水杨酸对鸭梨和雪花梨花粉萌发及花粉管生长的影响

水杨酸对鸭梨和雪花梨花粉萌发及花粉管生长的影响摘要:适宜浓度的外源水杨酸(SA)可以促进鸭梨(Pyrus bretschneideri Rehd. cv. Yali)和雪花梨(P.breschneideri Redh. cv. Xuehuali)花粉的萌发和花粉管的生长｡采用质膜Ca2+通道抑制剂LaCl3､胞外Ca2+螯合剂乙二醇-双-(2-氨基乙醚)四乙酸(EGTA)及CaCl2分别与不同浓度SA组成培养基对鸭梨和雪花梨的花粉进行培养,结果表明,0.000 2､0.002 0､0.020 0 mmol/L的SA均可拮抗EGTA对花粉萌发及花粉管生长的抑制作用,花粉发芽率比对照高,花粉管生长速度快,LaCl3与SA培养花粉有同样的效果｡CaCl2与SA共同培养一定程度上可削弱SA对花粉的促进作用,但0.002 0 mmol/L SA处理,花粉的发芽率和花粉管的生长速度高于对照｡说明Ca2+参与了SA对花粉萌发及花粉管生长调节作用的信号转导过程,SA通过提高花粉内[Ca2+]i的浓度促进花粉萌发及花粉管生长,胞内钙库可能是Ca2+的主要来源｡关键词:水杨酸;Ca2+;花粉;鸭梨(Pyrus bretschneideri Rehd. cv. Yali);雪花梨(P. breschneideri Redh. cv. Xuehuali)Effect of Salicylic Acid on Pollen Germinating and Pollen Tube Growth of Pear Abstract: The treatments of 0.000 2､0.002 0､0.020 0 mmol/L salicylic acid(SA) accelerated germination of pollen and tube growth in pear. Pollen of Yali and Xuehuali was cultured in medium containing SA with EGTA, LaCl3 and CaCl2 separately. The results showed that 0.000 2, 0.002 0, 0.020 0 mmol/L SA treatments antagonized the inhibition of EGTA on germination of pollen and extending of pollen tube, and the same to LaCl3. But the accelerating action of SA on pollen growth was counteracted by using CaCl2; the gemination rate and pollen tube length of pear treated by 0.000 2 mmol/L SA was obviously higher than that of control. Those results suggested that Ca2+ is involved in the signal transduction during pollen germination in pear induced by SA. Cytosolic free calcium ([Ca2+]i) was increased by SA, there by accelerate germination of pollen and extend pollen tube, mainly from the intracellular storage and partly from the extracellular space.Key words: SA; Ca2+; pollen; Pyrus bretschneideri Rehd. cv. Yali; P. breschneideri Redh. cv. Xuehuali授粉受精是果实发育的开端,良好的授粉受精是生产优质果品及高产的基础｡Ca2+与植物授粉受精有着密切的联系,特别是花粉正常萌发和花粉管生长所必需的元素｡大量研究表明,Ca2+对启动､调节花粉管生长有重要作用[1,2],其含量及其在花粉管中的极性分布调节了花粉萌发和花粉管生长[3,4]｡水杨酸(Salicylic Acid,SA)被认为是一种植物内源信号分子和新的植物激素[5,6],是一种胞内信号物质,参与了多种生理过程｡