Pollen Vitality and Storage Characteristics of ‘Shaoxing’ and ‘Pawnee’ of Juglandaceae

HUANG Qiong; LI Ying; NAKAYAMA Seiko; GUO Song; XIE Weidong; LI Zailiu

doi:10.3969/j.issn.1000-2561.2021.03.027

Chinese Journal of Tropical Crops >

2021 , Vol. 42 >Issue 3: 800 - 805

DOI: https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-2561.2021.03.027

Plant Cultivation, Physiology & Biochemistry

Pollen Vitality and Storage Characteristics of ‘Shaoxing’ and ‘Pawnee’ of Juglandaceae

HUANG Qiong ,
LI Ying ,
NAKAYAMA Seiko ,
GUO Song ,
XIE Weidong ^,^* ,
LI Zailiu ^,^*

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College of Forestry, Guangxi University, Nanning, Guangxi 530004, China

*LI Zailiu,E-mail：445647520@qq.com;

XIE Weidong,E-mail：xiexiegx@163.com

Received date: 2020-02-10

Request revised date: 2020-04-02

Online published: 2021-03-25

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Abstract

In order to select the best collection period and storage conditions of the pollen of ‘Shaoxing’ and ‘Pawnee’, the male flowers of two pecans were used as the experimental materials, and the pollen vitality was measured and analyzed by the MTT staining method in different periods of dispersal and storage conditions. The pollen vitality of ‘Shaoxing’ and ‘Pawnee’ changed from high to low in different periods in the order: flowering period > early stage of loose powder > upcoming powder period > end stage of loose powder. The vitality of ‘Shaoxing’ and ‘Pawnee’ decreased with the prolongation of the drying time in the shade. Among them, the pollen of ‘Shaoxing’s flowering period and ‘Pawnee’s powder initial stage had the slowest decline rate in the short time of drying storage from 0 to 4 days, and still had 45.70% and 64.31% respectively after 96 h. Low temperature and dry storage conditions were conducive to the maintenance of the pollen vitality of ‘Shaoxing’ and ‘Pawnee’. Under different storage conditions, the pollen vitality of the two varieties showed as: ‒80 ℃ sealed dry > ‒80 ℃ sealed >4 ℃ sealed dry > 4 ℃ sealed > normal temperature sealed dry > normal temperature sealed. The pollen vitality remained above 60% after 30 days of storage at ‒80 ℃ and was less than 20% after 30 days of storage at room temperature, and was completely lost after 80 days storage.

Key words： Carya illinoensis; pollen vitality; loose powder period; storage conditions

Cite this article

HUANG Qiong , LI Ying , NAKAYAMA Seiko , GUO Song , XIE Weidong , LI Zailiu . Pollen Vitality and Storage Characteristics of ‘Shaoxing’ and ‘Pawnee’ of Juglandaceae[J]. Chinese Journal of Tropical Crops, 2021 , 42(3) : 800 -805 . DOI: 10.3969/j.issn.1000-2561.2021.03.027

薄壳山核桃（Carya illinoensis）,又名长山核桃,属胡桃科山核桃属,原产于美国和墨西哥,是世界重要的油料干果树种^[1]。美国迄今已选育并命名的薄壳山核桃品种约1000个,而我国引种并栽培的优良品种不多,仅30个左右。‘Shaoxing’和‘Pawnee’是其中的2个栽培品种,分别于1974年、1999年引入云南种植^[2,3],2013年引入广西种植。目前,国内外学者已对‘Mahan’^[4]、‘Western’‘Shoshoni’、‘钟山25’^[5]、‘莫愁’^[6]、‘Pawenn’^[7]、‘金华’^[8]等品种花粉活力及花粉的储藏特性进行过研究报道,而‘Shaoxing’和‘Pawnee’的研究仅限于物候期、植株生长量、果实品质、营养成分等方面^[9,10,11],对其花粉生活力测定及储藏方面的研究尚属空白。岩溶地区的石漠化严重影响、制约着社会经济的发展,直接威胁着人类的生存。广西是岩溶地貌发育最典型的地区,也是石漠化最严重的地区之一^[12]。经济作物薄壳山核桃在广西生境恶劣的岩溶山区生长良好,成为广西近年来大力推广种植的经济效益与生态效益完美结合的树种。自2001年起,广西开始从云南引入薄壳山核桃的多个品种进行大规模种植,种植面积约1.699×10⁵ hm^2[13]。各品种目前均已进入开花结实期,然而,存在结实率低、产量低、落花落果严重等现状,严重制约着石山地区人民的脱贫致富进程。因此,本研究通过MTT染色法^[14],对‘Shaoxing’和‘Pawnee’不同散粉期、不同阴干时间、不同储藏条件下的花粉活力进行比较,旨在探究2个薄壳山核桃品种花粉寿命、储藏的适宜条件,以期为授粉树配置、人工辅助授粉等生产实践提供科学指导,为解决薄壳山核桃的低产问题提供参考。

