全 文 ：中国农学通报 2012,28(16):208-214
Chinese Agricultural Science Bulletin
基金项目：国家林业局林业公益性行业专项“重要乡土树种核心种质评价及高效育种共性技术研究”(201004009)；北京市园林绿化局花卉产业处课
题“草花多倍体新品种培育”(YLHH201100111)；中央高校基本科研业务费专项资金“油松樟子松种间杂交及扦插繁殖材料幼化技术研究”
(JD2011-4)。
第一作者简介：肖宁，男，1987年出生，湖南人，在读硕士，主要从事植物遗传育种方向研究。通信地址：100083北京市海淀区清华东路35号北京林
业大学839信箱，Tel：010-62338415，E-mail：shaw0923@gmail.com。
通讯作者：张金凤，女，1964年出生，内蒙古人，教授，博士，研究方向：植物倍性育种。通信地址：100083北京市海淀区清华东路35号北京林业大学
118信箱，Tel：010-62338415，E-mail：zjf@bjfu.edu.cn。
收稿日期：2011-12-22，修回日期：2012-02-11。
剪秋罗种子催芽及秋水仙碱诱导多倍体研究
肖 宁 1，李 旦 1，武永明 2，曹 芹 3，夏 昶 4，张金凤 1
（1林木育种国家工程实验室/林木、花卉遗传育种教育部重点实验室/
国家林业局树木花卉育种与生物工程重点开放实验室/北京林业大学，北京 100083；
2山西省娄烦县云顶山自然保护区，山西娄烦 030300；3山西省繁峙县砂河镇五台山林业局，山西繁峙 034302；
4河北省隆化县林业局，河北隆化 068150）
摘 要：为了解决剪秋罗种子发芽率不高的问题，以剪秋罗种子为试验材料，比较种子新旧、播种基质以
及不同浓度赤霉素(GA3)对剪秋罗种子发芽势和发芽率的影响，并在此基础上利用不同浓度秋水仙碱和
不同时间处理剪秋罗萌动种子诱导多倍体。通过形态鉴定、气孔鉴定以及细胞学鉴定变异植株。结果
表明：存放 1年的剪秋罗种子发芽指标均优于当年新种子，当年种子可能具有初生休眠特性。以
150 mg/L的GA3预处理存放1年的剪秋罗种子24 h并播种于培养皿中能获得最高的发芽势(76.33%)和
最高的发芽率(85.33%)。经过秋水仙碱处理的种子普遍存活率低，但每个处理浓度下都获得了变异植
株，秋水仙碱浓度0.1%为筛选出的最适诱导浓度。变异植株表现出了与对照植株在形态上、气孔分析
上和细胞学检测上的差异。经鉴定，初选出1株多倍体。研究为培育剪秋罗多倍体新品种探索出了一
条新的育种途径。
关键词：剪秋罗；发芽率；萌动种子；秋水仙碱；多倍体
中图分类号：S682.1+9 文献标志码：A 论文编号：2011-3835
Seeds Germination and Polyploid Induction by the Colchicine of Lychnis fulgens Fisch.
Xiao Ning1, Li Dan1,Wu Yongming2, Cao Qin3，Xia Chang4, Zhang Jinfeng1
(1National Engineering Laboratory for Tree Breeding/
Key Laboratory of Genetics and Breeding in Forest Trees and Ornamental Plants, Ministry of Education/
The Tree and Ornamental Plant Breeding and Biotechnology Laboratory of State Forestry Administration/
Beijing Forestry University, Beijing 100083; 2Genting Mountain Nature Reserve, Loufan Shanxi 030300;
3Wutai Mountain Forestry Administration, Fanshi Shanxi 034302; 4Longhua Forestry Administration, Longhua Hebei 068150)
Abstract: In order to solve the problem of low germination rate in Lychnis fulgens seeds, influence on
germinative force and germination rate in seed of Lychnis fulgens between stored and new seeds, different
planting substrate and different concentrations of gibberellic acid (GA3) pretreatment were compared. The
result showed one year of stored seeds were better than when new seeds on seed indicators, then the seed may
have a newborn sleep characteristics. Using 150 mg/L of GA3 pretreated the stored seeds for 24 h sown in petri
dishes could get the highest germinative force of 76.33% and the highest germination rate of 85.33% .
