Effects of flower age on pollen tube dynamics and embryo sac longevity in self-pollinating rabbit-eye blueberry cultivar

FU Yan; YANG Qin; PAN Kangbi

doi:10.16377/j.cnki.issn1007-7731.2025.09.004

2025 , Vol. 31 >Issue 9: 15 - 19

DOI: https://doi.org/10.16377/j.cnki.issn1007-7731.2025.09.004

Effects of flower age on pollen tube dynamics and embryo sac longevity in self-pollinating rabbit-eye blueberry cultivar

FU Yan ¹ ,
YANG Qin ² ,
PAN Kangbi ²

Expand

¹Qiandongnan Nationalities Polytechnic, Kaili 556000, China
²College of Life and Health Science, Kaili University, Kaili 556000, China

Received date: 2024-11-06

Online published: 2025-05-13

Fold

Abstract

To investigate the effect of flower age on the growth of self-pollinated pollen tubes and the lifespan of embryo sacs in rabbit-eye blueberries, ‘Powderblue’ rabbit-eye blueberry was used as experimental material, the flowers of different flower ages (0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, and 7 days after male removal) were self-pollinated. And the the germination of pollen, growth of pollen tube, and embryo sac longevity development were observed. The results showed that flower age had a significant effect on the dynamics of pollen tubes in self-pollination rabbit-eye blueberries. During the balloon flowering period (0 days after male removal), self-pollination delayed the germination of pollen tubes, but the proportion of styles with pollen tube growth to the base was the highest. The larger the flower age, the lower the proportion of styles with pollen tubes growing to the base. The ratio of callose in the embryo sac increased with the increase of the age of self-pollinating flowers, among them, the ratio of callus formation in the ovules was lower from 0 to 1 day after male removal, indicating that the older the flower age, the more severe the degeneration of ovules in the ‘Powderblue’ rabbit-eye blueberry. Comprehensive analysis showed that pollination during the balloon flowering period of ‘Powderblue’ rabbit-eye blueberry can alleviate self incompatibility to a certain extent.

Key words： blueberry; flower age; self-pollination; pollen tube dynamics; embryo sac longevity

Cite this article

FU Yan , YANG Qin , PAN Kangbi . Effects of flower age on pollen tube dynamics and embryo sac longevity in self-pollinating rabbit-eye blueberry cultivar[J]. Anhui Agricultural Science Bulletin, 2025 , 31(9) : 15 -19 . DOI: 10.16377/j.cnki.issn1007-7731.2025.09.004

自交不亲和是一种广泛存在于开花植物中的生殖隔离现象，可有效阻止自交，促进杂交，维持基因多样性，保持高度杂合性，是维持植物多样性的重要驱动力^[1]。根据调控机制不同，植物自交不亲和分为配子体自交不亲和（GSI）和孢子体自交不亲和（SSI）^[2]。GSI仅由雌雄配子S因子类型决定，广泛分布在植物界，指花粉管不能正常生长完成受精。一般花粉在柱头上不能正常萌发；或花粉萌发后，花粉管无法穿透柱头或在花柱中上部1/3处停止生长^[3]。SSI由花柱和花粉的S因子共同决定。一般花粉管可穿透柱头，但无法穿透花柱基部，或花粉管能长到子房，但无法完成正常受精^[1-2]。随着对自交不亲和研究的逐渐深入，发现该现象存在于许多木本果树中，如梨^[4]、李^[5]和枇杷^[6]等果树均存在自交不亲和现象。

蓝莓是杜鹃花科越橘属的多年生落叶小浆果类灌木果树，其果实含有人体所需的多种氨基酸、黄酮类、多酚类及花青素等活性物质，并富含钙、铁、锌、钾、糖、酸和维生素C等营养成分^[7-8]，既可以鲜食，也可以加工制成果汁、果脯、果粉和果酒等。此外，蓝莓果实具有抗氧化、增强记忆、增强免疫力、缓解眼部疲劳和降低胆固醇等作用^[9]。兔眼蓝莓是长江流域以南蓝莓产区的主要栽培类型，其具有自交不亲和、自花结实率不高等特性^[10]，在生产中需配置授粉树以保证获得较高产量。

