多花指甲兰开花特性与繁育系统研究.pdf
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1、多花指甲兰开花特性与繁育系统研究郑棚汭1,董春燕2,陈之光1,3,徐言3,葛红3,杨树华3,赵鑫3,寇亚平3,朱晋宇3,贾瑞冬3,武荣花1(1.河南农业大学林学院,河南郑州450002;2.青州市亚泰农业科技有限公司,山东青州262501;3.中国农业科学院蔬菜花卉研究所蔬菜生物育种全国重点实验室/农业农村部花卉生物学与种质创制重点实验室(北方),北京100081)摘要:【目的目的】研究多花指甲兰 Aerides rosea 的开花特性与繁育系统,为多花指甲兰的种质资源保护提供理论依据。【方法方法】观察记录温室栽培条件下多花指甲兰的花部特征和开花进程,检测花粉活力与柱头可授性,估算杂交指数(O
2、CI)及进行人工控制授粉试验。【结果结果】多花指甲兰 57 月开花,开放时有香味,单株花期约 15d,单花花期约 10d。花蕾期为开花前 15d,初花期为开花后 14d,盛花期为开花后 56d,末花期为开花后 78d,凋谢期为开花后910d。总状花序,有 14 个花序,花序较长,密生数十朵花,整株花期一致。在花蕾期,花朵还未开放时花粉已具备活力,部分柱头具备可授性;花粉活力与柱头可授性在盛花期(开花 56d)达到峰值。多花指甲兰的 OCI 为 4。无论是否去雄、套袋,不进行人工授粉的结实率均为 0,而人工自花授粉、同株异花授粉和异株异花授粉的结实率分别为85.71%、88.00%、84.00%
3、,均高于不进行人工授粉的植株。【结论结论】多花指甲兰自 5 月初开花至 7 月底结束,盛花期较短,持续约 2d。多花指甲兰不存在无融合生殖现象,是需要传粉者传粉的自交和异交混合的繁育系统。图 6 表3 参 22关键词:多花指甲兰;开花进程;花粉活力;柱头可授性;繁育系统;杂交指数中图分类号:Q944.4文献标志码:A文章编号:2095-0756(2024)01-0124-08FloweringcharacteristicsandbreedingsystemofAerides roseaZHENGPengrui1,DONGChunyan2,CHENZhiguang1,3,XUYan3,GEHon
4、g3,YANGShuhua3,ZHAOXin3,KOUYaping3,ZHUJinyu3,JIARuidong3,WURonghua1(1.College of Forestry,Henan Agricultural University,Zhengzhou 450002,Henan,China;2.Qingzhou YataiAgricultural Technology Co.Ltd,Qingzhou 262501,Shandong,China;3.State Key Laboratory of VegetableBiobreeding,Key Laboratory of Biology
5、and Genetic Improvement of Flower Crops(North China),Ministry ofAgricultureandRuralAffairs,InstituteofVegetablesandFlowers,ChineseAcademyofAgriculturalSciences,Beijing100081,China)Abstract:ObjectiveThisstudy,withaninvestigationofthebreedingsystemoftheAerides rosea,isaimedtoprovidetheoreticalbasisfor
6、theprotectionofitsgermplasmresources.MethodThefloralcharacteristicsandfloweringprocessofA.roseaundergreenhousecultivationconditionswerecarefullyobservedandrecordedbefore the breeding characteristics were studied through the detection of pollen viability and stigmaacceptability,andtheestimationofhybr
