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Ampha Z32花粉活力分析仪的应用:优质番茄花粉的筛选
日期:2020-08-07 17:54:37

番茄原产于南美西部高原,属喜闻温蔬菜,对温度比较敏感。研究表明,番茄的整个生长发育过程中,生殖生长时期对温度最为敏感,这主要是因为花粉发育时期尤其是减数分裂和配子形成时期是植物生殖过程中高敏感阶段,高温容易造成花粉败育,从而导致授粉受精不良、座果率下降、畸形果率升高等问题。应对全球变暖这一严峻的环境问题,授粉前对花粉活性进行检测和筛选,则成为番茄产量和品质的重要保障。


本实验利用Ampha Z32花粉活力分析仪(IFC法)测试了采自多个国家的1000份番茄花粉的活性。图1为1000份花粉活性的百分比堆积柱状图,其中绿色为活性花粉占比,红色为死亡花粉的占比,红圈内为Ampha Z32花粉活力分析仪测量得到细胞散点云图。如图所示,图中最左侧样本的花粉活性几乎达到了100%,最右侧样本的花粉活性几乎为0%,细胞散点云图中清晰区分出活性细胞类群和失活细胞类群。对于第900-1000个样本的花粉活性小于10%,不适用于育种或种子生产,将直接被淘汰。


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图1花粉活性百分比堆积柱状图


此外,本实验还利用体外萌发法验证了该方法的可靠性,分别采用标准发芽琼脂培养基和改良的液体发芽缓冲液进行培养。如图2所示,对于IFC法测量的活力大于80%的花粉,使用标准琼脂培养基进行培养,花粉的萌发率小于20%,二者差异显著;而使用改良后的萌发缓冲液,花粉的萌发率明显增高且与IFC法测量结果一致。由此可见,番茄花粉的萌发受培养基类型的影响差异较大,选择合适的培养基是准确判断花粉萌发率的前提,在合适的培养条件下,IFC法与体外萌发法一致性极高,是一种可靠、便捷的测试方法。


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图2。 IFC法与体外萌发法的相关性分析


标准发芽琼脂培养基(■)和改良的液体发芽缓冲液(●)。蓝色和绿色虚线分别代表相应的相关性方程和相关系数,Y误差线表示萌发法的标准偏差,X误差线表示IFC法的标准偏差。


对比1000份番茄花粉的活性散点图(横坐标为相对活性,纵坐标为相对大小),我们发现大部分花粉的活性散点图,失活细胞相较于活性细胞可划分为两个部分,一部分细胞的位置与活性细胞一致,而另一部分则明显低于活性细胞,结合显微镜镜检,我们发现这部分位置靠下的细胞体积较小且形状不规则。由此,我们将花粉细胞三个类群:成熟的活花粉,成熟的死花粉以及异常花粉,如图3所示。


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图3. 花粉的活性散点图中的花粉类别


为进一步了解异常花粉对花粉活性的影响,本实验研究了1000个样本中,异常花粉在失活花粉中的占比以及异常花粉在整个花粉样本中的占比。


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图4.异常花粉在死亡花粉中的占比排序图


图4为异常花粉在失活花粉中的占比排序图,红色为成熟的死花粉,蓝色为异常花粉。如图可见,这1000个样本基本都含有异常花粉,其中有10%的样本,异常花粉在失活花粉中的占比达到了40%以上。


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图5. 异常花粉在整个样本中的占比


图5为异常花粉在整个样本中的占比,从图中我们可以看出,对于大多数样本来说,异常花粉的占比约为5%,而个别样本的异常花粉却超过了50%,甚至达到了87.3%。显然,异常花粉是导致这部分样本花粉活力降低的主要因素。这些异常花粉主要为花粉发育的过程产生空花粉、不育花粉、退化花粉、损伤花粉或畸形花粉,它们体积较小,形状皱缩不规则,与花粉发育过程中受到的胁迫,尤其是热胁迫密切相关,可作为判断番茄在生长中是否受到胁迫的指标。


最后,本实验通过对比1000份番茄花粉的活性散点图,按散点图类型进行了分类,如图6,总体可分为四类:1)花粉活性较高,且几乎没有异常花粉;2)花粉活性适中,基本没有异常花粉;3)花粉活性非常低,基本没有异常花粉;4)花粉活性中等,但含有大量的异常花粉。根据以上结果,我们可以在今后的番茄生产过程中,尽可能的筛选活性高且无异常细胞的优质花粉进行授粉;以异常花粉的占比作为番茄生长是否受到胁迫的重要指示,帮助及时调整生产环境;此外,还可以帮助我们进行耐热抗旱品系筛选。


图6200807.jpg

图6. 不同质量的番茄花粉散点图


本实验表明Ampha Z32花粉活力分析仪(IFC法)无需染色等预处理,能够快速、高通量、准确测量花粉活性,并且可以通过对比筛选出优质花粉,是一种可靠的测试方法,可为番茄产量和品质的重要保障。


本次实验由瑞士Amphasys公司应用科学家和荷兰瑞克斯旺种苗集团公司(Rijk Zwaan)的育种团队共同完成。

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