全 文 ：西北植物学报 , 2010 , 30(4):0645-0651
Acta Bot.Boreal.-Occident .Sin.
　　文章编号:1000-4025(2010)04-0697-05 ＊
紫薇品种与尾叶紫薇种间杂交亲和性研究
蔡　明1 ,王晓玉1 ,张启翔1 , 2＊ ,潘会堂1 , 2 ,王学凤1
(1北京林业大学 园林学院 ,北京 100083;2国家花卉工程技术研究中心 ,北京 100083)
摘　要:通过杂交结果率比较和荧光显微观察对 5 个紫薇(Lagerstroemia indica)品种与尾叶紫薇(L.caudata)杂
交亲和性进行研究。结果显示:(1)以紫薇品种作母本与尾叶紫薇进行杂交(正交), `白云映霞 结果率最高 , 达
36.6%, 而`粉蝴蝶 ×尾叶紫薇未结果。以尾叶紫薇作母本时(反交), 各紫薇品种均可结果 , 结果率为 16.6%～
51.8%。(2)荧光观察发现 ,尾叶紫薇花粉在紫薇雌蕊上萌发和生长受到一定的阻碍 ,表现为授粉后柱头乳突细胞
产生大量胼胝质反应 ,花粉管生长过程中出现较多胼胝质栓塞等;而紫薇的花粉在授粉 1 h 后即可在尾叶紫薇柱头
上萌发 , 8 h 花粉管伸入子房 , 10 h 完成受精。研究表明 , 各正交组合的亲和性有明显差异 , 存在受精前障碍 ,而反
交组合亲和性较好 ,不存在受精前障碍。
关键词:紫薇;尾叶紫薇;种间杂交;亲和;花粉萌发;花粉管伸长
中图分类号:Q321+.2 文献标识码:A
Compatibility of Interspecific Crosses between Lagerstroemia
indica Cultivars and Lagerstroemia caudata
CAI M ing 1 ,WANG Xiao-yu1 ,ZHANG Qi-xiang 1 , 2＊ ,PA N Hui-tang 1 , 2 ,WANG Xue-feng1
(1 College of Landscape A rchitectu re , Bei jing Forest ry University , Beijing 100083 , China;2 China National Engin eering Research
Center for Floriculture , Beijing 100083 , China)
Abstract:The interspeci fic compatibility betw een f ive Lagerstroem ia indica cultiv ars and L.caudata was
assessed by comparing the f ruit and seed production , seed germination , and po llen tube g row th fo llow ing
controlled cross-pollinations.Resul ts showed that L.indica `Baiyunyingxia had higher percent pod set
(36.6%)than did the other crosses ,when L .indica cult ivars w ere used as famale parents(original cro ss).
There w as no pod harvested f rom `Fenhudie .All combinations could bear f rui ts w ith the percentage of
pod set ranging f rom 16.6%～ 51.8%,when L .caudata was used as the female parent(reciprocal cross).
The cal lose response w as appeared bo th on stigma papi lla cells and in pollen tubes af ter o rig inal cro ss ,
which indicated the delay o f po llen germination and elongation o f L.caudata.Po llens f rom L .indica culti-
vars ,how ever , could germinate at 1 h af ter pollination.Po llen tubes reached ova ry at 8 h and finished fert ili-
zation 10 h af ter hybridization.Compatibili ty of o rig inal cro sses w as obviously different ,which w as proba-
bly due to pre-ferti lization barriers.The reciprocal cro sse s show n good interspeci fic compat ibility.
Key words:Lagerstroem ia indica;L.caudata;interspecific hybridization;compat ibility;po llen sprouting;
po llen tube elongating
　　紫薇(Lagerstroemia ind ica)属于千屈菜科 (Ly thraceae)紫薇属 ,花期 6 ～ 9 月份 ,是中国夏季
＊ 收稿日期:2009-12-02;修改稿收到日期:2010-03-05
基金项目:国家科技支撑计划(2006BAD01A18 , 2006BAD13B07)
作者简介:蔡　明(1982-),男(汉族),在读博士研究生 ,主要从事园林植物遗传育种研究。 E-m ail:jas on cai82@163.com
＊通讯作者:张启翔 ,博士 ,教授 ,主要从事园林植物资源及种质创新研究。 E-mai l:zqx@bjfu.edu.cn
重要的观赏木本花卉。目前全世界约有紫薇品种
260个[ 1-3] ,大多花色鲜艳 、开花繁密 ,被广泛应用于
园林绿化中。国外大规模紫薇育种工作始于 20 世
纪 60年代[ 4] 。迄今 ,已通过选种 、种内杂交 、种间杂
交的方法培育出一系列具有较高观赏价值或具有抗
病 、抗虫特点的紫薇品种[ 4-7] ,但未见有关培育芳香
紫薇品种或早花紫薇品种的报道。尾叶紫薇(L .