目前，蓝莓自交不亲和的研究从坐果率的差异分析上逐渐向花粉管动力学、分子机制等方面深入。本研究团队前期研究发现，蓝莓花后2～4 d，柱头分泌黏液较多，可授性强，选择在果树蕾期授粉具有较好亲和性，能最大限度改善自交不亲和^[11]。基于前期研究成果，本试验以‘粉蓝’兔眼蓝莓为材料，对其不同花龄的花进行自花授粉，通过观察授粉后不同时间花粉管在花柱内的生长差异和胚囊内胼胝质的产生情况，研究兔眼蓝莓发生自交不亲和的时期和位置，以及授粉期对蓝莓自交不亲和性的影响，明确不同花龄自花授粉花粉管及胚囊受到抑制的位置及因素，为选择适宜的授粉时期提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

兔眼蓝莓种植于凯里学院卓越农林人才培养实训基地，随机选取20株生长健壮、无病虫害且长势一致的5年生兔眼蓝莓‘粉蓝’作为参试植株，自花授粉的花粉采自同园地内5年生‘粉蓝’植株。

1.2 试验方法

1.2.1 花粉收集

于大蕾期在授粉品种的花粉采集植株上每天挂牌5朵花作为对照。以挂牌花为标准，于授粉当天选择开2～4 d的花，放置2.0 mL的离心管于花朵正下方，用镊子触碰花冠，使花粉落入管中，收集花粉。

1.2.2 去雄和授粉

于盛花期在生长健壮、长势良好的植株树冠外围中上部选取长度35～45 cm的5个花枝，每个花枝保留20朵大蕾期花，并用镊子剥掉花瓣和雄蕊，保留柱头。去雄后0、1、2、3、4、5、6和7 d分别对柱头进行自花授粉，授粉结束后立即套袋，防止外源花粉污染。

1.2.3 材料收集与处理

于不同花龄授粉后2、4、8、12、24、48、72和96 h取样，3次重复，每个重复20朵，每个处理取60朵。将样品装入盛有FAA固定液的小瓶中处理备用。用镊子和解剖针将花柱、胚珠进行分离，并用1 mol/L NaOH溶液软化。

1.2.4 荧光显微镜观察

样品软化透明后，用蒸馏水漂洗3次，用0.1%苯胺蓝染色液染色24～48 h。随后将材料取出置于载玻片上，盖上盖玻片，用镊子稍加压力，使花柱、胚珠展开，在OLYMPUS-BX53型荧光显微镜下观察，统计有花粉管萌发的花柱比率，花粉管生长穿过上部、中部和基部的花柱比率，胚囊内胼胝质产生情况，并用DP70摄像头拍照保存。

1.3 数据处理

采用Excel软件进行试验数据统计，将所有百分率数据进行反正弦转换；采用SPSS 16.0软件进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 花龄对‘粉蓝’自花授粉花粉管萌发的影响

不同花龄‘粉蓝’兔眼蓝莓自花授粉有花粉管萌发的花柱比率存在差异。从去雄0 d（气球花）开始，随着花龄增加，授粉后2 h有花粉萌发的花柱比率在3～4 d达到峰值，后随着花龄增加，2 h内有花粉管萌发的花柱比率逐渐降低，其中气球花授粉后2 h有花粉管萌发的花柱比率较低，为0.38。气球花自花授粉后24 h有花粉管萌发的花柱比率达峰值，为0.98；在去雄后1～3 d自花授粉，授粉后8 h，有花粉管萌发的花柱比率较高，均为0.96。去雄后5 d自花授粉，2～4 h内有花粉管萌发的花柱比率较低，12 h时达较高水平，与去雄后0～4 d授粉12 h的有花粉管萌发的花柱比率差异无统计学意义（P>0.05）。去雄后6～7 d授粉，有花粉管萌发的花柱比率较低（表1）。综上，‘粉蓝’兔眼蓝莓开气球花时，自花授粉的花粉管萌发较迟，但对其最终的萌发比率影响较小，从去雄后6 d开始，有花粉管萌发的花柱比率明显降低。