SA与Ca2+有着密切的关系,已有实验证明Ca2+参与了SA的信号转导途径,如SA可引起烟草悬浮细胞培养液细胞质游离钙([Ca2+]i)瞬时增加,Ca2+通道抑制剂和螯合剂能阻止[Ca2+]i的增加,推测增加的[Ca2+]i来自胞外[7];SA能引起酵母细胞[Ca2+]i升高,增加的钙主要来自胞内钙库[8];在萝卜和烟草的研究中证明,SA的生理效应与胞外Ca2+有关[9];刘新等[10]认为Ca2+参与了SA诱导气孔运动的信号转导,SA引起胞内Ca2+的升高,Ca2+可能既来自胞外又来自胞内,胞内Ca2+库可能是主要来源｡本研究以鸭梨和雪花梨的花粉为试材,探讨SA对花粉萌发和花粉管生长的影响及SA与Ca2+的关系,旨在为进一步明确SA的作用机理奠定基础｡1 材料与方法1.1 试验材料及处理供试材料为盛果期鸭梨(Pyrus bretschneideri Rehd. cv. Yali)和雪花梨(P. breschneideri Redh. cv.Xuehuali)的花粉｡试验地为河北农业大学标本园,树龄7~8年,生长结果正常｡花期平均温度16.2 ℃,相对湿度30%~50%｡选择物候期一致的大气球期花朵,用镊子拨取花药置于光滑的纸上,25 ℃下阴干,待散粉后将干燥好的花粉保存于密封小瓶中置于-20 ℃备用｡1.2 花粉培养1.2.1 SA处理花粉培养采用蔗糖､琼脂和SA组成的培养基,SA的终浓度分别为0.000 2､0.002 0､0.020 0､0.200 0 mmol/L,对照不加SA,用双凹面载玻片在25 ℃､饱和湿度､避光条件下培养2 h后,取出置于-20 ℃终止,在光学显微镜下观察花粉的发芽率及花粉管的生长情况,每个处理3次重复,每个重复观察花粉200粒,花粉管50根｡1.2.2 SA与EGTA､LaCl3和CaCl2处理分别用适量乙二醇-双-(2-氨基乙醚)四乙酸(EGTA)､LaCl3及CaCl2与蔗糖､琼脂和SA组成培养基,SA的最终浓度分别为0.000 2､0.002 0､0.020 0､0.200 0 mmol/L,对照不加SA,培养及观察测量方法同1.2.1｡2 结果与分析2.1 外源SA对花粉萌发和花粉管生长的影响从表1可以看出,0.000 2､0.002 0､0.020 0 mmol/L SA处理显著提高了雪花梨和鸭梨花粉的发芽率,其中0.020 0 mmol/L SA处理雪花梨花粉的发芽率为对照的1.29倍,差异达极显著水平;而对于鸭梨0.002 0 mmol/L SA处理发芽率为对照的1.78倍,差异达极显著水平｡不同浓度SA对鸭梨和雪花梨花粉管生长的影响基本相同｡对于雪花梨0.000 2､0.002 0､0.020 0 mmol/L SA处理都显著促进了花粉管的生长,其花粉管生长量分别为对照的1.22､1.20､1.34倍,其中0.020 0 mmol/L SA处理与对照相比差异达极显著水平;鸭梨的花粉管生长情况与雪花梨相近,但仅有0.020 0 mmol/L SA处理花粉管生长量与对照相比差异达显著水平｡可见对于2个品种梨花粉萌发及花粉管生长最佳的SA处理浓度为0.020 0 mmol/L｡2.2 SA与花粉萌发及花粉管生长过程中Ca2+的关系2.2.1 EGTA与SA共同培养对花粉的影响比较表1与表2中对照的花粉萌发及花粉管生长情况可以看出,EGTA对鸭梨和雪花梨的花粉萌发和花粉管的生长有显著的抑制作用｡培养基中EGTA浓度为0.50 mmol/L时(表2),0.002 0､0.020 0 mmol/L SA极显著拮抗EGTA对雪花梨花粉萌发的抑制作用,发芽率分别为对照的2.37､1.90倍,对于鸭梨仅有0.002 0 mmol/L SA处理显著拮抗EGTA的抑制作用,其花粉发芽率为对照的1.53倍,其他各处理与对照相比差异不显著｡用此培养基培养花粉,发现其对花粉管生长的影响与其对花粉萌发的影响有相似之处,EGTA对花粉管生长有明显的抑制作用,适宜浓度的SA可显著逆转EGTA的作用｡0.002 0､0.020 0 mmol/L SA处理极显著逆转了EGTA对雪花梨花粉管生长的抑制作用,其生长量分别为对照的1.67､1.82倍｡对于鸭梨其结果略有不同,0.000 2､0.002 0 ､0.020 0 mmol/L SA处理均显著拮抗了EGTA对花粉管生长的抑制作用,其生长量分别为对照的1.26､1.28､1.41倍,0.200 0 mmol/L SA处理显著抑制了花粉管的生长｡2.2.2 LaCl3与SA共同培养对花粉的影响花粉培养基中加入LaCl3后,雪花梨和鸭梨花粉的萌发及花粉管的生长均受到显著的抑制,并且随着其浓度的升高其抑制作用增强(表3)｡