常海龙，张垂明，张 伟，陈俊吕，邱永生，周 峰，吴其卫，王勤南

（1.广州甘蔗糖业研究所广东省甘蔗改良与生物炼制重点实验室，广东 广州 510316；2.农业部广东甘蔗种质资源与利用科学观测实验站，海南 三亚 572025）

甘蔗花粉活力和柱头可授性日变化研究

常海龙1，2，张垂明1，2，张 伟1，2，陈俊吕1，2，邱永生1，2，周 峰1，2，吴其卫1，2，王勤南1，2

（1.广州甘蔗糖业研究所广东省甘蔗改良与生物炼制重点实验室，广东 广州 510316；2.农业部广东甘蔗种质资源与利用科学观测实验站，海南 三亚 572025）

为探明造成甘蔗花穗杂交结实率低的原因，以多花粉ROC22、科五和自交不育系粤糖92-1287、桂糖96-211为试材，对其散粉量、花粉活力及柱头可授性日变化进行研究。结果表明，甘蔗开花散粉集中在7：30～8：30，随时间推移花粉活力逐渐降低，13：00后完全丧失活性；在0℃干燥条件下，适于花粉短期贮存；柱头全天都具有可授性，高温会影响柱头可授性。甘蔗最佳授粉时间为8：00～8：30，此时花粉活性较好，柱头可授性最强，花粉量充足。

甘蔗；散粉量；花粉活力；柱头可授性

甘蔗主要采用杂交育种法，以雄性不育系或少花粉材料为母本，优异亲本为父本进行杂交育种［1］。目前甘蔗花穗杂交采取一个母本配备3～4株父本，每天8：00、10：00两个时间段定时授粉，连续杂交4～7 d［2］。甘蔗亲本材料花粉发育情况年际间差异因品系而异，部分品系各年的花粉发育较稳定，而有些品系则可能出现某些年份花粉多、活性高，某些年份雄性不育或花粉极少的情况［3-5］。海南甘蔗育种场每年杂交花穗组合达3 000多个，每年有近1/3出现杂交结实率低甚至无结实现象，严重阻碍了甘蔗杂交育种的有效开展［6］。花粉活力和柱头可授性是直接影响花穗杂交成功的重要因素之一，目前在草类、花卉、林木类植物［7-15］已有大量研究。赵剑颖等［16］认为，一天中万寿菊的花粉活力呈先升高后降低的趋势，在11：00～13：00花粉活力最高；赵继荣等［17］通过人工授粉研究了不同授粉时间及授粉次数对植物结实率的影响，认为金盏花隔天授粉3次的结实率最高。授粉是影响结实率的重要因素，但关于甘蔗花粉活力日变化和花粉采集最适宜时间及柱头可授性等方面的报道较少。本试验通过TTC染色测定不同时间段采集的花粉活力，观测花粉的日活力变化和贮存中花粉活力变化以及开花后柱头可授性变化，为提高甘蔗杂交育种和制种效率提供理论和技术参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

2015、2016年春季，分别以海南甘蔗育种场内种植的ROC22、科五作为研究花粉活性材料；以雄性不育系粤糖92-1287、桂糖96-211作为研究柱头可授性材料。12月上旬，傍晚将次日开花长势一致的抽穗茎砍下，带回温室内，用亚硫酸养茎，为防止传粉每一株单独放在用布隔开的杂交单元格内。

1.2 试验方法

1.2.1 单穗花粉量及花粉活力日变化观察 花粉活力采用TTC检测法。同天不同时间段（7：00、7：30、8：00、8：30、9：00、9：30、10：00、10：30、11：00、12：00、13：00）在温室内采集ROC22、科五花粉，每次只采一株花穗。先用天平称重，用镊子将花粉置于载玻片中央，同时滴1～2滴0.5%TTC（2，3，5-uiphenyl tetrazolium chloride）溶液置于花粉样品，充分混匀，盖上盖玻片，置于湿润培养皿中，37℃水浴20 min。40倍光学显微镜下观察，每品种观察2个载玻片，每片取5个不重叠视野，每个视野花粉总数不少于100个。若花粉变红则表明有活力，若红色很浅或无变化则表明无活力。统计花粉中红色花粉所占比例。

1.2.2 花粉保存 将采集的新鲜花粉置于小培养皿中，分别在室温、室温+硅胶（干燥条件）、4℃、4℃+硅胶、0℃、0℃+硅胶、-20℃、-20℃+硅胶等条件下贮存，每隔2 h检测一次花粉活力，持续观察24 h。

