全 文 ：西北林学院学报 2010 , 25(2):56 ～ 60
Journal o f No r thw est Fo restry Univer sity
银白杨与白榆杂交后代有性生殖能力的研究
　收稿日期:2009-04-14　修回日期:2009-06-09
　基金项目:辽宁省自然科学基金项目(20062211)。
　作者简介:杨成超 ,男 ,在读博士 ,高级工程师 ,杂种优势的分子基础。 E-mail:yangch engchao@sina.com
＊通讯作者:王胜东 ,男 ,教授级高级工程师 ,主要从事杨树遗传育种及栽培技术研究。
杨成超1 , 2 ,王胜东1＊ ,杨志岩1 ,李晓鹏1 ,张　研1 ,赵继梅1
(1.辽宁省杨树研究所 ,辽宁 盖州 115200 , 2.中国林业科学研究院 林业所 ,北京 100091)
摘　要:从雌 、雄两方面来研究科间杂种银榆杨(银白杨×(白榆+新疆杨失活花粉))的有性生殖能
力。(1)以新疆杨 、辽宁杨和辽胡 3号杨为对照 ,采用花序数量 、花粉量及花粉生命力 3个指标评价
银榆杨的雄性生殖能力 ,测定花粉生命力采用醋酸洋红染色 、培养基培养 、杂交试验 3 种方法 。结
果表明 ,在参试品种中 ,银榆杨雄花序数量最大 ,花粉量最小 ,花粉含水率最低。银榆杨花粉在培养
基上萌发时花粉管出现扭曲 、分叉等畸形现象 ,占萌发花粉的 30%。以银榆杨为父本进行杂交育
种可能出现杂交不亲和现象。(2)以银白杨为对照 ,用杂交法研究银榆杨雌性孕性。结果表明 ,银
榆杨雌性可育 ,但与不同派品种的亲和力不同 。最后 ,对银榆杨花粉管在培养基上萌发存在畸形的
原因进行了讨论 ,对银榆杨应用于杂交育种提出建议。
关键词:有性生殖;花粉管畸形;银白杨;白榆
中图分类号:S722.33　　　文献标志码:A 　　　文章编号:1001-7461(2010)02-0056-05
Sexual Reproduction Capability of Populus alba L.×Ulmus pumila L.
YANG Cheng-chao1 , 2 , WANG Sheng-dong1＊ , YANG Zhi-yan1 ,
LI Xiao-peng1 , ZHANG Yan1 ,ZHAO Ji-mei1
(1.Liaoning Provincia l Inst i tu te o f Pop lar , Gaizhou , Liaonin g 115200 , Ch ina;
2.Research Insti tute o f Forestr y , CAF , Bei j in g 100091 , China)
Abstract:An out-crossing experiment bettw een Populus alba L.×(Ulmus pumila L.+DEAD P.alba L.var.
pyramidalis)was conducted.By using techniques of pollen inducement and puerile ovary culture , the out-crossing
barrier was conquered , and hybrid seedling of P.alba ×U .pumila were successfully produced.The hybrids of
P.alba ×(U .pumila L.+DEAD P.alba L.var.pyramidalis)were named P.×alba L.` y inyu .Sterility
usual occurred in hybridization of distant taxa.Sexual reproduction of interfamilial hybrids is concerned widely.
Sexual reproduction of P.×alba L .`y inyu was studied in male and female f rom the following aspects:(1)The
number of inf lorescences , weight of pollen and vitality of pollen were recorded to evaluate sexual reproduction.
P.×Liaonignica sp.Nov., P.alba L.var.pyramidalis and(P.simonii ×P.euphratica)×P.nigra L.
var.i talica(Moench.)were used as controls.Pollen viability was detected by aceto carmine , culture medium and
mating.The results indicated that the number of inf lo rescences of P.×alba L .` yinyu was the greatest , while
the weight and vitali ty of pollen w ere the lowest among all tested samples.There were about 30%pollen tubes
that w ere tortuose and forficate in culture medium.Colligating the results of dye and crossing , cross incompatibili-
ty w as possible when P.× alba L .` yinyu was the male parent;(2)an pollination test of P.× alba L.
`yinyu was conducted and P.×alba L.was used as a control.Female P.×alba L .` yinyu was pollinated ,
but showing difference affinities with different male parents.At last , the causes for pollen tube abnormality of
P.×alba L .` yinyu were discussed.Some recommendations were also made on using P.×alba L .` y inyu
as a parent.
