兰科植物花粉离体萌发与贮藏研究进展

罗远华钟淮钦方能炎黄敏玲

(1.福建省农业科学院作物研究所，福建 福州 350013；2.福建省农业科学院花卉研究中心，福建 福州 350013；3.福建省特色花卉工程技术研究中心，福建 福州 350013)

兰科(Orchidaceae)植物是被子植物中的第2大类群，广泛分布于热带、亚热带和温带地区。人工杂交是兰科植物育种的重要手段，但自交不育、杂交不亲和及花期不遇等现象在兰科植物中普遍存在。为了提高人工授粉的亲和性，解决不同种质间花期不遇等问题，通常需要提早采集和保存花粉。因此，研究花粉的生活力和贮藏条件是必不可少的重要前提。花粉生活力是指花粉具有存活、生长、萌发或发育的能力。花粉生活力的测定主要有染色测定法、离体萌发测定法和授粉结实测定法等。因花粉离体萌发测定法易于识别、数据可靠，且可完全定量，在植物花粉生活力的检测中应用十分普遍。近年来，对兰科植物花粉生活力与贮藏的研究取得了一定的进展，本文对兰科植物花粉离体萌发与贮藏方面的研究进行了综述与总结，以期为今后开展类似研究提供参考，见表1、表2。

表1 兰科植物花粉离体萌发研究进展

表2 兰科植物花粉贮藏研究进展

1 兰科植物花粉的离体萌发

1.1 花粉采集

除植物本身的遗传特性外，花粉采集时机会影响花粉的离体萌发效果。研究表明，长瓣兜兰[2]从盛开前的花苞期时花粉就有一定的活性，至盛花期时花粉活力最强；束花石斛[12]盛花1～3d花粉活力保持在90%左右，花粉活力随开花时间延长呈由强到弱的趋势，开花至第9天时花粉活力仅为23.70%。因此，在进行花粉生活力鉴定或进行人工授粉时，应采集当天盛开花朵的花粉，能保持较高的生活力。

1.2 培养基成分

1.2.1 蔗糖

蔗糖不仅为花粉萌发和花粉管壁合成与伸长提供营养物质，参与花粉粒物质能量代谢，还维持培养基渗透压的稳定。适宜浓度的蔗糖能促进花粉的离体萌发，但蔗糖浓度过高时易导致花粉失水、质壁分离甚至花粉破裂，抑制花粉萌发[13]。不同种类的花粉离体萌发所需的蔗糖浓度不同，如澳洲石斛[4]在蔗糖质量浓度为10g·L-1时具有较好的离体萌发率，但大花蕙兰[6，11]在蔗糖质量浓度达到300g·L-1时才具有较好的离体萌发率。也有研究表明，蔗糖不是兰科植物花粉离体萌发所必须的成分，如澳洲石斛[4]、竹叶兰[5]在不添加蔗糖的培养基中也有少量萌发。

1.2.2 硼

B3+在花粉的形成、萌发及受精过程都起到重要的作用。B3+能增加花粉对糖的吸收、运转和代谢，参与调控Ca2+的动态平衡[13]。多数兰科植物在花粉离体萌发时需要补充外源B3+，但大花蕙兰[11]不添加B3+时花粉也具有较好的萌发率，这可能与花粉粒内含有的微量硼元素能满足自身的离体萌发有关。

1.2.3 钙

在花粉离体培养中，Ca2+的动态平衡影响花粉的萌发与花粉管的顶端生长，Ca2+浓度的紊乱会导致花粉管生长异常或完全停止[13]。在兰科植物的花粉离体萌发中大多需要添加外源Ca2+以促进花粉的萌发，但不同种类所需浓度有较大差异。大花蕙兰所需CaCl2的质量浓度较高，达2.0g·L-1；而竹叶兰及墨兰所需CaCl2的质量浓度较低，仅为0.005g·L-1。

1.2.4 其他成分

K+的电流变化以及内质网膜上的Mg2+转运系统会影响花粉的萌发和花粉管的生长，适宜浓度的K+和Mg2+对花粉离体萌发有一定促进作用。研究表明，K+和Mg2+对部分兰科植物[14]的花粉的离体萌发和花粉管的生长有较好的促进作用。GA等外源植物生长调节剂能促进花粉的离体萌发，缩短萌发时间，如添加0.05g·L-1GA3能提高大花蕙兰[11]花粉的离体萌发率。此外，也有研究表明活性炭、菠萝汁[14]及高分子渗透剂PEG[3]等也能促进兰科植物花粉的离体萌发。

