硼元素对植物花粉体外及体内萌发、花粉管生长和发育的影响综述

本文由土耳其Sivas University of Science and Technology农业科学与技术学院的Muhammad Aasim、Özlem Akgür和Büşra Yıldırım合作撰写，收录于Elsevier出版社2022年出版的《Boron in Plants and Agriculture》一书第14章（DOI: 10.1016/B978-0-323-90857-3.00014-X）。文章系统综述了硼（Boron, B）在植物生殖阶段，尤其是花粉萌发和花粉管发育中的关键作用，结合大量实验数据分析了硼与其他营养元素的协同效应。

学术背景与主题

硼是植物必需的微量营养元素，参与细胞壁形成、糖转运、激素代谢等生理过程（Loomis and Durst, 1992）。在生殖阶段，硼对花粉活力、花粉管定向生长和受精成功率具有显著影响（Brown et al., 2002）。本文旨在总结硼在多种作物（如果树、大田作物）花粉发育中的调控机制，并对比其在体外（in vitro）和田间（in vivo）条件下的作用差异。

主要观点与论据

1. 硼对花粉萌发的直接促进作用

• 核心机制：硼通过稳定花粉管细胞壁的果胶结构（通过JIM5抗体标记证实）和减少胼胝质异常沉积（Wang et al., 2003），促进花粉萌发。
  
• 实验证据：
  
  • 中国杉木（Cunninghamia lanceolata）在含0.01%硼酸的培养基中花粉萌发率显著提高（Fragallah et al., 2019）。
    
  • 荔枝（Litchi chinensis）花粉在10 ppm硼酸+15%蔗糖培养基中萌发率最高（Matsuda and Higuchi, 2013）。
    
  • 硼缺乏会导致花粉管破裂（Brown et al., 2002）或产生畸形花粉（Dell and Huang, 1997）。
    

2. 硼与其他营养元素的协同效应

• 钙（Ca）与硼的协同：
  
  • 芒果（Mangifera indica）喷施钙-硼混合液（3.0 ml/L）使花粉萌发率提高，果实坐果率增加（Muengkaew et al., 2017）。
    
  • 蓝莓（Vaccinium angustifolium）叶面喷施400 mg/L硼+4000 mg/L钙可提升花粉活力8%（Chen et al., 1998）。
    
• 蔗糖-硼复合物：在指甲花（Lawsonia inermis）中，15%蔗糖+100 ppm硼酸的组合通过形成糖-硼酸盐复合体，显著提升花粉管长度（Mondal and Ghanta, 2012）。
  

3. 物种特异性硼需求差异

• 敏感度差异：
  
  • 杏仁（Prunus amygdalus）杂交种在100 mg/L硼酸下萌发率达98%（Moheb et al., 2016），而猕猴桃（Actinidia deliciosa）在超过100 mg/L时萌发受抑制（Sotomayor et al., 2010）。
    
  • 桃树（Prunus persica）品种“Aurora 2”对硼敏感，而“Doçura 2”在400 mg/L硼酸下表现正向响应（Souza et al., 2017）。
    

4. 体外与体内研究的对比

• 体外（in vitro）优势：标准化培养基（如Brewbaker培养基含3%硼酸+4%硝酸钙）可快速评估花粉活力（Chatterjee et al., 2014）。
  
• 体内（in vivo）挑战：雌蕊组织复杂性使得观察困难，但叶面喷硼（如苹果1000 mg/L）可验证田间效果（Sharafi and Raina, 2021）。
  

5. 硼的过量毒性

• 高浓度硼（如500 mg/L）抑制猕猴桃花粉管生长（Sotomayor et al., 2010），提示需根据物种优化施用剂量。
  

研究价值与意义

1. 理论贡献：明确了硼在植物生殖生物学中的多重功能，如果胶代谢调控和花粉管极性生长。
   
2. 应用指导：为农业生产中硼肥的精准施用（如花期喷施浓度、配伍方案）提供依据，尤其对果树增产潜力显著。
   
3. 方法学参考：整合了跨物种的体外培养条件（如pH、温度、蔗糖浓度），为后续花粉活力研究建立标准化流程。
   

亮点与创新

• 跨物种分析：涵盖12科植物（如蔷薇科、棕榈科、禾本科），揭示硼作用的普遍性与特异性。
  
• 技术整合：结合荧光显微术（苹果花粉管观察）、傅里叶红外显微光谱（细胞壁成分分析）等多元技术。
  
• 实践导向：提出“钙-硼协同”等可推广的田间管理策略。
  

其他有价值内容

• 表14.1与14.2：系统整理了不同作物硼处理浓度、采样时间及参考文献，可作为实验设计速查手册。
  
• 图14.1：直观展示硼在花粉萌发中的调控网络，包括营养、激素和环境因子的交互作用。
  

本文通过大量实证数据，确立了硼在植物繁殖生物学中的核心地位，并为农业精准施肥提供了理论支撑。