Key words:sexual reproduction;po llen tube abnormali ty;Populus alba L .;Ulmus pum ila L.
　　采用人工控制杂交有性生殖技术育种 ,已成为
林木新品种研制中应用最广 、最有效的育种技术 ,尤
其在杨树育种中做出重大贡献 ,培育出很多优良品
种[ 1] 。有性生殖能力的评价则成为杨树杂交育种程
序中亲本选配的重要环节 ,具有有性生殖能力是某
树种作为杂交亲本的必要条件 。
杨树雌雄异株 ,偶有雌雄同株[ 2-3] 。对杂交育种
而言 ,杨树雌株育性 ,指其作为母本与其他树种尤其
是近缘树种杂交获得后代的能力;而评价雄性是否
可育 ,则关键在于它的花粉是否有生命力 ,是否败
育 ,然后是可育花粉量的大小 。可育花粉量的大小
在一定程度上影响它与其他树种自然杂交的成功几
率。在生产上杨树以无性繁殖为主 ,科研人员为培
育具有杂种优势的新品种多关注有性生殖。研究多
侧重于某树种做为亲本的一般配合力和特殊配合
力[ 4] ,以制定长期育种策略 、进行群体遗传改良[ 5] ,
而对某一特定种的有性生殖能力评价研究得比较
少 ,毛白杨[ 6] 及三倍体毛白杨[ 7] 等少数树种做过这
方面的研究。
林木远缘杂交育种多在种间[ 8-9]进行 ,属间及科
间远缘杂交成功率极低 ,只有一些探讨性研究[ 10-12] 。
银白杨×白榆(暂定名银榆杨)是利用败育胚挽救技
术获得的银白杨×(白榆+新疆杨失活花粉)的科间
远缘杂交种[ 13-14] ,一般雌雄同株有雌雄同花序现象 ,
已少量应用于园林绿化。一个树种的价值除了生产
应用价值外 ,还应考虑其育种应用等科研价值 。育
种应用价值是树种价值构成的重要组成部分 。为充
分利用银榆杨这一珍稀种质资源 ,对它的有性生殖
能力进行了研究 ,为其应用于杨树杂交育种提供指
导 ,也为以后同类研究提供借鉴。
1　材料与方法
1.1　材料来源
参加试验的材料包括银榆杨(Populus alba ×
(Ulmus pum ila+DEAD P.alba var.py ramida-
li s))(DEAD 在此处意为失活的)、新疆杨(P .alba
var.py ramidalis)、辽宁杨(P.×Liaoningnica sp.
Nov.)、辽胡 3号杨((P.simoni i×P.euphrat ica)
×P .nigra var.i talica)、银白杨(P.alba),总计 5
个品种。材料均采自辽宁省盖州市 。
1.2　雄花花序数量与花粉量测定
除银白杨外 ,每个品种选取 1 m 长标准枝 ,量
取标准枝上相邻 2 个花序距离 ,记录花序的个数 , 3
次重复 。借鉴张志毅[ 7] 花粉量研究方法 ,选取 50个
花序采用称重法调查每个品种平均单个雄花序的花
粉鲜重 ,3次重复。然后把花粉放在装有无水 CaC l2
的干燥器内干燥 24 h ,称重并记录 ,再干燥 2 h后称
重 ,至连续 2次称重质量不变为止 ,记录花粉干重。
用 Excel作图 、SPSS13.0做方差分析 。
1.3　花粉生命力测定
采用 1%醋酸洋红染色 、培养基 、杂交试验 3种
方法测定银榆杨等品种新鲜花粉的生命力 。
1.3.1　1%醋酸洋红染色法　1%醋酸洋红染色液
配制:将 100 mL 45%的醋酸加热煮沸后 , 移动火
苗 ,徐徐加入 1 ～ 2 g 洋红 ,待全部冷却后加入2%的
铁矾水溶液 5 ～ 10滴 ,或在煮沸的醋酸洋红染色液
中悬置数枚铁钉(要防止溶液溢出),以增强染色性
能 ,配制的染色液过滤后贮存在棕色试剂瓶中备用。
采用常规染色制片技术 ,每个品种染 4 张载玻
片 ,每载玻片在 Olympus光学显微镜下观察 5 个视
野 ,按照公式计算可育花粉率 ,单因素方差分析 。一