1.2.3 柱头可授性测定 用联苯胺-过氧化氢法测定柱头可授性。7：00采集雄性不育系粤糖92-1287、桂糖96-211刚开放的雌蕊柱头，之后每隔1 h采集一次，18：00结束。柱头完全浸泡在联苯胺-过氧化氢反应液中（1%联苯胺∶3%过氧化氢：水=4∶11∶22，体积比），置黑暗环境25 min。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。放置在10倍体式显微镜下观察柱头染色部位，柱头至少2/3部位呈现蓝色并伴有大量气泡出现计作柱头具有可授性，否则认为没有可授性。根据气泡量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部位呈现蓝色并伴有大量气泡出现；（2）“++”表示柱头可授性较强，柱头至少2/3部位呈现蓝色并伴有较多气泡出现；（3）“+”表示柱头具有可授性，柱头可授性弱，柱头呈淡蓝色或不明显，周围仅有几个小气泡；（4）“+/-”表示部分柱头具有可授性；（5）“-”表示柱头不具有可授性。

2 结果与分析

2.1 甘蔗单穗散粉量日变化

图1 甘蔗花穗散粉量日变化

由图1可知，甘蔗两品种单穗花粉量的日变化趋势基本相似，科五花粉量稍高于ROC22。7：00～8：00两品种花穗散粉量快速增加；8：00～10：00花粉量增加缓慢。科五单个花穗散粉量在8：30～10：00基本维持在同一水平，之后花粉量急速降低，13：00时花粉量仅为0.30 g，比最高峰9：30的0.44 g减少0.14 g；ROC22花粉量最高峰出现在11：00、为0.42 g，之后迅速降低，13：00时花粉量为0.26 g。说明甘蔗花穗小蠡花在7：00～8：00集中大量开放，11：00后基本不再开花，随着温室内温度升高，花粉含水量急速降低，单个花穗总花粉量虽未减少，但花粉质量随花粉含水量降低急速减少。

2.2 甘蔗花粉活力日变化

由图2可知，在7：00～7：30采集的花粉活力最高，科五最高达到92.69%，ROC22为88.03%。随着时间延长，采集的花粉活力逐渐降低，9：00采集的花粉活力降到50%左右，10：00采集的ROC22花粉活力为32.22%，科五为33.02%，13：00采集的花粉完全失去活力，可见甘蔗花粉杂交适宜时间为7：00～9：00。

2.3 甘蔗花粉贮存分析

图2 甘蔗花粉活力变化

ROC22和科五新鲜花粉在不同条件贮存2、4、6、8、10、12 h后的活力情况见表1。结果表明，各贮存条件贮存2 h后的花粉活力以4℃贮存最高，达到93.08%，与其他条件下花粉活力达到显著差异，室温、0℃、0℃+硅胶条件下花粉活力也较好，均在80%以上，室温+硅胶、-20℃、-20℃+硅胶条件下均无活力；贮存4、6 h后，仍以4℃贮存花粉活力高，0℃次之，花粉活力都达到80%以上，4℃+硅胶条件下花粉活力降低较快，2 h内为44.90%，4 h内为21.24%，6 h后已经完全失去活力；贮存8 h后，0℃贮存条件下花粉活力最高，达到74.60%，0℃+硅胶条件次之、为68.90%，4℃贮存条件下的花粉活力已下降到60.30%；贮存10、12 h后未经硅胶干燥的花粉已出现结块发粘现象，影响了花粉活力，反而以0℃+硅胶贮存效果最好，12 h后活力仍有58.22%，与其他条件下的花粉活力差异显著；0℃条件下的花粉活力为44.54%，4℃下为33.72%，室温下贮存的花粉活力极低。因此贮存6 h内的花粉以4℃下效果最好，贮存6 h以上时，以0℃+硅胶干燥条件的花粉活力最高。

表1 不同贮存条件对甘蔗花粉活力（%）影响

2.4 甘蔗柱头可授性

温室中甘蔗花穗小蠡花的鳞片经一夜吸水膨胀后，若早晨天气晴朗、温度适宜，便产生膨压促使颖片张开，花丝在开花时迅速伸长，花药吐出，羽状柱头露出。花药开裂通常迟于小花开放，开花后鳞片水分散失，花丝萎缩颖片闭合，但柱头及花药仍露于颖外。本试验在温室内进行，早晨天气晴朗、温度适宜时小花在6：00左右陆续开放，花药散粉在7：00左右开始。通过联苯胺-过氧化氢法测定同天不同时间段柱头可授性可知（表2），早晨7：00甘蔗柱头已经具有可授性，之后逐渐增强；9：00～11：00桂糖96-211柱头一直保持强可授性；8：00～10：00粤糖92-1287柱头具有强可授性，之后可授性降低。16：00后两品种柱头基本又恢复其强可授性；可见，甘蔗花穗杂交最适宜时间为上午的8：00～11：00或是下午16：00以后。

