄蕊开始伸长散粉,或者时间上略微滞后,1个花药从花药开裂初期至散粉完毕需要约30 min。5个雄蕊通常1~2d先后萎薄脱落,这种不同步散粉延长了单花的“花粉寿命” 。

2.l.2 不同雄蕊发育阶段花粉活力

不同雄蕊发育阶段的花粉活力存在差异,花蕾期花粉已具有较高的活力,此时川白芷的花粉活力为70.7% ,祁白芷为64.7% ;随着雄蕊的发育,活力逐渐增强,花药开裂盛期花粉活力达85%以上,其中川白芷为84.5%，祁白芷为89.3%。川白芷与祁白芷比较,其花蕾期花粉活力大于祁白芷,花药开裂盛期则反之,花药露出期二者活力相当,二者整体差异较小。方差分析表明不同的雄蕊发育阶段对花粉活力影响显著(P<0.05)，川白芷与祁白芷的花粉活力在花書期和花药开裂盛期差异均显著(P<0.05) ,见表1 。

表1 白芷不同雄蕊发育阶段花粉活力 %

时期 蕾期 花药露出期 花丝伸长期 花药开裂初期 花药开裂盛期

川白芷 70.7b 77.1ab 78.7ab 84.5a 85.5a

祁白芷 64.7c 76.1b 81.4ab 88.6a 89.3a

注：不同小写表示差异显著.P＜0.05（表1～3同）。

2.l.3 不同空间位置花粉活力

不同空间位置花粉活力大小见表2。田间观察发现, 白芷単株花序的开花顺序为主茎顶花,其次为一级分枝花序、二级分枝花序等,单株花期约为30 d。数据分析表明,川白芷不同空间位置的花粉活力差异不显著,均维持在85%左右,说明川白芷在単株花期内及空间位置上花粉活力较稳定;而祁白芷常花粉活力表现为主茎顶花< 一级分枝花序< 二级分枝花序; 二级分枝花序的花粉活力高达94.4% ,但三者间差异不显著。在整株花序数量上,二级分枝花序大于一级分枝花序及主茎顶花,故当二级分枝花序开放时,可认为白芷进入单株开花盛期;在空间分布上,二级分枝花序分布于整株植物,此时花粉活力最高更有利于提高种子结实率,这可能是祁白芷适应环境的一种自身调节机制,具体原因有待于进一步研究。

表2 白芷不同空间位置花粉活力 %

空间位置 主茎顶花 一级分枝花序 二级分枝花序

川白芷 85.2a 86.9a 86.4a

祁白芷 90.9a 91.8a 94.4a

2.l.4 不同储藏条件下花粉活力

室温、4℃及- 20℃储藏条件下花粉活力均逐渐降低,比较发现, -20℃冰箱储藏可适当延长花粉活力,储藏10d后,川白芷与祁白芷花粉活力仍保持于40% 以上。二者花粉活力在同样储藏条件下亦存在一定的差异;川白芷在室温储藏条件下花粉活力下降幅度最大,储藏5d时花粉活力约为48.7% ,5d后下降幅度较大,储藏10d后,花粉活力仅为3.3% ;而置于4℃保鲜储藏,其花粉寿命得到適.当延长,储藏10d后,花粉活力为21.7% ,但也基本失去人工杂交的应用价值。祁白芷花粉活力在室温储藏条件下储藏7d仍为58.0% 。其活力局于同期川白芷,降低幅度相对较小;但4℃储藏条件下,祁白芷花粉活力与同期室温储藏相比花粉活力有所降低。二者在4℃储藏条件下的不同表现说明,当花期遭遇低温天气,在短期内川白芷花粉可抵御低温胁迫从而保存一定的活力。数据分析表明,储藏温度、储藏时间、及不同原变种的白芷对花粉活力的影响均极显著(P<0.01 ); -20℃冰箱储藏条件下花粉活力与室温、4℃条件差异极显著( P<0.01); 不同储藏时间下花粉活力差异显著( P<0.05) , 见表3。

表3 不同储藏条件下白芷花粉活力 %

处理时间/d

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

室温

川白芷 86.2a 77.6b 78.4b 65.3c 48.7d 28.0e 17.0f 10.3fg 6.9g 3.3g

祁白芷 82.7a 78.7ab 74.0bc 69.3cd 65.3de 58.7e 58.0e 33.3f 28.f 11.0g

川白芷 87.5a 82.5ab 79.2bc 82.2ab 72.8c 53.9d 30.3f 38.3e 29.4f 21.7g

4℃

祁白芷 88.0a 70.2b 60.0bc 53.1cd 47.5de 42.4e 16.9f 17.0f 11.7fg 5.3g

川白芷 87.9a 85.0a 78.4b 77.8bc 72.2bcd 71.4cd 66.4d 58.3e 49.9f 46.4f

-20℃

祁白芷 84.2a 77.0ab 73.3b 69.6bc 70.8bc 63.0cd 58.8d 47.8e 44.0e 40.8e

2.2 雌蕊发育动态及柱头可授性测定

2.2.l 雌蕊发育动态

川白芷与祁白芷开花第2天雌蕊变化较小;第4天花柱开始伸长,两花柱角度呈30°一45°,柱头 略扁平;第6天两花柱的角度增大,介于60°一90°,分泌蜜汁较多;第8天两花柱的角度> 90°,柱 头扁平,其中川白芷大部分花盘仍分泌蜜汁,而祁白芷仅小部分花盘分泌蜜汁;第10天雌蕊