般认为呈深红色的花粉粒是有生活力的 ,淡红色的
部分失去了生活力 ,无色空瘪或畸形的是死的和不
育的花粉粒 。
可育花粉率/ %=视野内深红色的花粉数视野内花粉总数 ×100
1.3.2　培养基法　花粉培养用固体培养基(0.5%
～ 1.0%的琼脂培养基 +10%～ 20%的蔗糖 +
0.01%硼酸 ,pH5.8)。为每个品种准备 4张凹载玻
片 ,先把培养基滴到载玻片上 ,稍凉后 ,在培养基上
均匀撒少许花粉 ,放到 25℃恒温条件下暗培养 。试
验过程中要防止真菌和细菌污染培养基。培养 24
h后在 Olympus光学显微镜下观察 5 个视野的花
粉 ,选取典型的花粉萌发及花粉管生长情况照相。
在花粉无畸形萌发的情况下 ,认为可育花粉率等于
花粉萌发率 。
花粉萌发率/ %=视野内萌发的花粉数视野内花粉总数 ×100
畸形萌发率/ %=视野内畸形萌发的花粉数视野内花粉总数 ×100
1.3.3　杂交法　采用常规切枝水培杂交技术 ,在采
光良好的温室内做银榆杨×银榆杨试验(雌花与雄
花花期不遇)。授粉时 ,保持室温 14 ～ 16 ℃,空气湿
度 50%～ 60%。根据花枝下切口的黏液分泌情况 ,
每 2 ～ 3 d换 1次清水。在蒴果成熟飞絮之前套袋 ,
飞絮后把种子挑出 ,播种 ,观察并记录结实及种子萌
发情况 。
1.4　孕性测定
以银榆杨为母本 ,采用室内切枝水培控制杂交
57第 2 期 杨成超 等　银白杨与白榆杂交后代有性生殖能力的研究
技术 ,与其他品种进行杂交试验 ,观察结实情况 ,以
判断其受孕性。选配杂交组合如下:银榆杨×银榆
杨 、银榆杨×新疆杨 、银榆杨×辽宁杨 、银榆杨×(辽
宁杨与新疆杨 1∶1的混合花粉)、银白杨×新疆杨 。
银白杨做母本的组合为对照。
收获种子时 ,调查各个杂交组合的果序数 、果序
长 、每序种子数 、千粒重 ,播种以后 ,调查杂种发芽率
及 1年生苗高 、地径等性状。具体测定方法为:果序
长度 ,每个杂交组合随机抽取 3个花枝 ,每个花枝选
4个果序测量其长度;每个果序种子数 ,统计全部果
序种子数 ,计算每序平均种子数;千粒重 ,从每个杂
交组合中随机抽取 3个果序 ,每个果序 100粒种子 ,
称重 ,求出百粒重后换算成千粒重 ,如果有的组合所
得种子少 ,则称重种子后换算成千粒重;统计发芽
率;对成活的树苗进行常规调查 ,测苗高和地径 。
2　结果与分析
2.1　花序数量和花粉量
各个品种的花序排列方式不同 ,银榆杨和辽宁
杨花序分布均匀 ,而新疆杨和辽胡杨花序分布不均;
除辽宁杨外 ,其他 3个品种的花序每 3 ～ 4个聚集一
簇 ,而辽宁杨是单个花序互生(表 1)。
表 1　4 个品种雄花序调查结果
Table 1　In vest igation resul ts of male in flo rescence in four breeds
品种 标准枝上花序间距/ cm
每簇花序中花
序数量/个
1 m 花枝上花
序个数/个
1 m 花枝上花粉
总鲜重/g
银榆杨 较均匀 , 2～ 4 3～ 6 145 0.701 1
新疆杨 不均匀 , 6～ 20 ,多数 6 2～ 6 ,一般 3 69 1.957 3
辽宁杨 较均匀 , 3 1 65 7.440 2
辽胡 3号 不均 , 2～ 10 2～ 4 102 3.897 6
　　在单个花序的花粉鲜重 、单个花序的花粉干重
2个指标上 ,辽宁杨最高 ,银榆杨最低(图 1),差异达
到极显著水平(F鲜=851.2＊＊ ,F干 =706.1＊＊),而
在 1 m 长花枝的花序个数上 ,银榆杨的花序个数却
最多 ,银榆杨>辽胡 3 号杨>新疆杨≈辽宁杨花序
数量(表 1)。在花粉总鲜重方面 ,银榆杨<新疆杨
<辽胡杨<辽宁杨 ,其中银榆杨是辽宁杨花粉鲜重