7、idizationindex(OCI)andtestofartificiallypollination.Result(1)A.roseablossomedfromMaytoJulywithfragranceandtheflorescenceofasingleplantlastedabout15dand收稿日期:2023-05-15;修回日期:2023-09-13基金项目:国家重点研发计划项目(2021YFD1200200)作者简介:郑棚汭(ORCID:0009-0007-7782-6037),从事花卉种质资源与遗传育种研究。E-mail:。通信作者:贾瑞冬(ORCID:0000-0002-26
8、50-1650),副研究员,博士,从事花卉种质资源与遗传育种研究。E-mail:浙江农林大学学报,2024,41(1):124131Journal of Zhejiang A&F Universitydoi:10.11833/j.issn.2095-0756.20230308thatofasingleflowerlastedabout10d,withthebudstagebeing15dbeforeflowering,theinitialfloweringstageof14dafterflowering,thefullfloweringstageof56dafterflowering,thef
9、inalfloweringstageof78dafterflowering,andthefadestageof910dafterflowering.(2)A.roseabelongedwithracemewitheachplanthaving14inflorescenceswhichwerefeaturedaslonganddenselypackedwithdozensofflowers,withaconsistentfloweringperiodthroughouttheentireplant.(3)Duringthebudstagebeforeflowering,thepollenalre
10、adydisplayedviabilityandstigmapollinabilitywhichreachedthehighestat56doffloweringandtheOCIofA.roseawas4.(4)Thefruitsetratewas0withoutartificialpollination,whilethefruitsetrateforthosewithartificial self-pollination,artificial cross-pollination of the same plant and artificial cross-pollination of th
11、edifferent plants was 85.71%,88.00%and 84.00%respectively,higher than the ones without artificialpollination.ConclusionThefloweringofA.roseastartedinearlyMayandendedattheendofJulywitharelativelyshortfloweringperiodofabout2dandthebreedingsystemwasamixedmatingsystemofself-pollinationandcross-pollinati
12、onthatrequiredpollinatorstomix.Ch,6fig.3tab.22ref.Key words:Aerides rosea;flowering process;pollen viability;stigma acceptability;breeding system;hybridizationindex指甲兰属 Aerides 是兰科 Orchidaceae 重要的观赏植物及药用植物,属下有 30 种,主要分布在印度、斯里兰卡、尼泊尔、不丹、缅甸、越南、老挝、泰国、马来西亚、菲律宾、印度尼西亚、巴布新几内亚,及中国南方亚热带区域1。中国共有多花指甲兰 A.rosea、香