1材料与方法

1.1 材料

试验基地位于广西壮族自治区河池市环江县思恩镇千亩核桃示范片高产栽培示范点（108°56°E,24°51°N,海拔470.3 m）,1月平均气温10.1 ℃,7月平均气温是28 ℃;年平均降雨量为1726 mm。供试材料为2013年引自云南薄壳山核桃‘Shaoxing’和‘Pawnee’品种嫁接苗,树龄6 a,2017年开始开花结实,现处于生长结果期。每个品种各选取生长势、管理一致的无病虫害6株植株进行试验。

1.2 方法

1.2.1 不同散粉期花粉的活力检测上午8：00,选取薄壳山核桃‘Shaoxing’‘Pawnee’即将散粉期（花药由绿变黄）、散粉始期（雄花散粉达25%以下）、散粉盛期（雄花散粉达75%以上）、散粉末期（雄花脱落达75%以上）4个时期的雄花序,用硫酸纸包好,带回实验室将花序平摊在硫酸纸上,采集当天取散落在纸上的花粉,用MTT染色法测定花粉的活力,3次重复,每个重复观察5个视野。计算公式为：花粉活力=每个视野着色花粉粒数量/每个视野总花粉粒数量× 100%

1.2.2 不同阴干时间花粉的活力检测 2个薄壳山核桃品种各选择6株植株,在雄花不同散粉期分别选择植株东南西北4个方向各1个雄花序,每品种共24个雄花序,平铺在硫酸纸上,置阴凉的室内,每隔0、24、72、96 h采集散落在纸面上的花粉,测定花粉活力。

1.2.3 不同储藏条件花粉的活力检测在2个薄壳山核桃品种雄花的盛花期,用100目筛子过目后随机分为6份,总共12份,将其装入硫酸纸袋中。冷冻保存运往实验室后,设置6种处理方法：常温密封、常温密封干燥（把装有花粉的硫酸纸袋放入装有色硅胶的瓶内密封保存,其它干燥处理同）、4 ℃密封、4 ℃密封干燥、‒80 ℃密封、‒80 ℃密封干燥。每隔0、2、4、6、8、10、12、20、30、50、80、120、200 d检测上述6个处理的花粉活力。

1.3 数据处理

数据采用Office Excel 2010和SPSS 18.0软件进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同散粉期花粉生活力的比较