的 9.42%,是同为白杨派品种新疆杨的 35.82%。
以上数据说明 ,银榆杨属于花量较大 ,花粉量较少的
类型 。4个品种的花粉含水率相近 ,银榆杨的花粉
含水率最低 ,为 7.80%。
图 1　单个花序花粉鲜重 、干重的平均值
Fig.1　Average w eigh t of f resh pollen and dry pol len
in one inf lorescence
2.2　花粉生命力测定结果
2.2.1　醋酸洋红染色结果　用 1%的醋酸洋红给
各品种花粉染色 ,通过显微镜观察 ,银榆杨等品种的
花粉大都染成深红色 ,只有少数空瘪的花粉未染上
颜色。银榆杨 、新疆杨 、辽宁杨 、辽胡 3号 ,4 个品种
的花粉可育花粉率相近 , 分别为 89.4%、89.4%、
91.1%及 87.4%,无显著差异(F=0.23)。
2.2.2　花粉离体培养结果　采用培养基法培养银榆
杨花粉 , 24 h 后用显微镜观察 ,发现花粉已开始萌
发 ,花粉管伸长 ,萌发率18%。
银榆杨花粉萌发多数比较正常 ,但部分花粉管出
现扭曲分叉等畸形现象 ,花粉畸形萌发率为5.4%,占
萌发花粉的 30%。这些畸形花粉在杂交过程中可能
产生败育 ,或者杂交亲和性差的情况。
2.2.3　杂交试验结果　杂交试验取得了良好的效
果 ,虽然没有采用活体授粉镜检观察[ 15] 的方法 ,但
种子收获更说明问题。银榆杨×银榆杨等试验表
明 ,银榆杨花粉的确可育。
纵观 3个检测花粉生命力的方法 ,用醋酸洋红
染色法检测花粉活力 ,有活力的花粉都达到 82%以
上 ,尤其是银榆杨花粉着色率达到 89.4%,其结果
可能偏高;用培养基培养花粉法检测花粉生命力 ,萌
发率在 18.0%～ 22.2%之间 ,结果可能偏低;用杂
交试验的方法检测花粉生命力是最直接的 ,从银榆
杨×银榆杨可获得杂种看出 ,银榆杨的花粉的确有
生命力 。试验表明 ,银榆杨雄性可育 ,但因其花粉萌
发存在畸形现象 ,其亲和力较差 。3 种测定花粉生
命力的方法单一 ,使用都不理想 ,建议综合应用 。
2.3　孕性测定结果
作为对照 ,银白杨×新疆杨得到种子 ,这说明杂
交技术可靠 。银榆杨×银榆杨 、银榆杨×新疆杨都
58 西北林学院学报 25 卷　
比较容易得到种子。观察所有得到的种子 ,成熟种
子淡黄色 、饱满 、较大;不成熟种子发白 、黄色极淡 、
干瘪 、稍小 。
从各组合所得种子的果序长 、平均每个果序种
子数及千粒重看 ,各个组合有一定差异 ,但也都比较
接近。银白杨×新疆杨千粒重最大 ,银榆杨×银榆
杨排第 2位(表 2)。
银榆杨×银榆杨所得杂种发芽率很高 ,达到
72.55%,但仅成活 8株杂交苗 ,成活率仅为8.79%。
生长 60 d后观察这 8株银榆杨×银榆杨后代表现
型 ,可以看出表型差异较明显 ,有 2 株高生长为 10
cm ,另外 6株高度相近 ,在 30 cm 左右。银榆杨×
新疆杨 、银榆杨×辽宁杨 、银榆杨×(辽宁杨与新疆
杨 1∶1的混合花粉)都得到杂种并发芽 ,但只有银
榆杨×新疆杨成活了 14.29%,另外 2 个组合没有
成活(表 3)。
表 2　子代果序和种子的参数
Table 2　Param eters of of f spring inf ructescence and off sprin g seed
杂交组合 银榆杨×银榆杨 银榆杨×新疆杨 银白杨×新疆杨 银榆杨×辽宁杨 银榆杨×(辽+新)
果序长/ cm 8.0 7.5 6.0 6.5 7.0
平均每序种子数/个 108.0 28.5 22.0 10.0 11.7
千粒重/ g 0.298 2 0.284 3 0.319 5 0.226 5 0.253 6
注:(辽+新)指以辽宁杨和新疆杨的混合花粉为父本 ,花粉混合比例为 1∶1