13、花指甲兰 A.odorata、小蓝指甲兰 A.orthocentra、扇唇指甲兰 A.flabellate 和指甲兰 A.flacata等 5 种。指甲兰属为单轴分枝类兰花,与蝴蝶兰属 Phalaenopsis、万 代 兰 属 Vanda、钻 喙 兰 属 Rhynchostylis 等 关 系 较 近,都 属 于 树 兰 亚 科Epidendroideae 万代兰族 Vandeae 指甲兰亚族 Aeridinae,属间杂交亲和,可培育新品种2。据英国皇家园艺学会兰科登陆机构(RHS)记载,蝴蝶兰属与指甲兰属的远缘杂交种已有 20 余个。多花指甲兰原生境花期为 57 月,果期为 8 月至次年 5
14、 月,产于中国广西、贵州、云南,在不丹、印度、缅甸、老挝和越南也有分布,生于海拔 3201530m 的山地林缘或山坡疏生的常绿阔叶林树干上。被中国物种红色名录记为极危(CR);被中国生物多样性红色名录:高等植物卷记为濒危(EN)。花色粉嫩、花量大、花型奇特、花香馥郁,是观赏价值极高的兰花,也可与蝴蝶兰进行远缘杂交,培育有香味的蝴蝶兰。目前,对于多花指甲兰的研究较少,主要在组织培养、非共生萌发技术3、功能性成分分析4等方面。王清芸等5对其花粉活力和柱头可授性研究发现:开花 6d 时的花粉活力最强,盛花期柱头可授性最高,但对其开花进程及繁育系统未进行系统研究。开展花部特征和繁育系统研究,不仅可以深
15、入研究花朵的结构、传粉方式和媒介种类,还能够了解植物的生态适应机制,为杂交育种工作提供依据。以往兰科植物繁育系统研究613为本研究提供了参考。观察多花指甲兰开花进程,并进行繁育系统研究,可为该物种种质资源的保护提供有力保障,也为实现多花指甲兰的人工繁殖和产业化生产,及远缘杂交育种提供科学依据。1材料与方法1.1材料与样地多花指甲兰种植于中国农业科学院蔬菜花卉研究所温室,该温室春秋季常开天窗;夏季开风机,水帘降温;冬季有暖气供暖。室温保持在 2630,相对湿度为 65%70%。取 200 株生长状况良好、无病虫害的 5 年生多花指甲兰进行试验。1.2研究方法1.2.1花器官特征和开花进程观测随机
16、选取盛花期全天开放的植株 10 株,测量株高、花序长、中萼片、侧萼片、花瓣、唇瓣、花序、花朵数及叶片数。按照 DAFNI14的标准,选取 10 株植株进行开花进程观察,观察记录群体水平(群体内第 1 朵花至最后 1 朵花开放的日期)、单株水平(单株上第 1 朵花开第 41 卷第 1 期郑棚汭等:多花指甲兰开花特性与繁育系统研究125放至最后 1 朵花凋谢的日期)、单花水平的开花进程(单朵花花瓣从两侧打开至花朵枯黄脱落的日期)。1.2.2电镜扫描和花粉活力测定选取初花期和末花期的花粉团,经配置的 FAA 固定液(100mLFAA 中含体积分数为 50%的乙醇 89mL、冰乙酸 6mL、甲醛 5m
17、L)处理 24h 后,用乙醇溶液按梯度(体积分数分别为 70%、80%、90%、95%、100%)脱水 15min,放入加有干燥剂的 1.5mL 离心管中,用CO2临界点干燥仪(LeicaCPD300)干燥 5h,用双面胶将干燥后的植物样品粘在金属台上,待观察部位朝上。离子溅射仪(HitachiE-1010)对金属台喷金、镀膜。在扫描电子显微镜(HitachiS-4800)下观察和测量花粉团的表面纹饰、花粉外形态,并拍照。筛选测定多花指甲兰花粉活力最适宜的方法:醋酸洋红染色法。于每日 9:0010:00 采集多花指甲兰各生长阶段的新鲜花粉,将花粉置于载玻片上,用解剖针将花粉团轻轻捣碎,滴入 1
18、2 滴的醋酸洋红染液后轻轻将其均匀分散开,盖上盖玻片,每次制片 3 张。静置 1015min后,于倒置显微镜(OlympusBX53)下观察,选取 6 个不同视野进行拍照。花粉活力强的花粉会被染成红色,较淡的颜色被视为活力较弱。氯化三苯四氮唑(质量浓度为 1%的 TTC)染色法。参照边子星15的方法:将新鲜的花粉置于 2mL 的试管中,用解剖针将其轻轻捣碎,后滴入 1 滴质量浓度为 1%的 TTC 染色液,黑暗培养24h。摇晃试管,使得花粉分散均匀,用移液枪吸取含有花粉的 TTC 染液,置于载玻片上,用解剖针轻轻将花粉细胞均匀分散开,制片 3 张。放至倒置显微镜(OlympusBX53)下进行
19、观察并拍照,选取 6 个不同的视野。以花粉细胞被染成红色为活力较强标准,白色为活力较弱标准。花粉离体萌发法。参照欧阳英等16的方法:以质量浓度为 5.000%蔗糖+质量浓度为 0.050%硼酸+质量浓度为 0.001%氯化钙+体积分数为 5.000%椰汁为液体培养基。将花粉用解剖针取下置于双面凹载玻片上并散开,用滴管吸取上述培养液滴入含花粉的凹面里,后将载玻片放于垫有 35 张湿润滤纸的培养皿中,盖上盖子置于组培室(室内温度 25,相对湿度 80%以上)培养 48h 后统计花粉萌发数。以花粉管长度超过花粉直径的 2 倍记为萌发。每阶段取 3 份样,制片后随机选取 3 个视野统计萌发数,重复 3