Germinated seeds were treated by different concentration of colchicine (0.05%, 0.10%, 0.20%) and different
肖 宁等：剪秋罗种子催芽及秋水仙碱诱导多倍体研究
0 引言
剪秋罗(Lychnis fulgens Fisch.)是石竹科剪秋罗属
的多年生草本植物，二歧聚伞花序具数花，稀多数花，
紧缩呈伞房状生于植株顶端[1]，具有较高的观赏价值，
可做庭院植物，也可作地被使用，曾被选为北京奥运园
林绿化成果展示花卉，是中国一种极具市场开发潜力
的野生乡土花卉。但其种子发芽率低[2]，且获得的种
子苗十分瘦弱、易倒伏导致生产力低，所以有必要对种
子进行适当处理以提高其种子的萌发率；也因其植株
具有花瓣小、茎秆柔弱易倒伏、基生叶易发黄等不良性
状，而多倍体植株具有茎粗、高大、叶片宽等特点[3]，因
此获得剪秋罗的多倍体植株有望解决二倍体的不足，
从而使其应用价值更高。此外，剪秋罗还可全草入药，
有清热解毒、活血消肿的药用价值[4]。
为提高种子的发芽势以及发芽率，经常采用机械
破损、层积处理、变温处理、酸碱溶液浸泡、赤霉素
(GA3)等生长调节剂浸泡等方法处理种子[5-7]。GA3可
以解除种子的休眠，增加植物种子内部水解酶的合成，
并对完整性受到破坏的细胞膜进行一定程度的修复，
提高种子的活力，从而进一步提高种子的发芽势和发
芽率[8]。相关研究表明，GA3处理山桃[9]、油桐[10]、乌桕[11]
和小叶白蜡 [12]能显著提高其种子的发芽势以及发芽
率。秋水仙碱是最为常用的一种诱导多倍体的化学诱
变剂，利用秋水仙碱处理萌动种子诱导多倍体也多有
报道[13-15]。对剪秋罗种子萌发特性以及秋水仙碱处理
种子诱导剪秋罗多倍体的研究尚未见相关报道。笔者
首先采用不同催芽方法处理剪秋罗种子，寻求提高剪
秋罗种子萌发率的最佳方法，并用秋水仙碱处理已萌
发的剪秋罗种子和幼苗，进行相关多倍体鉴定，以期获
得剪秋罗多倍体植株。开展剪秋罗种子催芽技术及秋
水仙碱诱导多倍体的研究，为深入开发剪秋罗的观赏
价值、药用价值提供科学依据，而且对降低剪秋罗大规
模繁殖的生产成本和中国野生花卉新品种的开发利用
具有极其重要的现实意义。
1 材料与方法
1.1 试验时间、地点
试验于2011年8月开始在北京林业大学生物学院
林业楼组织培养实验室和北京林业大学温室中进行。
1.2 试验材料
试验所用剪秋罗种子由北京东升种业有限公司提
供，分别收集于2010年7月和2011年7月。
1.3 试验方法
1.3.1 种子萌发试验 将 2010年收集的陈年种子和
2011年收集的当年种子分别用沉水筛选法选种后用
蒸馏水浸种 4 h，用 50、150、250 mg/L的GA3浸泡处理
24 h后，再分别播种于培养皿和土中。播种于培养皿
中的处理方法：将种子均匀播种于直径 120 mm垫有
双层湿润滤纸的培养皿中，每个培养皿处理 100粒种
子，重复 3次，保持滤纸湿润，(25±1)℃室温条件下培
养；播种于土中的处理方法：将种子均匀播种于有腐质
土的花盆中并浅覆土，第1次浇透水，每盆播种100粒
种子，重复 3次，(25±3)℃的温室内培养。对照组CK
为用水浸泡4 h后不经任何处理的种子，培养条件与处
理组相同。发芽标准为胚根伸出长度超过种子纵径一
半为标准。每24 h统计1次种子发芽数。
发芽率＝(全部发芽粒数/试验种子总粒数)×100%；
发芽势＝(日发芽种子数达到最高峰时发芽种子
数/试验种子总粒)×100%。
1.3.2 种子（幼苗）多倍体诱导 用上述已发芽萌动的种
子（胚根长至 0.5~1.0 cm长时）开始进行多倍体诱导。
每组取萌发的种子30粒，用水洗净，吸干水，放入装有
10 mL (0.05%、0.10%、0.20%和0.40%)秋水仙碱溶液的
青霉素小瓶中，使种子浸泡在秋水仙碱溶液中，
(25±1)℃的温箱中诱导12、24、36、48 h，对照组不做任
何处理，每组重复3次。
1.3.3 多倍体鉴定
（1）形态学鉴定。观察苗期剪秋罗处理组和对照
组，按照幼苗是否生长受阻，叶色浓绿，叶片皱缩和植
株畸形等指标对得到的诱变植株进行初步鉴定和筛
选。
（2）气孔鉴定。取形态变异植株的叶片和对照植
株的叶片，对其表皮细胞和气孔的大小、密度以及保卫
细胞内叶绿体的数目进行观察测定和比较，进一步鉴
定变异植株是否具有多倍体的特征。
treating time (12 h, 24 h, 36 h, 48 h) to induce polyploidy. And morphologic, stoma and cytologic comparison
between treated plants and CK were studied. The survival rate was generally low after colchicine treatment.
