全 文 ：百日草小孢子发育时期与花器形态的相关性
李 丹1，张玉静1，宋雪娇2，吴海红1，张惠华1
(1．辽宁省农业科学院，辽宁沈阳 110161;2．沈阳农业大学园艺学院，辽宁沈阳 110161)
摘要 ［目的］为百日草花药培养接种材料的选择提供理论依据。［方法］以 3个百日草杂交品种(F1)为供试材料，对花蕾进行形态观
测和细胞学观察，研究小孢子发育时期与花器形态的相关性。［结果］百日草小孢子发育经过 4个时期:四分体时期、单核期、双核期、三
核期，各时期均具有明显的细胞学特征。百日草小孢子发育时期与花蕾外部形态、花药颜色等密切相关。［结论］根据百日草花器官的
形态特征可推断其小孢子的发育时期，从而确定花药培养的最佳取材时间。
关键词 百日草;小孢子;发育时期;花器形态
中图分类号 S68 文献标识码 A 文章编号 0517 －6611(2011)34 －20954 －03
Correlation between Microspore Development Period and Floral Organ Morphology of Zinnia elegans
LI Dan et al (Liaoning Academy of Agricultural Sciences，Shenyang，Liaoning 110161)
Abstract ［Objective］The aim was to provide the theoretical basis for material selection of anther culture of Zinnia elegans． ［Method］3 hy-
brid varieties(F1)of Zinnia elegans were taken as the materials，the morphological and cytological characteristics of their flower buds were ob-
served for studying the correlation of microspore development period and floral organ morphology． ［Result］ The microspore development
process of Zinnia elegans including 4 periods:tetrad stage，uninucleate stage，dikaryon stage and trinucleate stage，the cytological characteris-
tics of microspore was obvious in each stages． The microspore development period of Zinnia elegans was closely related with the external mor-
phology of flower buds and the anthers color． ［Conclusion］The microspore development period of Zinnia elegans could be concluded accord-
ing to the floral organ morphology，and thus the best sampling time for anther culture could be determined．
Key words Zimnia elegans;Microspore;Development period;Floral organ morphology
作者简介 李丹(1984 －) ，女，辽宁沈阳人，助理研究员，从事花卉组培
工作。
收稿日期 2011-08-31
百日草(Zinnia elegans)又名百日菊，步步高，火球花。
其花期较长，花色丰富，在园林绿化中被广泛应用。目前我
国百日草种子主要依赖进口，要解决百日草种子紧缺的问
题，急需寻找理想的育种方法［1］。花药培养在单倍体育种中
已被广泛应用，利用此技术诱导愈伤组织或胚状性愈伤可快
速得到单倍体植株，再经秋水仙素等处理加倍为纯合二倍
体，从而直接获得纯化的品系，大大提高育种效率，缩短育种
年限［2］。
在花药培养研究中发现，只有发育到一定时期的花粉对
离体刺激最敏感［3］。对多数植物而言，单核中期至晚期的花
粉更容易形成花粉胚或花粉愈伤组织［4］。笔者对百日草小
孢子不同发育时期的细胞学特点及其与花器外部形态的相
关性进行了研究，以期为百日草花药培养接种材料的选择提
供理论依据。