20、 次。花粉萌发率=萌发的花粉数/视野内总花粉数100%。1.2.3柱头可授性测定采用联苯胺-过氧化氢法 V(质量浓度为 1%联苯胺)V(体积分数为 3%过氧化氢)V(水)=41122 测定各阶段柱头的可授性。用体视显微镜(OlympusSZ)观察并拍照。柱头周围反应液伴有大量的气泡产生表示柱头具有可授性,气泡越多表示可授性越强。1.2.4花粉组织化学随机采取多花指甲兰成熟的花粉团,将其放置载玻片上碾碎,滴入碘-碘化钾浸染 15min,放置在倒置显微镜(OlympusBX53)下观察,花粉若经碘-碘化钾处理后显示红色说明花粉有脂质存在,处理后若呈蓝色或黑色则说明花粉有淀粉存在。1.2.5杂交指数
21、(OCI)估算根据 DAFNI14的标准计算 OCI 值。花朵直径1mm 记为 0;12mm 记为 1;26mm 记为 2;6mm 则记为 3。花药与柱头的空间位置在同一高度记为 0,空间分离记为 1。花药开裂时间和柱头可授粉期同步或雌蕊先熟记为 0,雄蕊先熟记为 1。三者之和为 OCI。繁育系统的评判标准:OCI=0,为闭花受精;OCI=1,为专性自交;OCI=3,为自交亲和,有时需要传粉者;OCI4,为部分自交亲和,异交,需要传粉者。1.2.6人工控制授粉随机选取初花期花朵进行人工控制授粉试验,设置 6 个处理(不去雄不套袋不授粉、不去雄套袋不授粉、去雄不授粉、人工自花授粉、人工同株异花授
22、粉、人工异株授粉),检测多花指甲兰传粉方式。每个处理重复 3 次,共计 2030 朵花。授粉 30d 后统计结实率。结实率结实数/授粉数100%。1.2.7数据分析利用 Excel2016 进行表格绘制,SPSS25.0进行数据处理、标准误计算及显著性分析(单因素方差分析、邓肯法),Photoshop2021 进行图片制作。2结果和分析2.1花器官特征由图 1 可见:多花指甲兰有 14 个花梗,其总状花序长 1030cm,花序形态似“狐尾”。茎粗壮,长约 520cm,花序叶腋生,花序轴较长,密生数十至近百朵花;花由 1 个中萼片、2 个侧萼片、2 个花瓣和 1 个唇瓣组成。子房棒状带纵棱,花梗
23、和子房白色带淡紫色晕;中萼片和侧萼片呈卵圆形,花瓣披126浙江农林大学学报2024 年 2 月 20 日针形,花瓣与中萼片有粉紫色斑点。唇瓣上密布紫红色斑点,边缘稍具不整齐的锯齿。表 1 为多花指甲兰株高、最大叶长宽、花序长、中萼片和侧萼片的长宽、花瓣长宽及唇瓣的横纵径等花部表型性状。AABDCEFCEBD1 cm10 cm1 cm1 cm1 cm1 cm1 cm1 cm1 cmA.中萼片;B.侧萼片;C.花瓣;D.唇瓣;E.合蕊柱;F.成熟果荚(授粉后 110 d)。图1多花指甲兰的花器官特征Figure1FloralsyndromeofA.rosea表1多花指甲兰表型性状Table1Phe
24、notypeoftheA.rosea植株序号株高/cm最大叶长/cm最大叶宽/cm花序长/cm中萼片长/cm中萼片宽/cm侧萼片长/cm侧萼片宽/cm花瓣长/cm花瓣宽/cm唇瓣横径/cm唇瓣纵径/cm花序梗粗/cm花朵横径/cm花朵纵径/cm花朵数/个叶片数/个143.021.04.027.61.10.51.30.72.61.51.21.10.53.53.56713233.022.03.020.01.20.51.10.62.51.21.21.60.62.74.04612332.019.53.023.01.00.71.10.53.02.11.31.50.43.03.35810426.027.9
25、3.714.60.80.80.80.63.01.71.31.60.62.53.01913529.023.54.314.10.70.80.80.43.11.81.21.40.33.03.82612627.015.83.114.30.80.61.20.53.01.31.61.50.23.43.52610728.016.52.614.70.60.61.30.72.02.11.61.50.23.63.0197821.520.04.014.61.00.60.70.41.61.71.11.50.32.82.73111923.521.02.913.01.20.50.80.72.72.01.31.60.32.
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