caudata)为紫薇属落叶大乔木 ,花期 4 ～ 5月份 ,花
芳香(未发表)。利用尾叶紫薇与紫薇进行远缘杂
交 ,有可能培育出具有香花 、早花性状的紫薇品种 。
通过杂交试验 ,我们发现紫薇与尾叶紫薇的部分杂
交组合不能结果或结果率很低。因此 ,探讨紫薇和
尾叶紫薇杂交不亲和的原因 ,对提高育种效率 ,培育
综合性状优良的紫薇新品种具有重要意义。
利用荧光技术对植物远缘杂交花粉与雌蕊亲和
性的研究已在菊花[ 8] 、百合[ 9] 、杜鹃[ 10] 等植物中有
报道 。Pounders等[ 11] 通过荧光显微观察 ,比较了不
同紫薇品种自花和异花授粉亲和性的差异。但有关
紫薇远缘杂交不亲和性的研究尚无报道 。本研究开
展了紫薇与尾叶紫薇杂交育种工作 ,对杂交结果率 、
平均种子数和种子萌发率进行比较 ,并对授粉后柱
头花粉萌发和生长过程进行观察 ,以探讨各杂交组
合的亲和性 ,为紫薇和尾叶紫薇远缘杂交亲本选配
和紫薇新品种培育提供依据。
1　材料和方法
1.1　材　料
试验所用尾叶紫薇引自湖北襄樊 ,与紫薇品种
`粉蝴蝶 、` 多花粉 、` 白云映霞 、` XTSC3 和`俏
佳人 共同栽培于国家花卉工程中心种质资源圃 ,植
株生长良好 ,可正常开花结实 。尾叶紫薇通过移栽
和修剪延迟花期 。
1.2　方　法
1.2.1　花粉收集与生活力测定　散粉前 ,分别收集
紫薇品种及尾叶紫薇的花药 ,将各亲本长 、短雄蕊花
药混合[ 12]后 ,置于变色硅胶中干燥 6 h ,用 80 目分
子筛收集花粉 ,置 4℃保存。授粉前采用悬滴法测
定各亲本花粉生活力 ,培养基为 150 g/L 蔗糖+20
mg/L 硼酸+20 mg/ L 氯化钙+100 g/ L PEG4000 ,
培养条件为 25℃培养 6 h 。结果发现各亲本花粉生
活力均大于 35%,可用于授粉。
1.2.2　杂交与取样观察　选择当天开花量大的花
序 ,于当日 5:00 ～ 7:00时去雄并套袋隔离 , 9:00 ～
10:30进行授粉。授粉采用常规柱头授粉法 ,授粉
后继续套袋 。以各亲本同株异花授粉作为对照 。授
粉试验分别于 2008年 7 月 26日 ～ 8 月 4日 、2009
年 7月 31日 ～ 8月 12日进行 。
花柱压片参照 Kho 等[ 1 3] 的方法 。于授粉后 1 、
2 、3 、4 、6 、8 、12 、24 、48 h取 15 ～ 20个雌蕊放入 FAA
溶液中固定 24 h ,8 mo l/L NaOH 常温软化 10 h ,
0.1%水溶性苯胺蓝溶液染色 1 h 后 ,甘油压片观
察 。使用ZEISS Axio skop.A1型荧光显微镜观察 、
照相。
1.2.3　果实采集与播种　参照 Pounders 等[ 11] 的
方法 ,于授粉 3周后统计结果率 。果实成熟后 ,随机
选取 15个果统计果实平均种子数。种子播种时去
翅 ,点播于泥炭基质中 ,置于 33℃/21℃(昼/夜)培
养箱中培养 ,4周后统计萌发率 。用 DPS3.01统计
软件对结果率进行方差分析 。
2　结果与分析
2.1　各组合结果率 、平均种子数和种子萌发率
正交以紫薇品种为母本 ,尾叶紫薇作父本 ,各杂
交组合的结果率和种子萌发率有明显差异(表 1)。
其中 , `白云映霞 ×尾叶紫薇的结果率最高 , 达
36.6%,`XTSC3 ×尾叶紫薇结果率为次之;`俏佳