表1 花龄对‘粉蓝’兔眼蓝莓自花授粉有花粉管萌发的花柱比率

取样时间/h	不同花龄时期授粉
取样时间/h	0	1	2	3	4	5	6	7
2	0.38±0.05 Dd	0.58±0.07 Ca	0.55±0.08 Cb	0.61±0.02 Ba	0.60±0.05 Ca	0.51±0.02 Dbc	0.48±0.02 Dc	0.41±0.02 Dd
4	0.71±0.02 Cb	0.73±0.02 Bb	0.76±0.02 Bb	0.91±0.02 Aa	0.76±0.02 Bb	0.66±0.02 Cc	0.56±0.02 Cd	0.46±0.02 De
8	0.85±0.05 Bb	0.96±0.02 Aa	0.96±0.02 Aa	0.96±0.02 Aa	0.91±0.02 Aab	0.86±0.02 Bb	0.73±0.02 Bc	0.58±0.02 Cd
12	0.96±0.02 Aa	0.95±0.05 Aa	0.98±0.02 Aa	0.98±0.02 Aa	0.96±0.02 Aa	0.96±0.02 Aa	0.81±0.02 ABb	0.71±0.02 Bb
24	0.98±0.02 Aa	0.93±0.02 Aa	0.96±0.02 Aa	0.96±0.02 Aa	0.98±0.02 Aa	0.98±0.02 Aa	0.86±0.02 Ab	0.73±0.02 Bb
48	0.96±0.02 Aa	0.95±0.05 Aa	0.98±0.02 Aa	0.98±0.02 Aa	0.98±0.02 Aa	0.96±0.02 Aa	0.88±0.02 Ab	0.80±0.05 Ab
72	0.98±0.02 Aa	0.98±0.02 Aa	0.98±0.02 Aa	0.96±0.02 Aa	0.98±0.02 Aa	0.98±0.02 Aa	0.90±0.05 Aa	0.81±0.02 Ab
96	0.96±0.02 Aa	0.96±0.02 Aa	0.96±0.02 Aa	0.96±0.02 Aa	0.98±0.02 Aa	0.98±0.02 Aa	0.88±0.02 Ab	0.81±0.02 Ab

注：0，气球花；1，去雄后1 d；2，去雄后2 d；3，去雄后3 d；4，去雄后4 d；5，去雄后5 d；6，去雄后6 d；7，去雄后7 d；同列不同大写字母表示同一时期授粉不同取样时间的处理间差异在0.05水平具有统计学意义；同行不同小写字母表示不同时期授粉同一取样时间的处理间差异在0.05水平具有统计学意义。

2.2 花龄对‘粉蓝’自花授粉花粉管动力学的影响

2.2.1 花粉管生长穿过上部的花柱比率

不同花龄‘粉蓝’兔眼蓝莓自花授粉后花粉管生长穿过上部的花柱比率差异较大。不同花龄自花授粉2 h后均有部分花粉管生长穿过花柱上部，去雄后0～3 d自花授粉，在授粉后2～12 h，随时间推移，花粉管穿过上部的花柱比率逐渐增加；去雄后3 d自花授粉，花粉管生长穿过上部的花柱比率在授粉后24 h达到峰值，为0.93；去雄后0～3 d自花授粉的有花粉管穿过上部的花柱比率在授粉后96 h差异无统计学意义（P>0.05）。去雄后5～7 d自花授粉，授粉后2～4 h花粉管生长穿过上部的花柱比率较0～4 d明显降低（P<0.05）（表2）。

表2 花龄对‘粉蓝’兔眼蓝莓自花授粉后花粉管生长穿过上部的花柱比率

取样时间/h	不同花龄时期授粉
取样时间/h	0	1	2	3	4	5	6	7
2	0.16±0.02 Ed	0.16±0.02 Dd	0.26±0.02 Cb	0.38±0.02 Ea	0.21±0.02 Ec	0.11±0.02 Ee	0.08±0.02 Ef	0.06±0.02 Ff
4	0.40±0.05 Db	0.45±0.05 Cb	0.55±0.05 Da	0.58±0.02 Da	0.43±0.02 Db	0.26±0.02 Dc	0.23±0.02 Dc	0.11±0.02 Ed
8	0.60±0.05 Cb	0.48±0.02 Cd	0.66±0.02 Cb	0.73±0.02 Ca	0.58±0.02 Cbc	0.48±0.02 Cd	0.41±0.02 Cd	0.23±0.02 De
12	0.83±0.02 Ba	0.76±0.02 Bab	0.81±0.02 Ba	0.86±0.02 Ba	0.71±0.02 Bb	0.61±0.02 Bc	0.55±0.05 Bc	0.31±0.02 Cd
24	0.88±0.02 ABa	0.75±0.05 Bb	0.86±0.02 ABa	0.93±0.02 Aa	0.93±0.02 Aa	0.91±0.02 Aa	0.71±0.02 Ab	0.36±0.02 BCc
48	0.93±0.02 Aa	0.88±0.02 Aa	0.91±0.02 Aa	0.93±0.02 Aa	0.93±0.02 Aa	0.91±0.02 Aa	0.71±0.02 Ab	0.38±0.02 Bc
72	0.95±0.05 Aa	0.88±0.02 Aa	0.91±0.02 Aa	0.93±0.02 Aa	0.91±0.02 Aa	0.93±0.02 ABa	0.73±0.02 Ab	0.46±0.02 Ac
96	0.95±0.05 Aa	0.91±0.02 Aa	0.93±0.02 Aa	0.93±0.02 Aa	0.93±0.02 Aa	0.96±0.02 Aa	0.78±0.02 Ab	0.46±0.02 Ac