表2 甘蔗柱头可授性检测

3 结论与讨论

不同甘蔗品种（系）受其自身遗传特性及受气候条件影响，花穗花粉量不同，甚至差异较大。本试验选取两个花粉较好的品种，其散粉所表现出的规律亦有细微差异。张强等［18］研究认为，温度对核桃花序散粉的影响较大，在同天不同时段散粉量表现出随温度增加而增加、随温度降低而降低的变化趋势，在15：00～17：00，温度达到全天的最高值，散粉量亦达到全天的最高值；汤日圣等［19］研究认为，栽培水稻散粉量最大值出现在13：00～15：00。本试验中两甘蔗品种散粉量呈现快速集中的趋势，7：00～8：30散粉量已经达到全天散粉量的95%以上，10：00～11：00后随温度升高花粉量明显降低，可推测花药开裂后花粉裸露在空气中随周围温度升高，花粉含水量逐渐降低，导致整个花穗花粉量后期呈现降低趋势。

植物花粉的活力与寿命受遗传因素和环境条件的影响较大，果树类花粉寿命可维持数月至一年以上［20-22］，低温干燥条件下可极大延长双核花粉的生活力，而三核花粉则以高湿度为好［23］。张玉静等［24］研究认为，日光温室中万寿菊花粉活性最佳时间为14：00；李莺等［25］研究认为，七叶树花粉活力随温度增加而增加，10：00～16：00温度较高，也是七叶树花粉活力最旺盛时期。本研究结果表明，两甘蔗品种花粉在7：00刚开始散粉时活性最高，随时间推移活性逐渐降低，13：00后两品种花粉均失去活性，说明甘蔗花粉需要高湿环境，裸露在空气中的花粉含水量逐渐降低导致花粉活性逐渐丧失，含水量降到一定程度后完全失去活性。

双核花粉一般为通过减弱花粉代谢强度，降低呼吸作用，可延长花粉寿命和贮存时间，低温干燥是维持双核花粉活力的最佳方法。但甘蔗花粉属于三核花粉，首先要保证花粉有一定的含水量才能保证其不失活性。本试验结果也表明，干燥法保存的花粉在室温下很快失去活性，但如果花粉含水量太高，花粉黏连在一起，也会导致花粉失去活性，只有在低温下使花粉含水量缓慢降低，才能保证花粉具有一定活力，但花粉含水量保持在什么范围较合适还需要进一步探索。

柱头可授性是有性生殖中最重要的环节之一，其可授性的强弱直接影响花的授粉结实［26］。不同植物柱头的可授期长短不等，花开后天数及同天不同时间段都有一定的强弱区别，如多枝怪柳柱头在开花前就已经具有较强可授性，开花后4 h内可授性最强［27］。本研究结果表明，甘蔗早晨开花后柱头即具有可授性，11：00前可授性最强，之后随着温度升高可授性逐渐降低，但仍有较强可授性，16：00后可授性又达到最强值。

本研究结果表明，甘蔗花粉快速脱水极易失去活力，在0℃干燥条件下，适宜甘蔗花粉短期保存；甘蔗杂交授粉适宜时间为8：00～8：30，此时花粉活力较好，柱头可授性最强，花粉量也较充足。

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（责任编辑 白雪娜）

Study on diumal variation of sugarcane’s pollen vitality and stigma energy

CHANG Hai-long1，2，ZHANG Chui-ming1，2，ZHANG Wei1，2，CHEN Jun-lyu1，2，QIU Yong-sheng1，2，ZHOU Feng1，2，WU Qi-wei1，2，WANG Qin-nan1，2
（1.Guangzhou Sugarcane Industry Research Institute/Guangdong Key Lab of Sugarcane Improvement＆Biorefinery，Guangzhou 510316，China；2.Scientific Observation Test Station of Sugarcane Germplasm Resources and Utilization，Ministry of Agriculture，Sanya 572025，China）

In order to investigate the reason of low ripening rate of sugarcane flowers hybrid，Roc22，K5 and self-sterility，such as YT 92-1287，GT 96-211 were used to study the diumal variation of pollen grains，pollen vitality and stigma energy. The results showed that sugarcane flowered powder between 7：30 and 8：30，then the pollen vitality gradually reduced，completely lost activity after 13：00. The pollen was easily inactivated with rapid dehydration and drying under 0℃ was working for pollen viability in short-term. Stigma could be granted within a day and was affected by high temperature. The best time to pollinate depended largely on pollen activity，8：00-8：30 was the point of sugarcane，meanwhile the stigma could give the most and abundant pollen with high vitality.

sugarcane；pollen grains；pollen vitality；stigma energy

S566.1

A

1004-874X（2017）04-0014-05

常海龙，张垂明，张伟，等. 甘蔗花粉活力和柱头可授性日变化研究［J］.广东农业科学，2017，44（4）：14-18.

2017-02-28

现代农业产业技术体系建设专项（CARS-20-1-6）；广东省科技计划项目（2013B020311002，2014A030305002，2014A030304027，2015A030303005，2015A030302033）；广东省科学院科研平台环境能力建设专项（2016GDASPT-0306）

常海龙（1984-），男，硕士，农艺师，E-mail：hl2004@126.com

王勤南（1983-），男，硕士，高级农艺师，Email：wangqinnan66@163.com