Variative plants were obtained under each colchicine concentration and concentration of 0.10% was the
optimal induction concentration with the higher mutagenic rate and lower death rate. Varieties plants showed
differences on morphologic, stoma and cytological analysis to control plants. One polyploidy was obtained after
identification. This study opened up a new way for breeding new cultivar of Lychnis fulgens.
Key words: Lychnis fulgens; germination rate; germinated seed; colchicine; polyploidy
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（3）细胞学鉴定。对变异植株和对照植株的根尖
分别进行压片观察，对其染色体进行数量对比，进一步
确定变异植株是否为多倍体植株。
1.4 数据分析
采用Excel软件对数据进行处理，使用SPSS 17.0、
DPS 7.05软件进行方差分析及多重比较分析。
2 结果与分析
2.1 GA3以及播种方式对新旧剪秋罗种子萌发率的影
响
通过对每个试验组合种子的发芽数进行统计处理
数据得到每个组合的发芽势和发芽率。由表 1~3可
见，不同处理对新旧的剪秋罗种子萌发效果不同，且差
异达到极显著水平(P<0.01)。
从因子A（种子新旧）来看，当年新种子的发芽势
均值为 29.71%，发芽率均值为 40.00%，存放 1年的陈
种子的发芽势均值为 36.46%，发芽率均值为 44.83%，
均高于当年新种子（表4~5）。从因子B（播种基质）来
看，在培养皿中播种的发芽势均值为 42.08%，发芽率
均值为 52.75%，在土中播种的发芽势均值为 24.08%，
发芽率均值为 32.08%（表 4~5），均明显低于在培养皿
中播种的效果。
由表6~7对因子C（GA3浓度）对剪秋罗种子的发
芽势和发芽率的差异显著性分析来看，添加GA3处理
种子的发芽势和发芽率均高于未用GA3处理的种子，
A（种子新旧）
当年新种子
去年陈种子
B（播种基质）
培养皿播种
土播种
培养皿播种
土播种
C（GA3浓度）/(mg/L)
0
50
150
250
0
50
150
250
0
50
150
250
0
50
150
250
发芽势/%
17.67hi
23.00h
62.67b
41.33de
12.33i
15.00i
37.33ef
28.33g
29.33g
34.67f
76.33a
51.67c
14.00i
18.00hi
46.33d
21.33h
发芽率/%
27.67hij
33.33gh
75.33b
58.33cd
21.00jk
19.33k
46.67e
38.33fg
38.33fg
42.67ef
85.33a
61.00c
23.67ijk
25.33ijk
53.67d
28.67hi
表1 不同处理对剪秋罗种子发芽势和发芽率的影响
注：同一列中不同小写字母表示在0.05水平下差异显著。下同。
变异来源
A×
B×
C×
A×B×
A×C×
B×C×
A×B×C×
误差
总和
平方和
546.75
3888
10113
310.0833
141.5833
593.3333
62.9167
314
15969.67
df
1
1
3
1
3
3
3
32
47
均方
546.75
3888
3371
310.0833
47.1944
197.7778
20.9722
9.8125
F值
55.7197
396.2293
343.5414
31.6008
4.8096
20.1557
2.1373
P值
0.0001
0.0001
0.0001
0.0001
0.0071
0.0001
0.1149
表2 发芽势方差分析表
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肖 宁等：剪秋罗种子催芽及秋水仙碱诱导多倍体研究
说明GA3对剪秋罗的种子萌发有明显的促进作用，在
3个浓度梯度的设计中，当GA3浓度为150 mg/L时，种
子的发芽势均值为 55.67%，发芽率均值为 65.25%，为
最高水平。
综合3个因子，考虑到交互作用，对16个处理组合
进行多重比较，发芽势和发芽率结果如表1所示，最优
的剪秋罗种子催芽方法为存放 1年的陈种子用