2.2.2 花粉管穿过中部的花柱比率

自花授粉处理后2～8 h未观察到花粉管穿过中部。不同花龄‘粉蓝’自花授粉后12 h有少量花粉管生长穿过花柱中部，以去雄后3 d自花授粉的花粉管穿过中部的花柱比率较高，说明去雄后3 d自花授粉的花粉管生长速率较快。去雄后0～5 d自花授粉，授粉后96 h时，花粉管生长穿过中部的花柱比率在0.76～0.88，差异无统计学意义（P>0.05）。去雄后5～7 d开始，随着花龄增大，‘粉蓝’兔眼蓝莓自花授粉的花粉管生长穿过中部的花柱比率逐渐降低，到去雄后7 d时，其比率仅为0.31（表3）。

表3 花龄对‘粉蓝’兔眼蓝莓自花授粉后花粉管生长穿过中部的花柱比率

取样时间/h	不同花龄时期授粉
取样时间/h	0	1	2	3	4	5	6	7
12	0.06±0.02 Ec	0.03±0.02 Ed	0.11±0.02 Db	0.31±0.02 Ca	0.08±0.02 Dc	0.03±0.02 Ed	0.01±0.02 Ee	0.01±0.02 De
24	0.23±0.02 Dc	0.16±0.02 Dd	0.28±0.02 Cc	0.61±0.02 Ba	0.43±0.02 Cb	0.13±0.02 Dd	0.08±0.02 De	0.06±0.02 De
48	0.48±0.02 Cb	0.41±0.02 Cb	0.58±0.02 Ba	0.61±0.02 Ba	0.43±0.02 Cb	0.26±0.02 Cc	0.16±0.02 Cd	0.13±0.02 Cd
72	0.70±0.05 Bb	0.71±0.02 Bb	0.81±0.02 Aa	0.83±0.02 Aa	0.60±0.05 Bc	0.36±0.02 Bd	0.45±0.05 Bd	0.20±0.05 Be
96	0.83±0.02 Aa	0.81±0.02 Aa	0.88±0.02 Aa	0.88±0.02 Aa	0.76±0.02 Aa	0.78±0.02 Aa	0.51±0.02 Ab	0.31±0.02 Ac

2.2.3 花粉管生长至基部的花柱比率

自花授粉处理后2～48 h未观察到花粉管生长至花柱基部。去雄0～2 d自花授粉，授粉后72 h有少量花粉管生长至花柱基部，到96 h时，其花粉管生长至基部的花柱比率有所增加。去雄后3～7 d自花授粉，在授粉后96 h有较低比率的花柱花粉管生长至基部。随着花龄增加，花粉管生长至基部的花柱比率逐渐降低，在气球花期授粉，花粉管生长至基部的花柱比率最高，为0.33，其次为去雄后1 d自花授粉（0.26），去雄后2～7 d自花授粉，花粉管生长至基部的柱头比率在0.01～0.08，均低于0.1（表4）。

表4 花龄对‘粉蓝’兔眼蓝莓自花授粉后花粉管生长至基部的花柱比率

取样时间/h	不同花龄时期授粉
取样时间/h	0	1	2	3	4	5	6	7
72	0.11±0.02 Ba	0.11±0.02 Ba	0.03±0.02 Ab
96	0.33±0.02 Aa	0.26±0.02 Ab	0.06±0.02 Acd	0.01±0.02 Dd	0.03±0.02 CDcd	0.06±0.02 CDcd	0.08±0.02 Cc	0.01±0.02 Dd