由图1知,‘Shaoxing’和‘Pawnee’的花粉活力在散粉期内随散粉时间呈先上升后下降的趋势。‘Shaoxing’花粉散粉期持续时间为13 d,各个时期之间差异显著（P<0.05）;花粉活力最高值在散粉盛期,达到了96.90%,花期持续时间7 d;散粉初期花粉活力次高,为94.71%,花期持续时间2 d;散粉末期花粉活力最差,仅有80.64%,花期持续时间3 d。‘Pawnee’散粉期总持续时间为14 d,散粉初期和散粉盛期的花粉活力差异不显著（P>0.05）,这2个时期是整个花粉散粉期最高的,为91.53%和92.43%,花期持续时间分别为2 d和7 d;即将散粉期和散粉末期的花粉活力二者之间存在显著性差异（P<0.05）,分别为84.58%和79.58%,花期持续时间分别为2 d和3 d;‘Pawnee’花粉活力最高出现在盛花期,达92.43%,花粉活力最低的是散粉末期,为79.58%。2个品种的花粉活力随时间的变化表现出相同的变化规律：散粉盛期>散粉初期>即将散粉期>散粉末期。虽然散粉盛期是这两个品种收集花粉的最佳时期,但考虑到其他3个时期的花粉活力均在75%以上,所以在这2个品种的柱头可授期内收集4个散粉时期中任一时期的花粉进行授粉都可以达到很好的效果。

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图1 ‘Shaoxing’和‘Pawnee’不同时期的花粉活力

同一品种的不同大写字母表示差异极显著（P<0.01）。

Fig. 1 Pollen vitality of' ‘Shaoxing’ and ‘Pawnee’ at different periods

Different uppercase letters in the same vitality mean significant difference (P<0.01).

2.2 不同阴干时间对花粉生活力的影响

由表1、表2得出,‘Shaoxing’和‘Pawnee’的花粉与散粉时期、阴干时间及二者互作对花粉活力的影响均达极显著水平（P<0.01）,且‘Pawnee’各散粉期的花粉活力下降速率都比‘Shaoxing’慢。其中,‘Shaoxing’的花粉在阴干过程中,4个时期花粉的活力都随储藏时间的延长呈下降趋势;盛花期阴干0 h花粉活力最高,为96.90%;且盛花期花粉活力随阴干时间的延长下降最慢,相比其他3个时期的花粉更耐储藏,阴干储藏96 h之后花粉活力仍高达45.70%。‘Pawnee’散粉盛期、散粉末期的花粉活力随阴干时间的延长逐渐下降,而即将散粉期、散粉初期的花粉活力变化规律则是先上升后下降;在整个阴干过程中,花粉活力最高值出现在散粉初期24 h,高达95.74%;阴干96 h后,散粉初期的花粉活力最高,为64.31%。因此,如果在实践生产过程中遇到花期不遇、阴雨等因素导致不能对这2个薄壳山核桃品种的花粉进行现采现用,则可采用阴干储藏的方式对花粉进行短期储藏。

表1 薄壳山核桃‘Shaoxing’和‘Pawnee’不同阴干时间的花粉活力

Tab. 1 Pollen vitality of ‘Shaoxing’ and ‘Pawnee’ of Juglandaceae in different shade time %

品种 Varieties	散粉时期 Loose powder period	阴干时间Dry time/h
品种 Varieties	散粉时期 Loose powder period	0	24	48	72	96
Shaoxing	即将散粉	83.08±0.40^C	74.30±0.55^B	40.76±1.17^B	35.75±0.48^C	28.40±0.27^B
	散粉初期	94.71±0.70^B	83.16±0.58^A	66.00±2.02^A	55.65±0.97^B	44.94±1.44^A
	散粉盛期	96.90±0.49^A	78.39±3.21^AB	64.62±3.72^A	63.21±1.07^A	45.70±2.14^A
	散粉末期	80.64±0.93^D	58.90±1.49^C	43.61±1.68^B	37.21±1.48^C	31.20±2.44^B
Pawnee	即将散粉	84.58±1.69^B	90.75±0.72^B	77.32±0.70^B	66.82±0.83^B	61.57±1.32^B
	散粉初期	91.53±1.81^A	95.74±0.68^A	91.50±0.83^A	78.35±1.50^A	64.31±1.26^A
	散粉盛期	92.43±0.41^A	91.06±1.25^B	76.54±0.53^B	69.85±2.41^B	57.69±2.74^B
	散粉末期	79.59±1.25^C	56.24±0.41^C	52.04±1.47^C	44.53±1.46^C	36.07±1.76^C

	注：表中同列不同大写字母表示差异极显著（P<0.01）。
	Note: Different uppercase letters in the same column showed significant difference (P < 0.01).