1 材料与方法
1． 1 供试材料 供试材料为辽宁省农科院花卉所提供的
F1杂交组合及其他 2个 F1品种(10BC-78、10BC-90)。
1． 2 试验方法 将供试材料定植于辽宁省农科院花卉所
日光温室中，常规田间管理。
1． 2． 1 花蕾形态观测。百日草现蕾后，每天上午 8:00 ～
10:00取健壮植株上不同部位的花蕾放入自封袋中，用冰盒
带回实验室。用游标卡尺测量花蕾的横纵径长度，并计算其
比值;然后用单面刀片将花蕾剖成两半，使之露出小花，测量
小花长度，观察花药颜色。每一时期取 3个花蕾，重复 3次。
1． 2． 2 花蕾细胞学观察。将大小不同的花蕾分类后，用卡
诺固定液(无水乙醇与冰醋酸体积比为 3∶1)固定 24 h，然后
转入 70%乙醇中，置 4 ℃冰箱中保存备用。将保存的小花在
1 mol /L HCl中60 ℃恒温解离8 ～10 min，然后用蒸馏水冲洗
干净，用解剖针从每个小花中挑出花药，将花药放在干净的
载玻片上，捣碎花药，使其散出花粉母细胞或花粉粒，去掉花
药壁等较大的组织残渣，滴 1 滴 1%的醋酸洋红染色液染色
1 ～2 h，然后将其放入加盖培养皿中，转置恒温控制箱，24 h
后制临时制片，并在显微镜下观察、照相。
2 结果与分析
2． 1 百日草小孢子各发育时期的细胞学特征
2． 1． 1 四分体时期(四分孢子时期)。百日草花粉母细胞(小
孢子母细胞)经过减数分裂末期 II产生四分小孢子，四分小孢
子被一层厚的胼胝质包围成四分体(4个小孢子在细胞内呈四
分体形排列)，若用力压片可使小孢子呈对称形排列在同一平
面上，同时其外围有一层薄而透明的细胞壁(图 1)。
2． 1． 2 单核期。从四分孢子分开至小孢子第 1次细胞分裂
前，四分孢子从被包围的胼胝质中游离出来，形成 4 个单核
花粉粒。该时期的显著特点为特化的细胞壁逐渐形成。单
核期又可分为单核早期、单核中期、单核晚期(单核靠边期)
(图 1)。
(1)单核早期。小孢子呈圆球形或纺锤形，较小，核位于
中央。无液泡，细胞壁较薄。
(2)单核中期。小孢子体积膨大，细胞壁明显变厚，发育
为双层，出现端凸，细胞核增大，圆球形，位于细胞中央。
(3)单核晚期(单核靠边期)。细胞体积逐渐增大至正
常，小液泡逐渐连合成 1 个大液泡，将细胞核挤至靠近细胞
壁，同时出现 3个萌发孔。
2． 1． 3 双核期。花粉细胞经过第 1 次不均等有丝分裂后，
形成 1个营养细胞和 1 个生殖细胞，为 2 核花粉(体积较大
的细胞为营养细胞，核较大;体积较小的细胞为生殖细胞，核
较浓缩)。小孢子的壁也逐渐加厚，最终发育成外壁具有萌
发孔沟的近圆形的成熟花粉(图 1)。
2． 1． 4 三核期。小孢子继续发育，生殖细胞经过 1 次对称
责任编辑 常俊香 责任校对 傅真治安徽农业科学，Journal of Anhui Agri． Sci． 2011，39(34):20954 － 20956
DOI:10.13989/j.cnki.0517-6611.2011.34.224
有丝分裂，产生 2个精核。此时小孢子内可看到 3个核，即 1 个营养核(n)和 2个精核(n) (图 1)。
注:1．四分体时期;2．单核早期;3．单核中期;4．单核靠边期;5．双核期;6．三核期。
Note:1． Tetrad;2． Early-uninucleate;3． Mid-uninucleate;4． Late-uninucleae;5． Binucleate;6． Trinucleate．
图 1 万寿菊小孢子各发育阶段的细胞学特征(×800)
Fig． 1 Morphological characteristics of flower buds at various stage of microspore development(×800)
2． 2 百日草小孢子发育时期与花蕾外部形态、花蕾大小及
花药发育特征的相关性
2． 2． 1 百日草小孢子发育时期与花蕾外部形态的相关性。
不同基因型小孢子发育时期的花蕾大小不同，但花蕾的外部
形态基本相似［5］。由表 1 可知，整个花蕾由萼片包被，萼片
着生稠密绒毛，花瓣、花药还未完全分化时，多数小孢子处于
四分体时期;随着花蕾不断长大，花药逐渐形成，花梗明显高
于叶片，多数小孢子处于单核期;当花瓣微露、瓣萼等长或瓣
稍长、花药绿黄色饱满时，多数小孢子处于双核期;当花瓣明
显露出花萼、花药黄色饱满时，多数小孢子处于成熟期。
表 1 百日草小孢子发育时期与花蕾外部形态的相关性
Table 1 Relations between the morphological characteristics of flower
