短蔓西瓜花粉形态及花粉生活力研究
摘 要： 为探索短蔓西瓜坐瓜较难的原因，对短蔓西瓜和普通二倍体西瓜的花粉生活力和花粉形态结构进行了测定。结果表明，普通二倍体西瓜花粉大小整齐一致，呈短椭球形，极轴和赤道轴比（P/E）为1.34，而短蔓西瓜的空瘪花粉和畸形花粉较多，花粉大小不一，极轴和赤道轴难以区分，比值为1.09；普通西瓜花粉4 h萌发率达到了98%，而短蔓西瓜花粉的萌发率只有9%，显著低于普通西瓜。因此推测短蔓西瓜坐瓜难可能与花粉萌发率低和花粉畸形有关。
关键词： 短蔓西瓜； 花粉萌发率； 花粉结构
Abstract： In order to find out the reason why fruit setting of shortCinternode watermelon is difficult， the pollen morphology and viability of short-internode watermelon and normal diploid watermelon were analyzed. The results showed that the pollens of the common diploid watermelon were short ellipsoid shaped with the same size， and the average P/E ratio was 1.34. The pollens of short-internode watermelon varied in size， many anomalous and empty pollens were observed， the polar axis and equatorial axis were difficult to distinguish， the average P/E ratio was 1.09. The 4 h germination rate was significant differences between normal watermelon（98%） and short-internode watermelon（9%） pollens. So the lower fruit setting rate of short-internode watermelon might be caused by anomalous pollens and worse germination rate.
Key words： Short-internode watermelon； Pollen germination rate； Pollen structure
西瓜（Citrullus lanatus）是全球广泛种植的园艺作物，中国是西瓜生产与消费大国，2015年全国种植面积186.07万hm2，栽培面积和产量均居世界首位[1]。节间长度是西瓜重要的株型性状之一。节间较短的短蔓植株，株型紧凑，适于高密度栽培，在一定程度上能节约土地资源，提高单位面积产量[2]，因此短蔓西瓜是西瓜育种中的很重要的种质资源。生产栽培中应用的基本都是长蔓西瓜品种，短蔓西瓜品种较少，挖掘利用短蔓材料对西瓜育种工作具有重要意义。
短蔓西瓜是长蔓西瓜的突变体，由Mohr在1956年首次发现，之后又有学者进行了大量研究，主要包括短蔓西瓜突变体的诱变、遗传分析及生产应用。张瑛等[3]对1份短蔓西瓜突变体（代号‘SV-1’）进行遗传分析，发现短蔓和长蔓西瓜杂交，F1代全是长蔓，F1代与长蔓亲本杂交，其后代均表现为长蔓；而与短蔓亲本杂交，后代蔓长性状分离比率约为1∶1，由此可以说明西瓜短蔓株系‘SV-1’的短蔓性状由1对隐性等位基因控制。根据杨鼎新的综述，控制短蔓西瓜性状的有4个隐性基因位点，分别是dw-1、dw-2、dw-3和dw-4，其中dw-1和dw-3合型短蔓西瓜坐瓜比较困难，而其他类型的短蔓西瓜则没有类似的问题[4-5]。西瓜的结实率直接影响其在育种中的应用，植物结实率较低的原因有花器官发育不完全，亲和性差和不良环境导致的授粉受精过程不正常，营养竞争导致的落花落果、花芽分化不完全[6]，但是对短蔓西瓜结实率低的原因尚未见报道。笔者从短蔓西瓜花粉生活力和形态结构初步探究其坐瓜难的原因。
1 材料与方法
1.1 材料
供试短蔓西瓜材料由国家西瓜甜瓜中期库（河南郑州）提供，该材料雄花发育不正常，自交坐瓜困难。普通二倍体对照为纯合自交单系‘d127’。供试植株在田间的生长状态如图1所示。在盛花期，开花前一天下午17：00给要取样的花套上纸帽，开花当天早上6：00在田间取将要开放的花粉，放置在硫酸纸折成的小袋子内备用。