表2 阴干时间、散粉时期及二者的交互作用对‘Shaoxing’和‘Pawnee’花粉活力影响的方差分析

Tab. 2 Analysis of variance on the influence of drying time in the shade, loose powder period and their interaction on pollen vitality of ‘Shaoxing’ and ‘Pawnee’

品种 Varieties	差异来源 Source	平方和 Sum of squares	自由度 DF	均方 Mean square	F值 F value	置信度 Confidence level
Shaoxing	阴干时间	2.047	4	0.512	680.062	0.000
	散粉时期	0.487	3	0.162	215.725	0.000
	阴干时间×花粉时期	0.075	12	0.006	8.267	0.000
	机误	0.030	40	0.001
	总计	24.497	60
Pawnee	阴干时间	0.864	4	0.216	368.779	0.000
	散粉时期	0.804	3	0.268	357.346	0.000
	阴干时间×花粉时期	0.118	12	0.010	16.772	0.000
	机误	0.023	40	0.001
	总计	33.836	60

	注：置信度<0.05表示差异显著,置信度<0.01表示差异极显著。
	Note: Difference of confidence level<0.05 is significant, and the difference of confidence level<0.01 is extremely significant.

2.3 不同储藏条件对花粉生活力的影响

图2、图3、图4、表3显示,储藏条件、储藏时间都对‘Shaoxing’和‘Pawnee’花粉活力影响极显著（P<0.01）,储藏时间对花粉活力的影响比储藏条件大。在不同储藏条件下,‘Shaoxing’和‘Pawnee’6种处理的花粉活力都随储藏时间的变化呈下降趋势;且在相同的储藏时间下,储藏温度越低花粉活力下降速率越慢。干燥处理的花粉活力与未经干燥处理的花粉活力之间差异不显著（P>0.05）,但干燥处理的花粉活力比未经干燥处理的花粉活力略高。常温密封条件下花粉的活力随储藏时间下降最快,80 d时‘Shaoxing’和‘Pawnee’的花粉都完全丧失了活力（图5）;4 ℃和‒80 ℃条件下花粉活力随储藏时间的延长下降速率较为平缓,其中‒80 ℃条件下花粉活力下降速率最慢,200 d后2个品种的花粉活力仍保持在20%以上。‘Shaoxing’和‘Pawnee’在不同储藏条件下的花粉活力随储藏时间的变化规律都表现为：‒80 ℃密封干燥>‒80 ℃密封>4 ℃密封干燥>4 ℃密封>常温密封干燥>常温密封。‒80 ℃条件下2个品种储藏的花粉30 d后花粉活力仍有60%以上,所以这种条件下储藏的花粉可为这2个薄壳山核桃品种应对不良气候或为晚于这2个品种开花的薄壳山核桃提供授粉来源。

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图2 ‘Shaoxing’不同储藏条件下的花粉活力

Fig. 2 Pollen vitality of ‘Shaoxing’ under different storage methods

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图3 ‘Pawnee’不同储藏条件下的花粉活力

Fig. 3 The pollen vitality of ‘Pawnee’ under different storage methods

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图4 ‘Shaoxing’和‘Pawnee’花粉在不同储藏条件80 d时的显微观察

A~F:‘Shaoxing’花粉分别在常温密封、常温密封干燥、4 ℃密封、4 ℃密封干燥、‒80 ℃密封、‒80 ℃密封干燥条件下储藏80 d后的显微观察;G~L：‘Pawnee’花粉分别在常温密封、常温密封干燥、4 ℃密封、4 ℃密封干燥、‒80 ℃密封、‒80 ℃密封干燥条件下80 d后的显微观察。

Fig. 4 Microscopic observation of ‘Shaoxing’ and ‘Pawnee’ pollen under different storage conditions for 80 d

A‒F: The microscopical observation of ‘Shaoxing’ pollen stored for 80 days under the conditions of normal temperature sealed, normal temperature sealed dry, 4 ℃ sealed, 4 ℃ sealed dry, ‒80 ℃ sealed, ‒80 ℃ sealed dry; G‒L: The microscopical observation of ‘Pawnee’ pollen stored for 80 days under the conditions of normal temperature sealed, normal temperature sealed dry, 4 ℃ sealed, 4 ℃ sealed dry, ‒80 ℃ sealed, ‒80 ℃ sealed dry.