人 、`多花粉 为母本时结果率较低 ,分别为5.4%和
1.4%,而`粉蝴蝶 ×尾叶紫薇没有结果。除`粉蝴
蝶 ×尾叶紫薇外 ,各杂交组合的平均种子数为27.0
～ 31.6 ,其间差异不显著。在可结实的杂交组合中 ,
`多花粉 ×尾叶紫薇种子萌发率最低 ,仅为26.1%,
而`XTSC3 和`白云映霞 与尾叶紫薇杂交所得
种子萌发率分别为76.0%和53.1%,显著高于其它
组合。
反交以尾叶紫薇作母本 ,不同紫薇品种作父本 ,
各杂交组合均可结果。其中 , `多花粉 与尾叶紫薇
的结果率最高 ,达 51.8%;`XTSC3 和`粉蝴蝶 结
果率分别为 43.0%和 41.1%,且两组合间差异不显
著;尾叶紫薇 ×`俏佳人 和尾叶紫薇 ×` 白云映霞
结果率较低 ,分别为 20.4%和 16.6%,与其它反交
组合差异明显 。各杂交组合的平均种子数为 19.3
～ 21.0 ,低于正交组合 ,可能与物种间子房结构的差
异有关 。反交组合所得种子均可萌发 , 萌发率为
34.6 ～ 43.0 ,且组合间差异不显著。
2.2　授粉后花粉管行为的荧光观察结果
尾叶紫薇同株异花授粉自交(对照)1 h 后 ,柱
头上少量花粉粒萌发;2 h 后 ,大量花粉粒萌发 ,花
粉管穿过柱头进入花柱中;此后花粉管在花柱中不
698 西　北　植　物　学　报　　　　　　　　　　　　　　　　　　　30 卷
表 1　紫薇品种和尾叶紫薇正反杂交结果率 、平均种子数和种子萌发率
Table 1　The percentage pod se t , seeds pe r pod and germination r ate betw een o rig inal and
recipro cal cro sses of Lagerstroemia indica cultivar s and L.caudata
杂交组合
Cross combination
结果率
Pod set
/ %
平均种子数
Seeds/pod
种子萌发率
Germination
/ %
正交
O riginal
cro sse s
`俏佳人 `Qiao jia ren
`白云映霞 `Baiyunyingx ia
`XTSC3
`粉蝴蝶 ` Fenhudie
`多花粉 `Duohuafen
×尾叶紫薇 L.caudat a
5.4 C
36.6 A
17.8 B
0 C
1.4 CD
31.6 A
30.8 A
27.0 A
0 B
28.0 A
48.9 B
53.1 AB
76.0 A
0 D
26.1 C
反交
Reciprocal
cro sse s
尾叶紫薇 L.caudata×
`俏佳人 `Qiaojiaren
`白云映霞 `Baiyunyingx ia
`X TSC3
`粉蝴蝶 `Fenhudie
`多花粉 `Duohuafen
20.4 C
16.6 C
43.0 B
41.1 B
51.8 A
20.8 A
20.3 A
20.7 A
21.0 A
19.3 A
41.6 A
43.0 A
34.6 A
41.8 A
42.5 A
　　注:表中数字后大写字母表示 LSR测验 l%水平的差异显著性。
Not e:T he capi tal let ters indica te significant difference in 1% leve l, by LSR test.