LaCl3浓度较低时,不同浓度SA可显著拮抗LaCl3对雪花梨花粉萌发的抑制作用,0.000 2､0.002 0､0.020 0 mmol/L SA处理花粉萌发率依次分别为对照的1.36､1.42､1.59倍,差异均达极显著水平,鸭梨与雪花梨相似;0.002 0 mmol/L SA处理雪花梨和鸭梨花粉管生长量分别为对照的1.33和1.23倍,差异也均达极显著水平｡当LaCl3浓度较高时,SA对花粉的萌发及花粉管生长的促进作用则更为显著,0.000 2､0.002 0､0.020 0 mmol/L SA处理均促进了鸭梨及雪花梨花粉的萌发及花粉管的生长,其中促进鸭梨花粉管生长的作用最突出｡2.2.3 CaCl2与SA共同培养对花粉的影响Ca2+对花粉萌发及花粉管生长有重要的调控作用,适宜浓度的Ca2+可提高花粉的发芽率及促进花粉管的生长｡采用含有0.10 mmol/L CaCl2的培养基培养花粉发现,CaCl2对花粉萌发有一定促进作用,适宜浓度的SA增强了这种促进作用(表4)｡各处理中仅有0.000 2和0.020 0 mmol/L SA处理显著促进了雪花梨花粉的萌发,发芽率分别为对照的1.07和1.21倍,后者差异达极显著水平,对于鸭梨各处理间差异不显著｡用上述培养基继续培养花粉,发现与未加任何物质(表1)相比,各处理花粉管的生长速度明显加快,适宜浓度的SA可加强这种促进作用,以0.002 0 mmol/L SA处理鸭梨花粉管生长速度最快,与对照相比差异达极显著水平｡雪花梨花粉管生长量除0.200 0 mmol/L SA 处理显著低于对照外,其他各处理间差异均不显著｡3 小结与讨论花粉发芽率的高低及花粉管生长的速度与授粉受精的质量有直接的关系｡促进花粉萌发及花粉管生长是提高果实品质和产量的重要措施｡花粉的萌发与花粉管的生长是一个复杂的生理生化过程,已被越来越多地用作研究细胞生长的分子调控机理,Ca2+在此过程中起着重要的作用[4],对花粉萌发是必不可少的[1],许多研究结果证明细胞外的钙离子参与了这一过程[11,12]｡此外前人的大量研究认为SA对细胞的调控与Ca2+有密切的关系[7-10],试验结果表明,0.020 0 mmol/L的SA促进了花粉的萌发及花粉管的生长,进一步说明SA对花粉的调控作用与Ca2+有必然的联系｡EGTA为胞外Ca2+专一性螯合剂,可显著抑制花粉的萌发及花粉管的生长,但适宜浓度的SA介入后可拮抗这种抑制作用,使花粉萌发及花粉管生长得以进行,说明SA对花粉萌发及花粉管生长的促进作用与胞外的Ca2+无关｡采用质膜Ca2+通道阻塞剂LaCl3与SA共同培养花粉与前者有同样的效果, 进一步说明在胞外Ca2+无法正常进入胞内的情况下,花粉能够正常萌发,花粉管能够正常生长,SA对花粉萌发及花粉管生长的促进作用与胞外Ca2+关系并不紧密｡有研究表明SA可诱导含水母发光蛋白的酵母细胞[Ca2+]i升高,这种升高在无Ca2+介质中并不减弱,说明增加的钙主要来自胞内钙库[7],刘新等[10]认为Ca2+参与了SA诱导气孔运动的信号转导,SA引起胞内Ca2+的升高,Ca2+可能既来自胞外又来自胞内,胞内Ca2+库可能是主要来源｡试验采用外源Ca2+与SA共同培养花粉从侧面证实了这一点,外源Ca2+的增加可在一定程度上削弱低浓度SA对鸭梨花粉萌发及花粉管生长的促进作用,但个别SA处理对花粉的萌发及花粉管的生长仍起到显著的促进作用,说明SA提高花粉内Ca2+的水平,而补充外源Ca2+是无法达到这一水平的,Ca2+参与了SA对花粉萌发及花粉管生长调节作用的信号转导过程,SA主要通过提高花粉内Ca2+的浓度诱发花粉萌发及促进花粉管生长,胞内钙库可能是Ca2+主要来源｡但SA诱导[Ca2+]i升高的普遍性､引起[Ca2+]i升高的机制及与其他胞内信使的关系还有待进一步研究｡参考文献:[1] 龚明,杨中汉,曹宗巽. 钙对花粉萌发的启动效应和对花粉管生长的调节作用[J]. 北京大学学报(自然科学版),1995,31(2):238-249.[2] 范六民,杨宏远,周嫦. 外源Ca2+对烟草花粉管生长和生殖核分裂的调节作用[J]. 植物学报,1997,39(10):899-904.p[6] 潘瑞炽. 水杨酸——一种新的植物激素[J]. 生物学通报,1995,30(5):7.[7] KAWANO T, SAHASHI N, TAKAHASHI K, et al. 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