表3 贮藏时间、贮藏条件及其相互作用对‘Shaoxing’和‘Pawnee’花粉活力影响的方差分析

Tab. 3 Analysis of variance of effects of storage time, storage conditions and the interactions on pollen vitality of ‘Shaoxing’ and ‘Pawnee’

品种 Varieties	差异来源 Source	平方和 Sum of squares	自由度 DF	均方 Mean square	F值 F value	置信度 Confidence level
Shaoxing	储藏时间	15.907	12	1.326	7842.795	0.000
	储藏条件	5.756	5	1.151	6811.440	0.000
	储藏时间×储藏条件	0.928	60	0.015	91.482	0.000
	机误	0.026	156	0.000
	总计	85.230	234
Pawnee	储藏时间	6.748	5	1.350	6990.906	0.000
	储藏条件	14.982	12	1.248	6466.728	0.000
	储藏时间×储藏条件	1.583	60	0.026	136.624	0.000
	机误	0.030	156	0.000
	总计	33.836	234

	注：置信度<0.05表示差异显著,置信度<0.01表示差异极显著。
	Note: Difference of confidence degree level<0.05 is significant, and the difference of confidence degree level<0.01 is extremely significant.

3 讨论

薄壳山核桃属于雌雄异花植物,在实践种植过程中经常会出现授粉树缺乏、自然授粉不良和花期不遇等现象^[15,16]。花粉生活力是影响初始坐果率和产量的重要因素,所以“适时采集花粉,进行人工辅助授粉”是提高坐果率和果实品质的重要措施^[17]。相比TTC和I₂-KI染色法染色后无法区分花粉颜色,而离体培养法耗时长且测定的花粉萌发率较低,而MTT染色法更易于辨识花粉活力,其测定的花粉活力也接近原位萌发法^[18]。所以本研究参考李雪^[5]等对花期物候期观察确定薄壳山核桃‘Shaoxing’和‘Pawnee’的花粉成熟期,利用MTT染色法对‘Shaoxing’和‘Pawnee’花粉在不同散粉期、不同阴干时间、不同储藏条件下的活力进行检测。研究结果表明：2个薄壳山核桃品种在不同散粉期的花粉活力差异显著,4个散粉期中,花粉活力最高的是盛花期。

李川等^[19]对薄壳山核桃无性系5号、27号、35号散粉盛期的花粉阴干储藏24、48、72 h后检测它们的花粉活力得出：24 h>48 h>72 h;张伟梅等^[4]对薄壳山核桃‘Mahan’4个时期的花粉阴干储藏0、24、48、72 h后,表明0 h收集的花粉活力最高,且即将散粉期花粉耐储藏性最优。本研究中‘Shaoxing’花粉4个散粉期阴干储藏96 h后表明0 h时花粉活力最高,且4个散粉期的花粉活力都随着储藏时间的延长而下降,这与其他薄壳山核桃品种的试验结果一致。‘Pawnee’即散粉盛期、散粉末期阴干储藏试验结果与‘Shaoxing’相一致;不同的是‘Pawnee’即将散粉期、散粉初期的花粉活力在阴干24 h后达最高,可能原因是这2个时期的花粉刚采摘回来时还未完全发育成熟,需阴干24 h后才逐渐发育成熟。