断伸长 ,于授粉 24 h后伸入子房(图版 Ⅰ ,1);48 h
后完成受精(图版Ⅰ ,4)。紫薇同株异花授粉后花粉
管动态变化过程与尾叶紫薇类似。
以尾叶紫薇为母本 ,不同紫薇品种作父本的杂
交组合(反交)受精过程较对照短 。授粉 1 h后 ,紫
薇的花粉可在尾叶紫薇柱头上萌发(图版Ⅰ ,5);2 h
后花粉大量萌发 ,花粉管成束伸入花柱(图版 Ⅰ ,6);
4 h 后 ,花粉管伸长至花柱近 1/2处;授粉 8 h后 ,花
粉管伸入子房(图版 Ⅰ ,2);10 h后完成受精 。
尾叶紫薇作为父本 ,紫薇品种为母本时(正交),
各杂交组合花粉管生长情况相似 。授粉 1 h后 ,柱
头乳突细胞出现大量胼胝质沉积(图版 Ⅰ ,7),无花
粉萌发;2 h 后尾叶紫薇花粉开始在各紫薇品种柱
头上萌发 ,并有少量花粉管伸入柱头基部(图版 Ⅰ ,
8);4 h后 ,花粉大量萌发 ,花粉管成束伸入花柱并
在其中继续伸长 ,花粉管中观察到大量胼胝质栓塞
(图版 Ⅰ , 9);授粉 24 h 后花粉管伸长至花柱约 3/4
处(图版Ⅰ ,3);48 h后观察到与`俏佳人 、` 白云映
霞 和`XTSC3 完成受精(图版Ⅰ ,10)。
田间试验观察到紫薇品种`粉蝴蝶 和`多花粉
未受精雌蕊在授粉 24 h 后大量脱落 。以上述两个
品种为母本与尾叶紫薇杂交 ,花粉管在授粉 24 h 时
仅伸长至花柱约 3/4处 ,无法完成受精 ,导致雌蕊大
量脱落 ,48 h 时无法取样。
3　讨　论
远缘杂交是种质创新的有效途径之一 ,但杂交
的不亲和性及杂种的不育性是远缘杂交育种遇到的
两大障碍 。
远缘杂交常存在受精前障碍 , 即杂交不亲和。
陈伟峰等[ 14] 认为南非羊蹄甲与湖北羊蹄甲存在种
间杂交受精前障碍 ,推断杂交后花粉管生长的异常
行为是种间杂交不亲和的主要原因 。李守丽等[ 15]
对大百合×百合属间杂交授粉后花粉管的行为进行
了观察 ,发现受精前障碍主要表现为 ,百合的花粉萌
发与花粉管的伸长速度相对于自交滞后 ,个别花粉
管生长异常 ,花粉管内有大量胼胝质沉积等 。本试
验以尾叶紫薇为父本 、紫薇品种为母本进行杂交(正
交),同样观察到授粉后紫薇柱头乳突细胞中产生胼
胝质沉积 ,阻碍了花粉的萌发。同时 ,尾叶紫薇花粉
管生长速度缓慢 ,授粉 24 h 后仅生长至花柱 3/4
处 ,而自交(对照)授粉 24 h 后 ,花粉管可穿过花柱 、
伸入子房。另外 ,紫薇品种`粉蝴蝶 和`多花粉 未
受精雌蕊在授粉 24 h 后大量脱落。这些因素可能
是造成`俏佳人 、` 粉蝴蝶 和`多花粉 与尾叶紫薇
杂交结果率低或不结果的主要原因。
不同紫薇品种与尾叶紫薇杂交的结果率有明显
差异。`白云映霞 ×尾叶紫薇杂交结果率最高为
36.6%,而`粉蝴蝶 与尾叶紫薇杂交结果率为 0(表
1)。Pounder s等[ 16] 以 5 个紫薇品种为母本与大花
紫薇(L.speciosa)进行杂交 , 发现结果率最高为
47.1%,最低为 0。梁青等[ 17] 通过甜樱桃与中国樱
桃的远缘杂交发现 ,不同亲本对杂交坐果率和杂种
胚的萌发生长率均有显著影响。这可能是由品种的
遗传背景不同[ 16] 或品种自交亲和性的差异[ 18] 等原
因所致。`白云映霞 和`XTSC3 与尾叶紫薇杂交
不仅结果率较高 ,而且种子萌发率也显著高于其它
正交组合(表 1)和父母本的自交组合(数据未列
6994 期　　　　　　　　　　　　　　蔡　明 ,等:紫薇品种与尾叶紫薇种间杂交亲和性研究
出),表现出一定的杂种优势。因此 ,选择上述两个
紫薇品种与尾叶紫薇进行杂交 ,可在一定程度上克
服远缘杂交受精障碍 ,提高育种效率。
以紫薇品种为父本 、尾叶紫薇为母本进行杂交
(反交),虽未观察到受精前障碍 ,但各组合结果率也
有显著差异(表 1)。杂交组合尾叶紫薇×`俏佳人
和尾叶紫薇×`白云映霞 结果率分别为 20.4%和
16.6%,显著低于其它组合的结果率 。这可能与受
精后合子与胚乳细胞在分裂过程中不协调导致部分
胚败育有关[ 19 , 20] ,但具体原因有待研究 。
种间杂交受精后障碍还可表现为杂种不育[ 21] 。
Pounder s等[ 16] 发现 , `Tonto 与大花紫薇杂交的结
果率约为 13.5%,但其 F1 个体的花粉无生活力。
紫薇与大花紫薇的杂交品种`Lancasteri 花粉生活
力也仅为 6.1%[ 22] 。但也有研究表明 ,紫薇与屋久
岛紫薇(L .f aurei)、南紫薇(L .subcostata)和福建紫
薇(L.limi i)的杂种后代可以正常开花并有育
性[ 6 , 7 , 23] 。本试验所得紫薇与尾叶紫薇杂交果实中
含有饱满的种子 , 种子萌发率分别为 26.1%～
76.0%(正交)和 34.6%～ 43.0%(反交),但杂种苗