buds and microspore development stages in Zinnia elegans
小孢子发育阶段
Development stages
of microspore
花药外观
Appearance
of anther
花蕾外部形态
External morphology
of flower bud
四分体时期 Tetrad 浅黄色 花蕾小，完全闭合，呈尖锥型，花蕾由萼片
包被，呈绿色，萼片边缘有浅绿色边，内有
稠密绒毛
单核早中期 Early
and mid-uninucleat
嫩黄色 花蕾稍大，萼片呈绿色，萼片尖端呈褐色，
花梗略高于叶片
单核靠边期 Late-
uninucleat
黄色 花蕾已明显膨大，呈圆柱型，小花露出花
萼，花瓣管状卷曲，萼片张开，花萼与花瓣
等长或小花稍长于花萼
双核期 Binucleat 深黄色 花蕾充分膨大，花萼达到应有的大小，舌
状小花明显露出花萼，花萼尖端完全展开
2． 2． 2 小孢子发育时期与花蕾大小及花药形态的相关性。
由表 2可知，百日草小孢子的发育时期与花蕾形态具有密切
关系。小孢子从四分体时期向双核期发育时，花蕾纵横径及
两者的比值均增大。
2． 3 百日草同一花蕾小孢子发育的不同步性 百日草为头
状花序，属多花植物，多轮花瓣呈倒卵形的舌状花及管状花
集中在花盘中央构成花蕾，其中只有管状花中含有花药，5个
花药组成聚药雄蕊;同一头状花序相邻小花花药发育具有不
同步性;同一花药内的小孢子发育也具有不同步性，处于单
核中后期的花药约有 90%的小孢子处于单核中后期，10%的
小孢子处于单核早期。
表 2 百日草小孢子发育时期与花蕾大小的相关性
Table 2 Relations between the bud siza and microspore development
stages in Zinnia elegans
品种
Varieties
小孢子发育阶段
Microspore
development
stage
花蕾大小 Bud size
纵径
Height
mm
横径
Diameter
mm
纵横径比
Ratio of height
to diameter
10BC －78 四分体时期 9． 60 aA 8． 40 aA 1． 14
单核早期 12． 06 cC 9． 50 aA 1． 27
单核中期 20． 52 aA 10． 60 aA 1． 93
单核靠边期 25． 65 bB 11． 18 aA 1． 94
双核期 29． 79 aA 12． 08bB 2． 46
10BC －90 四分体时期 11． 98 aA 7． 89 aA 1． 51
单核早期 15． 87 aA 10． 31 aA 1． 54
单核中期 22． 32 aA 12． 11 aA 1． 84
单核靠边期 27． 58 aA 14． 39 aA 1． 91
双核期 32． 78 aA 15． 10 aA 2． 17
注:同列小写字母不同表示差异显著，大写字母不同表示差异极显著。
Note:Different lowercase letters represent significant difference，different cap-
ital letters represent extremely significant difference．
3 结论与讨论
该研究对百日草花粉细胞进行压片时发现不同发育时
期的花粉粒染色时间不同，这可能与花粉壁的厚度、性质、以
及细胞核本身的大小、性质有关。幼嫩的花粉染色较快，而
发育时期比较晚的花粉染色较慢。百日草细胞核不易着色，
但用卡宝品红可使核染色较深，而使细胞质染色较浅，且细
胞轮廓清楚，便于显微观测;适当烤片也可加快染色速度。
小孢子细胞发育时期一般分为四分体时期、小孢子时期
(单核早期、单核中期、单核靠边期、双核期)和花粉粒成熟
5590239 卷 34 期 李 丹等 百日草小孢子发育时期与花器形态的相关性
期。不同植物花药培养最适宜的小孢子发育时期不同，一般
发育时期越早的花粉对培养条件要求越高。该试验结果表
明，百日草小孢子发育时期与花蕾外部形态具有密切关系，
因此，可根据花器外部形态特征选取适宜的接种材料。
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103 －106．
(上接第 20953页)
2 结果与分析
2． 1 不育系 RA14、RA15的特性
2． 1． 1 不育性。2009、2010年，RA14和 RA15的 2年田间不
育株率平均分别为 44． 71%和 46． 54%，不育度 100%;不育
株柱头明显高出花药，花药紧缩干瘪，在整个生育期均无散