1.2 方法
采用扫描电镜检测花粉形态特征。首先将导电胶粘贴在样品台上，再将干燥过的花粉均匀地粘在导电胶上，用常规真空喷镀法喷金90 s后，置于扫描电镜下观察，选取有代表性的视野，测定极轴、赤道轴长度，并进行显微拍摄。对花粉性状的描述标准参考刘文革等[7]对西瓜花粉的描述。
采用离体萌发法测定花粉生活力。将新鲜花粉播种在涂有培养基的载玻片上，然后将载玻片置于垫有双层湿润滤纸的培养皿中，放入光照培养箱培养。4 h后计算萌发率，花粉管长度超过花粉粒直径1倍视为花粉萌发。离体萌发固体培养基配方：1% 琼脂+ 15% 蔗糖 + 0.01% 硼酸，pH 为6.5。涂抹方法：用玻璃棒在载玻片上轻轻涂抹一层培养基，涂抹长度约2 cm，宽度与载玻片同宽。培养条件：温度29 ℃，湿度80%～90%，暗培养4 h。花粉播种方法：用头发丝蘸取花粉，条播在培养基上。花粉镜检方法：取条播花粉的中间位置，在10×4倍光学显微镜下观察，随机观察5个视野，计算花粉萌发率平均值。
2 结果与分析 2.1 短蔓西瓜花粉形态特征
扫描电镜的结果显示，普通西瓜花粉萌发孔均为孔沟类型，具3孔沟，沟区有突起小颗粒。外壁具有清楚的网纹，网眼分布较均匀，大小不等，形状不规则，网孔内可见较多乳状突起，网脊表面平滑连续，如图2-a所示。花粉大小整齐一致，呈短椭球形，极轴和赤道轴比为1.34（表1）。
短蔓西瓜的花粉大部分皱缩空瘪，没有明显的萌发沟，少数花粉外壁具有不连续的网纹，大部分花粉没有网纹，网眼分布不均匀，大小不等，形状不规则，外壁内陷，如图2-b所示。短蔓西瓜花粉大小不一，极轴和赤道轴难以区分，比值为1.09。
2.2 短蔓西瓜花粉生活力
统计普通西瓜花粉和短蔓西瓜花粉生活力，发现在萌发培养基上培养4 h后，统计花粉管长度超过花粉直径1倍的花粉，普通西瓜花粉萌发率达到了98%（图3-a），而短蔓西瓜花粉萌发率只有9%（图3-b）。在电镜下，随机观察5个视野，统计花粉生活力，花粉萌发情况如表2所示。
3 讨论与结论
短蔓西瓜是西瓜育种中的重要资源，种植短蔓西瓜不需要整枝、打杈、压蔓，使得栽培更加容易且省工，而且短蔓西瓜有利于间作套种，可提高复种指数，提升经济效益。短蔓西瓜具有很多优良潜质，值得进一步研究利用：如可以提高种植密度、增加产量；改革西瓜栽培方式，使西瓜生产更简约；提高制种量；作为杂种一代纯度鉴定的指标性状[8]。利用短蔓西瓜资源可以配置出多个具有优良性状的短蔓新品种，但是dw-1和dw-3纯合型短蔓西瓜坐瓜比较困难，其结实率对资源的利用和保存具有重要意义。
因雄花发育不完全导致结实率降低的植物主要特征是花粉空瘪皱缩或功能不正常，如水稻雄性不育系，其基本特征是雄性器官发育不良，花药瘦小、干瘪、不开裂、内含败育花粉或无花粉等[9]。研究短蔓西瓜花粉萌发率和花粉形态发现，其花粉大部分为皱缩花粉，没有明显的萌发沟，这种形态特征导致了短蔓西瓜花粉萌发率低，最终影响了短蔓西瓜的结实率，因此呈现出了短蔓西瓜的难坐瓜习性。
参考文献
[1] 中华人民共和国农业部.中国农业统计资料2015[M].北京：中国农业出版社，2015.
[2] 马国斌，陈海荣，谢关兴，等.矮生西瓜的研究与利用[J].上海农业学报，2004，2（3）：58-61.
[3] 张瑛，周如美，李爱民，等.短蔓西瓜突变体的获得及其遗传分析[J].中国瓜菜，2010，23（3）：30-31.
[4] 李国申，许爱娇，董薇，等.西瓜矮化小果突体的遗传研究[J].园艺学报，2016，43（3）：571-577.
[5] 杨华，李永刚.介绍1个新的短蔓西瓜基因[J].中国瓜菜，2009，22（4）：32-33.
[6] STELA A S，LEANDRO P ，DUTRA C S，et al.Pollination of Adenocalymma bracteatum（Bignoniaceae）：floral biology and visitors[J].Neotro Entomol，2010，39（6）：941-948.
[7] 刘文革，王鸣，阎志红.不同倍性西瓜花粉形态观察[J].园艺学报，2003，30（3）：328-330.
[8] 杨鼎新.西瓜短蔓性状的利用[J].中国瓜菜，2010，23（1）：31-33.
[9] 徐树华.我国水稻主要雄性不育类型花粉发育的细胞学观察[J].中国农业科学，1982，15（2）：9-13.