低温、干燥条件会对花粉的活力产生明显的影响,比如减缓其代谢活动、降低酶活性和呼吸作用等,从而使花粉活力下降的速率变慢^[20]。范婷婷等^[21]把翠竹的花粉放在常温不干燥、常温干燥、4 ℃不干燥、4 ℃干燥4个储藏条件下,发现在4 ℃条件下比常温下萌发率要高,且干燥处理后的花药比未经干燥处理的花药的萌发率低。Yuan等^[22]把蝴蝶兰花粉放在室温、4 ℃、‒80 ℃下储藏得出：花粉在室温下只能保存28 d,而在4 ℃和‒80 ℃条件下则可以分别保存280 d和672 d。不同储藏条件对薄壳山核桃花粉活力影响显著,且温度与花粉储藏寿命呈负相关^[23]。李雪等^[5]对‘Mahan’、‘Western’、‘Shoshoni’、‘钟山25’这4个品种的薄壳山核桃放在不同温度条件下储藏,得出储藏温度对花粉活力的保持有显著影响,利于花粉活力保持的储藏温度依次为：‒20 ℃>4 ℃>25 ℃。李紫薇等^[24]对不同马蹄莲花粉进行不同温度的储藏得出：在相同的贮藏条件下,不同马蹄莲花粉活力的变化明显不同;同种花粉在不同贮藏条件下的活力差异显著。这与本研究结果一致,‘Shaoxing’在相同的储藏条件和储藏时间下花粉活力随时间下降速率都比‘Pawnee’快,说明不同薄壳山核桃品种间花粉活力下降速率不同;不同的储藏条件下,同一品种花粉活力随时间变化下降速率也不同,薄壳山核桃‘Shaoxing’和‘Pawnee’的花粉在不同储藏条件下变化规律都为：‒80 ℃密封干燥>‒80 ℃密封>‒4 ℃密封干燥>‒4 ℃密封>‒常温密封干燥>‒常温密封。

在对薄壳山核桃‘Shaoxing’和‘Pawnee’的花粉活力及其储藏特性进行研究之后,得出以下结论：虽然‘Shaoxing’和‘Pawnee’花粉的采集时间对花粉活力有一定影响,但4个散粉期的花粉活力都高达75%以上,所以在这2个薄壳山核桃品种散粉期内都可以对花粉进行现采现用。‘Shaoxing’和‘Pawnee’雄花4个散粉期阴干储藏96 h后的花粉活力仍保持在25%以上,在实践生产过程中如果气候、技术等条件允许,采用这种方式储藏花粉是最经济、简便的。‘Shaoxing’和‘Pawnee’的花粉在4 ℃条件和‒80 ℃条件储藏30 d后花粉活力分别还有35%和60%以上,所以在应对当年不利气候条件时这2个品种可在4 ℃或‒80 ℃条件下对花粉进行储藏;‒80 ℃条件下储藏200 d后花粉活力最高,但也只有20%左右,因此对这2个薄壳山核桃品种花粉进行长期有效的储藏方式还有待进一步的研究。本研究为今后薄壳山核桃花粉的收集、储藏提供依据,同时也为探究薄壳山核桃开花结实率低以及进行杂交育种等研究提供了理论基础支撑。

References

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1材料与方法

1.1 材料

1.2 方法

1.3 数据处理

2 结果与分析

2.1 不同散粉期花粉生活力的比较

图1 ‘Shaoxing’和‘Pawnee’不同时期的花粉活力

2.2 不同阴干时间对花粉生活力的影响

表1 薄壳山核桃‘Shaoxing’和‘Pawnee’不同阴干时间的花粉活力

表2 阴干时间、散粉时期及二者的交互作用对‘Shaoxing’和‘Pawnee’花粉活力影响的方差分析

2.3 不同储藏条件对花粉生活力的影响

图2 ‘Shaoxing’不同储藏条件下的花粉活力

图3 ‘Pawnee’不同储藏条件下的花粉活力

图4 ‘Shaoxing’和‘Pawnee’花粉在不同储藏条件80 d时的显微观察

表3 贮藏时间、贮藏条件及其相互作用对‘Shaoxing’和‘Pawnee’花粉活力影响的方差分析

3 讨论

References