反曲,两花柱角度> 180°,约25%的柱头开始变褐,无黏液;第12天两花柱的角度> 180°,反贴于

子房上,约50%柱头变褐萎蔫,2个柱头中常见1个先变褐。

2.2.2 柱头可授性测定

川白芷与祁白芷开花当天及第2天柱头均不具有活力,开花第4天花柱开始伸长,部分柱头逐渐具有活力,通常于开花第6天柱头活力最佳,此时两花柱的角度介于60°~90°, 蜜腺分泌大量蜜汁;开花第8天,由于川白芷柱头活力逐渐降低,而祁白芷部分柱头丧失活力:说明川白芷的柱头可授期较部白芷长;随着柱头的反曲、变褐通常于第10天丧失活力,见表4。

表4 川白芷与祁白芷的柱头可授性 %

采集时间 当天 第2天 第4天 第6天 第8天 第10天

川白芷 - - -/+ ++ + -

祁白芷 - - -/+ ++ +/- -

注：-.柱头不具有可授性；+.柱头具有可授性；++.柱头具有强可授性；+/-.柱头仅具部分可授性。

3 讨论

3. 1 川白芷与祁白芷花粉活力与柱头可授期的比较

植物物种及环境条件的不同决定着植物花粉的活力与寿命存在差异,野芍药花粉活力在开花7d 内均保持在90%以上; 刺五加的花粉活力在开花初期较高,但3d后迅速下降,4d后大部分失去活力。对川白芷与祁白芷的花粉活力及柱头可授性进行比较发现,随着散粉时l可的延长,二者花粉活力均呈下降趋势,但对不同的储藏温度的表现不同。在室温下,川白芷的下降幅度大于祁白芷,而4℃条件下则相反,可见二者因外界温度变化而引起的反应不一致;并且在花药开裂盛期时,测定不同空间位置花粉活力发现,祁白芷主茎顶花,一级分枝花序,二级分枝花序上的花粉活力均大于川白芷。通过雌蕊发育的观察,发现二者发育动态一致,但测定其可授性发现,祁白芷的可授性较川白芷晩,但柱头变褐萎薄较早,可见祁白芷的柱头可授期较川白芷短。联系二者,推测其花粉活力较高可能是对可授期较短的弥补,具体原因有待于进一步研究。

3.2 白芷雌雄异熟现象

雌雄异熟即雌雄性功能表达在时间上的差异,奇文清等发现了南川升麻和単穂升麻雄蕊先熟, 红雨等发现野生及栽培芍药属雌蕊先熟,本研究发现,川白芷及祁白芷的花粉在蕾期时已具有一定的活力,花药开裂散粉至脱落,雌蕊柱头尚未成熟,雌蕊通常在开花第4天后具有接受花粉的能力,故白芷表现为雄蕊先熟,在单花水平上,完全异熟。韦中强等认为白芷属于自花授粉植物 ,但观察发现雄蕊通常在开花后1~2 d散粉并脱落,故雌雄性重叠的活性持续期是有限的,故理论上不可能完成单花的自花传粉。在整个植株水平上,白芷为复伞形花序,在整个花序内雌雄性功能表达时间有一定重叠,因此,可进行同株异花间的传粉。这种特点可能意味着白芷有更多的同株异交或异株异交,但具体情况还有待于进一步证实。

3.3 人工授粉的最佳时期

本试验研究结果表明,室温条件下白芷花粉活力开花5d内均保持约50%左右; - 20℃ 冰箱储藏条件下适当延长了花粉活力,储藏10d后花粉活力仍维持在40%以上。川白芷与祁白芷花粉活力在同样的储藏条件下存在差异。并且试验还发现,不同雄蕊发育阶段的花粉活力存在差异,蕾期花粉已具有较高的活力,随着雄蕊形态的变化,活力逐渐增强，花药开裂盛期花粉活力达到85%以上。白芷柱头于开花后第4天逐渐具有可授性,此时花柱逐渐伸长，柱头扁平，通常于第6天具最强可授性. 随后柱头逐渐萎蔫变褐, 开花后第l0天不具可授性。故在进行白芷人工授粉时.应选花药対开花第6天的柱头进行授粉,如时间紧急的情況下可选择将花粉储藏于- 20 ℃冰箱适当延长花粉活力。

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