综合来看，花龄对‘粉蓝’自花授粉后花粉管生长速度以及最终能生长到花柱基部的花柱比率均有影响。以去雄后0～3 d授粉的花粉管生长速度较快。

2.3 花龄对‘粉蓝’兔眼蓝莓自花授粉后胚囊寿命的影响

不同花龄‘粉蓝’兔眼蓝莓自花授粉后，随着取样时间推移，胚囊出现胼胝质的比率逐渐增加；随着花龄增大，其胚囊出现胼胝质的比率也逐渐增加。不同花龄授粉后96 h，以去雄0～1 d自花授粉胚囊出现胼胝质的比率较低，均为0.69，明显低于其他花龄授粉处理（P<0.05）；以去雄后6～7 d授粉，在授粉后96 h时，胚囊出现胼胝质比率较高，均为0.94（表5）。表明‘粉蓝’兔眼蓝莓自花授粉后的胚囊寿命随着花龄增大而缩短。

表5 花龄对‘粉蓝’兔眼蓝莓自花授粉后胚囊出现胼胝质的比率

取样时间/h	不同花龄时期授粉
取样时间/h	0	1	2	3	4	5	6	7
2	0.24±0.02 Gd	0.25±0.01 Gd	0.28±0.01 Fc	0.32±0.02 Fb	0.32±0.01 Gb	0.36±0.02 Gb	0.42±0.02 Ga	0.42±0.02 Ga
4	0.24±0.01 Ge	0.26±0.01 Ge	0.30±0.01 EFd	0.34±0.03 Fc	0.34±0.01 Gc	0.37±0.01 Gb	0.44±0.01 Ga	0.44±0.01 Ga
8	0.27±0.01 Ff	0.31±0.01 Fe	0.35±0.01 Ed	0.38±0.02 Ecd	0.40±0.01 Fc	0.44±0.01 Fb	0.48±0.01 Fa	0.48±0.01 Fa
12	0.30±0.01 Ef	0.34±0.01 Ee	0.37±0.01 Ed	0.39±0.03 Ed	0.45±0.01 Dc	0.49±0.02 Eb	0.55±0.01 Ea	0.55±0.01 Ea
24	0.37±0.01 Df	0.40±0.01 De	0.45±0.01 Dd	0.47±0.03 Dd	0.53±0.02 Cc	0.58±0.01 Db	0.65±0.02 Da	0.65±0.02 Da
48	0.45±0.01 Cf	0.48±0.01 Cf	0.52±0.02 Ce	0.56±0.03 Cd	0.68±0.02 Bc	0.74±0.01 Cb	0.79±0.01 Ca	0.79±0.01 Ca
72	0.55±0.01 Bd	0.59±0.02 Bd	0.64±0.02 Bc	0.66±0.03 Bc	0.68±0.02 Bc	0.82±0.02 Bb	0.87±0.01 Ba	0.87±0.01 Ba
96	0.69±0.01 Ae	0.69±0.02 Ae	0.74±0.02 Ad	0.76±0.03 Ad	0.85±0.01 Ac	0.91±0.01 Ab	0.94±0.02 Aa	0.94±0.02 Aa

3 结论与讨论

植物授粉受精是一个复杂的过程，从花粉落到柱头表面，花粉与柱头需要经过黏附、识别和水合等过程，然后花粉萌发，花粉管生长，进入花柱，逐渐生长穿过花柱，到达子房发生受精作用^[12]。柱头是花粉萌发和生长的通道，不同花龄的柱头对花粉的萌发、花粉管生长情况的影响也存在差异^[13]。相关研究表明，杏^[14]、梨^[15]等果树不同花龄时期授粉，对花粉萌发和花粉管在柱头中的生长情况有着重要影响。

本研究结果发现，花龄对‘粉蓝’兔眼蓝莓自花授粉后花粉管萌发的速度、花粉管生长速度以及最终能生长到花柱基部的柱头比率均有影响。花龄越大，花粉萌发速度越快。花粉在柱头上萌发越早，花粉管在花柱中的生长速度越快，最终到达花柱基部的比率越大。这和梨自交不亲和表现一致^[15]。气球花期授粉的花粉管萌发和生长速度较低，但其最终花粉管生长至基部的花柱比率最高；去雄后2～5 d自花授粉，虽然花粉管生长至柱头中上部的比率差异不大，但其花粉管较难生长至基部，且出现胼胝质的胚囊比率增加。说明‘粉蓝’自交不亲和主要发生部位为花柱的下部，该结果与部分配子体不亲和研究结果相同^[2]。综合来看，以气球花期自花授粉，花粉管生长至基部的花柱比率高于其他时期，同时其胚囊出现胼胝质的比率较低，表明在气球花期自花授粉，可在一定程度上缓解蓝莓自交不亲和。

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