粉情况出现，败育彻底，恢复力强。2个材料的不育株率和不
育度与其母本 GA18相当，花粉的败育情况也与 GA18一致。
2． 1． 2 抗病虫性。经人工接菌病圃抗病筛选和苗蕾期卡拉
霉素抗虫性鉴定淘汰，RA14 和 RA15 枯萎病病指分别为
2． 03和 3． 85，黄萎病病指分别为 10． 89 和 12． 26。二者均达
到高抗枯萎病、抗黄萎病的水平，抗性较 GA18均有所提高。
2． 1． 3 纤维品质。2009、2010年，经农业部纤维品质检测中
心测试，RA14和 RA15 的 2 年平均纤维长度分别为 27． 62
和 29． 90 mm，比强度分别为27． 60和31． 80 cN /tex，马克隆值
分别为 4． 80和 4． 95，整齐度分别为 82． 7%和 83． 4%，伸长率
分别为 6． 00%和 5． 40%。
2． 1． 4 农艺性状。RA14 和 RA15 的株高分别为 121． 0 和
121． 0 cm，株型均为塔型;铃卵圆较大，铃重分别为 7． 1 和
8． 5 g，分别较 GA18铃重高 1． 1和 2． 5 g;衣分分别为 46． 6%
和 44． 7%，亦分别较 GA18 衣分提高 4． 5 和 2． 6 个百分点。
二者均表现为植株茎秆粗壮，生长势强，叶片中等大，叶色深
绿色，通风透光好，结铃性强，吐絮畅。
2． 2 不育系RA14、RA15测配组合结果 由表1可知，2010
年夏季组合比较试验中，各组合植株均为塔型，生长稳健，叶片
中等大，结铃性强，铃大卵圆形，抗黄萎病、枯萎病。组合 RA14
× ZX8、RA15 × ZX8的生育期分别为 140和 139 d，较对照延长
3 ～4 d;单铃重分别为 8． 17和 7． 75 g，分别较对照增重 1． 13和
0． 61 g;衣分分别为 40． 50%和 40． 35%，分别较对照提高 0． 70
和 0． 55 个百分点;皮棉产量分别为1 743． 42和 1 697． 95
kg /hm2，分别较对照增产 5． 26%和2． 51%;纤维上半部平均长
度分别为 30． 28 和 3 1． 93 mm，比强度分别为 29． 8 和 32． 0
cN/tex，马克隆值分别为 5． 00和4． 20。组合 RA14 × ZX8的丰
产性较对照组合有较大提高，但纤维品质较对照组合略差;而
组合 RA15 × ZX8在丰产性上较对照组合增产不明显，但纤维
品质较对照组合有所提高。
表 1 2010年夏季 RA14、RA15测配组合比较试验结果
Table 1 Comparative test results of RA14 and RA15 combinations in summer in 2010
杂交组合
Hybridized
combination
生育期
Growth
period∥d
单铃重
Weight
per boll∥g
衣分
Lint
%
皮棉产量
Lint yield
kg /hm2
增产率
Increased
rate∥%
纤维长度
Staple
length∥mm
比强度
Specific
strength∥cN / tex
马克隆值
Micronaire
整齐度
Neatness
%
伸长率
Elongation
%
RA14 × ZX8 140 8． 17 40． 50 1 743． 42 5． 26 30． 28 29． 80 5． 00 85． 50 5． 10
RA15 × ZX8 139 7． 75 40． 35 1 697． 95 2． 51 31． 93 32． 00 4． 20 85． 80 5． 50
GA18 × ZX8(CK) 136 7． 04 39． 80 1 656． 37 － 31． 48 31． 20 4． 67 84． 80 5． 13
3 结论与讨论
利用 GA18作母本选育出的 RA14和 RA15，在不育性表
现方面与母本 GA18一致，虽然纤维品质较对照有所下降，但
抗病性有所提高，单铃重得到显著提高，衣分亦有所提高。
因此，在对 RA14 和 RA15 的后续植株提纯复壮中应注意纤
维品质的检测和改良提高。在配制组合的丰产性方面，
RA14、RA15均较 GA18有较大提高，其中 RA14 在杂交产量
优势方面提高较大，RA15 则在产量和纤维品质方面均有所
提高。在后续的选育工作中，在保持对不育性进行监测和纤
维品质改良提高外，配制杂交组合时应考虑 RA14 与纤维品
质较优的恢复系搭配，RA15与铃大的恢复系搭配，并进行多
重复和多材料的验证比较试验。
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