1.3 培养条件

液体培养基能加速具有类脂膜包裹结构的兰科植物花粉块的溶解与分散，提高萌发效率[4，9]，因此，兰科植物花粉离体萌发多使用液体培养基。培养基pH值会影响花粉的透水性，在一定范围内，无距虾脊兰[8]花粉的离体萌发率随pH值的升高呈先升后降的变化趋势，适宜的pH值利于花粉孔的扩张，从而提高花粉的离体萌发率。适宜的培养温度是提高花粉离体萌发率的重要因素，23～28℃适宜兰科植物花粉的离体萌发。兰科植物花粉离体萌发所需时间有较大的差异，聚石斛[7]、杂种卡特兰[9]及墨兰[10]的离体培养时间为24h，澳洲石斛[4]、竹叶兰[5]及无距虾脊兰[8]的离体萌发时间为48h，而大花蕙兰[6，11]的花粉的离体萌发时间较长，为96h。

2 兰科植物花粉的贮藏

2.1 贮藏温度

花粉是富含淀粉、脂肪以及某些激素的有生命颗粒。低温可抑制花粉内部物质的代谢，减弱酶活性，降低呼吸作用，从而阻止花粉的衰老[15]。研究表明，鹤顶兰[3]及竹叶兰[5]的花粉在不同温度中贮藏相同时间，温度越低，花粉萌发率越高，花粉贮藏寿命随温度的降低而增加。通常在低温或超低温冷冻条件下，花粉贮藏寿命较长，如杂种卡特兰[9]花粉在-20℃条件下贮藏720d仍有40.40%的萌发率。在进行花粉贮藏时，可根据贮藏目的及保存条件选择不同的贮藏温度。

2.2 花粉含水量

对大多数植物而言，花粉较低的相对湿度可抑制其代谢，减弱酶的活性，降低呼吸作用，从而减少贮藏期间可溶性糖类和有机酸的消耗，保持较长时间的生活力[15]。含水量过高的花粉在低温冷冻保存过程中，细胞内的水分固化的过程导致结冰过多，造成细胞膜受损，从而影响保存后的生活力。同时，花粉含水量与贮藏温度的交互作用显著影响花粉活力，适度降低花粉含水量有利于花粉活力的保持。研究表明，杂种卡特兰[9]的花粉于4℃湿润贮藏30d后，花粉萌发率仅为3.50%，而4℃干燥贮藏720d后，花粉萌发率达36.70%。但也有研究认为，未经干燥的新鲜花粉更利于低温贮藏，这可能与物种及花粉结构不同有关。如，聚石斛[7]湿润花粉于-20℃贮藏90d后生活力为21.70%，授粉结实率达83.30%，经过干燥的花粉在-20℃贮藏90d后，花粉生活力仅为6.40%，授粉结实率为25.00%，湿润的花粉更利于贮藏。兰科植物花粉主要采用硅胶、真空等干燥方法，但绝大多数研究并未明确花粉含水量对贮藏时间的影响。

3 问题与展望

花粉离体萌发率并不完全等同于花粉生活力，因为具有萌发能力的花粉，在其授粉后不一定能正常结实。因此，有必要根据不同物种以及花粉不同发育时期，结合多种方法来评价花粉生活力。目前，兰科植物花粉离体萌发的研究主要集中在培养基成分及培养条件的筛选，对花粉离体萌发的机理研究较少，从细胞学水平来揭示花粉离体萌发与其内部变化之间的关系，从分子水平挖掘花粉生活力相关基因是未来研究的重要内容与方向。

花粉生活力保持时间的长短与物种遗传因素和环境因素有关。在花粉离体保存中，要明确适宜花粉贮藏的最佳含水量等，并根据花粉特性与保存目的来选择适宜的贮藏温度。同时，要积极探索低压环境、有机溶剂、气体介质等不同条件对花粉生活力的影响，从而探索新的贮藏方法。此外，花粉保存是否成功，不仅要测定其离体萌发率，更要通过人工授粉统计结实性来鉴定其真实的生活力。