表 3　银榆杨杂交试验结果
Table 3　Result s of P .× alba L .` y iny u hyb rid test
杂交组合 银榆杨×银榆杨
银榆杨
×新疆杨
银榆杨
×辽宁杨
银榆杨×
(辽+新)
果序数量/个 2 2 1 3
得到种子
总数/个 197 45 28 35
成熟种子/个 98 20 10 16
成熟种所占
比率/ % 49.75 44.44 35.71 45.71
成熟种
发芽率/ % 72.55 43.75 35.26 40.54
苗成活率/ % 8.79 14.29 0 0
以银榆杨为母本 ,分别同白杨派(新疆杨)、黑杨
派(辽宁杨)以及黑杨派和白杨派品种混合花粉进行
杂交 ,都得到了杂种 。银榆杨雌性可育 ,但与不同品
种杂交亲和力不同。以银榆杨为母本的杂交组合所
得种子发芽率都较低 。
3　结论与讨论
杨树花粉在雌蕊柱头上萌发 ,花粉管沿着花柱
进入胚囊 ,最终完成受精。如果花粉在柱头上萌发
时出现花粉管扭曲 、分叉 、缠绕现象 ,会发生受精障
碍[ 16] 。杨树花柱较短 ,观察花粉管在花柱之内的生
长及受精过程十分困难。虽然用荧光显微镜以及电
子显微镜可对柱头及胚囊等进行更为微观的观
察[ 17] ,能揭示杨树产生杂交障碍的原因 , 但受试验
设备及杂交试验任务量大的限制 ,这些方法很难应
用于常规杂交育种实践。本文试图通过相对简单的
技术评价雌雄株育性 ,研究由于花粉畸形萌发导致
的杂交障碍 ,最终采取合适的技术达到育种目标。
本研究雄花育性时 ,选用了花量 、花粉量 、花粉
含水率 3个指标 ,来评价在自然状态下授粉的几率 。
一般来说 ,花粉量越大 ,自然授粉的几率越高 ,但能
否授粉成功 ,还要考虑花粉的生活力 。授粉前对花
粉生活力测定是杂交育种技术中重要的环节 ,多人
对杨树花粉贮藏条件及活力进行了研究[ 18-19] 。从醋
酸洋红染色法 、培养基法 、银榆杨×银榆杨试验的结
果看 ,银榆杨的花粉有生活力。但银榆杨花粉在离
体萌发条件下出现了花粉管扭曲 、分叉等畸形现象。
畸形萌发的花粉 ,可能导致杂交不亲和或者杂交败
育 。要提高银榆杨做父本的杂交成功率 ,可采用克
服杂交障碍的技术 ,如重复授粉 、蒙导 ,另外还要增
加授粉雌花的数量 。
由于畸形不是在柱头上出现的 ,与柱头释放的
识别蛋白[ 20-21] 、β-半乳糖苷酶[ 22] 、A TP 酶[ 23] 等无
关 ,可以认为这是银榆杨本身具有的特性 。银榆杨
在离体培养条件下会出现畸形 ,一般认为 ,杨树雄性
不育的原因主要是作为花粉粒发育时的营养来源的
绒毡层发育异常[ 24] 。银榆杨花粉萌发存在畸形可
能与绒毡层发育有关 ,但更深层次的原因可能是由
于白榆的基因片段渗入到银白杨[ 14] 后 ,产生的银榆
杨与雄性育性相关的基因发生变异。以银榆杨为母
本的杂交组合所得种子发芽率都较低 ,这是杂种不
育现象的一种表现 ,其原因可能还是与其是科间远
缘杂种有关 。另外 ,花粉在培养基上的萌发与培养
基的渗透压有关 ,不同杨树品种的花粉对培养基的
渗透压适应程度是否相同 ,这些都需要进一步研究。
银榆杨杂种获得的意义不仅是丰富了植物种质
资源 ,更重要的是它实现了植物科间远缘杂交育种
的突破 ,对植物特别是林木远缘杂交育种有指导意
义 。单一用银榆杨做母本或父本 ,以选育 F1 代为
优良品种的育种目标不容易实现 ,可以考虑以银榆
杨为桥梁亲本 ,或者采用混合花粉授粉法 ,以其为父
本之一与其他树种杂交 ,以引入其耐干旱 、耐瘠薄的
基因。
59第 2 期 杨成超 等　银白杨与白榆杂交后代有性生殖能力的研究
致谢:本文得到苏晓华研究员审阅 ,特此表示感
谢!
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