是否可以正常开花 、花朵是否可育仍需进一步研究。
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700 西　北　植　物　学　报　　　　　　　　　　　　　　　　　　　30 卷
　　图版 Ⅰ 　OV.子房;O U.胚珠;P T.花粉管;PG.花粉
1.尾叶紫薇自交 24 h后 ,花粉管到达花柱基部 ,箭头示花粉管末端 , ×10;2.尾叶紫薇 ×` 俏佳人 授粉 8 h后 ,花粉管伸入子房 ,箭头示花
粉管末端 , ×5;3.`粉蝴蝶 ×尾叶紫薇授粉 24 h后 ,花粉管伸长至花柱约 3/ 4处 ,箭头示花粉管末端 , ×5;4.尾叶紫薇自交 48 h后 ,花粉管伸
入胚珠 ,箭头示花粉管 , ×20;5.尾叶紫薇 ×` XTSC3 授粉 1 h后 ,少量花粉萌发 ,箭头示花粉管 , ×20;6.授粉 2 h后 , `白云映霞 花粉在尾叶紫
薇柱头上萌发 ,花粉管伸入花柱 , ×5;7.`多花粉 ×尾叶紫薇授粉 1 h后 , 柱头乳突细胞中出现大量胼胝质反应 , 箭头示胼胝质沉积 , ×20;8.
`粉蝴蝶 ×尾叶紫薇授粉 2 h后 ,花粉管生长至柱头基部 ,箭头示花粉管 , ×10;9.`粉蝴蝶 ×尾叶紫薇授粉 4 h后 ,花粉管中产生大量胼胝质
沉积 ,箭头示胼胝质 , ×10;10.`白云映霞 ×尾叶紫薇授粉后 48 h ,花粉管伸入胚珠,箭头示花粉管 , ×20。
Plate Ⅰ 　OV.Ovary;OU.Ovule;PT.Pollen tub e;PG.Pol len grain
Fig.1.24 h af ter self-pollin at ion of Lag erst romia caudata , pollen tubes reached the b asal part of the style , arrow s show the p ol len tu be tips ,
×10;Fig.2.8 h af ter the cros s of L.caudata×` Qiaojiaren , pol len tubes arrived at ovary w ith arrow s show ing the pol len tu be tips , ×5;Fig.3.
24 h after pollination , L.cauda ta pollen tub es arrived at about 3/ 4 part of `Fenhudie sty le , pol len tub e t ips are show ed by arrow heads , ×5;
Fig.4.Pollen tu bes arrived at ovary 48 h af ter self-pollinat ion , pollen tu bes are indicated by arrow s , ×20;Fig.5.Few pollens germinated 1 h af-
t er the hybridizat ion of L.caudata×` XTSC3 w ith the arrow heads show ing pollen tu bes , ×20;Fig.6.`Baiyunyingxia pollens germin ated and
w ere grow ing 2 h follow ing pollination , ×5;Fig.7.Callose rose f rom papi lla cell s w ith arrow head s af ter 1 h pollinat ion f rom `Duohu afen ×L.
caudata , ×20;Fig.8.Pollen tubes reached the basal part of th e stigma 2 h after `Fenhuhie ×L.caudata , arrow s are showing the pollen tu bes ,
×10;Fig.9.Callose deposited showed by arrow heads durin g pollen tubes growing af ter 4 h pollination of `Fenhudie ×L.cauda ta , ×10;Fig.
10.Pollen tubes st retched into embryo sac 48 h af ter `Baiy unyingxia ×L.caudata w ith arrow heads showing th e pollen tub es , ×20.
7014 期　　　　　　　　　　　　　　蔡　明 ,等:紫薇品种与尾叶紫薇种间杂交亲和性研究