150 mg/L的GA3浸泡处理 24 h后在培养皿中进行播
种，可取得最优的发芽势(76.33%)和发芽率(85.33%)。
2.2 秋水仙碱对剪秋罗多倍体诱导效应
2.2.1 不同浓度下秋水仙碱诱变效果的比较 从表8中
可以看出，即使是对照组的植株，在种子出苗率达到
90%时，成活率也只有55.56%，死亡率偏高，观察发现
大部分死亡植株都是因为根部没有发育，在子叶张开
后并未长出真叶时植株便倒伏死亡。随着秋水仙碱浓
度的升高以及处理时间的增加，出苗率和成活率呈降
低趋势，可以看出不同浓度的秋水仙碱对剪秋罗幼苗
均有较强的毒害作用。同时，试验所设计的 4个秋水
仙碱浓度和 4个处理时间，都能不同程度的诱导出剪
秋罗变异植株，一般情况下，高浓度的秋水仙碱和长时
间的处理更容易获得变异苗，而通过对试验结果的分
析，当浓度为 0.20%时，死亡率逐渐升高，变异株数却
呈现降低的趋势，这可能与剪秋罗本身的生理特性有
关。当秋水仙碱处于低浓度0.05%时，只获得了1株变
异植株，变异率偏低，可能因为浓度过低并未起到抑制
纺锤体形成从而加倍的作用；当秋水仙碱浓度达到
0.40%时成活率几乎为 0，证明此浓度过高，不是诱导
剪秋罗种子的可用浓度。在秋水仙碱浓度为0.10%处
变异来源
A×
B×
C×
A×B×
A×C×
B×C×
A×B×C×
误差
总和
平方和
280.3333
5125.333
10876.17
133.3333
282.8333
736.5
43.8333
449.3333
17927.67
df
1
1
3
1
3
3
3
32
47
均方
280.3333
5125.333
3625.389
133.3333
94.2778
245.5
14.6111
14.0417
F值
19.9644
365.0089
258.1879
9.4955
6.7141
17.4837
1.0406
P值
0.0001
0.0001
0.0001
0.0042
0.0012
0.0001
0.3879
表3 发芽率方差分析表
因子
A1
A2
B1
B2
C1
C2
C3
C4
均值
29.71
36.46
42.08
24.08
18.33
22.67
55.67
35.67
标准差
16.3826
20.0542
19.5357
11.9852
7.2027
8.3594
15.9678
12.4779
表4 处理因子各水平发芽势均值及其标准差 %
因子
A1
A2
B1
B2
C1
C2
C3
C4
均值
40.00
44.83
52.75
32.08
27.67
30.17
65.25
46.58
标准差
18.7431
20.3954
19.9918
12.5279
7.3649
9.7871
16.7284
14.5318
表5 处理因子各水平发芽率均值及其标准差 %
GA3浓度/(mg/L)
0
50
150
250
均值/%
18.33
22.67
55.67
35.67
5%显著水平
d
c
a
b
1%极显著水平
D
C
A
B
表6 GA3浓度各水平间发芽势差异显著性检验
GA3浓度/(mg/L)
0
50
150
250
均值/%
27.67
30.17
65.25
46.58
5%显著水平
c
c
a
b
1%极显著水平
C
C
A
B
表7 GA3浓度各水平间发芽率差异显著性检验
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理时间为12 h的形态变异苗中，经外形、气孔及细胞学
鉴定，得到 1株四倍体植株。笔者试验目的在于筛选
出最适合的处理浓度和处理时间，故从总体情况来看，
用0.10%的秋水仙碱处理剪秋罗萌动种子12~24 h，能
获得较高的变异率和较高的存活率，从而有更多机会
得到剪秋罗的变异植株和多倍体植株。
2.2.2 多倍体鉴定
（1）形态学鉴定。从外观形态看，二倍体植株和变
异植株有较大差别，主要表现为变异植株粗壮、矮小，
叶片稀疏，颜色较深，叶片厚硬且叶表生皱、粗糙，叶片
形态发生变异，呈不规则的长条状、心型状等（图1-A、
图1-B）。二者在外观形态仍具有较大区别，可以作为
鉴定剪秋罗多倍体的初步依据。
（2）气孔鉴定。随机取 3片剪秋罗二倍体植株和
变异植株叶片，在近中间叶脉处撕取叶片下表皮，在显
微镜下观察，随机选取 3个视野统计保卫细胞内叶绿
秋水仙碱浓度/%
0.05
0.1
0.2
0.4
0 (CK)
处理时长/h
12
24
36
48
12
24
36
48
12
24
36
48
12
24
36
48
0
处理数/株
90
90
90
90
90
90
90
90
90
90
90
90
90
90
90
90
90
出苗率/%
82.22ab
75.56bc
77.78bc
68.89cd
82.22ab
71.11cd
42.22e
22.22fg
77.78bc
63.33d
51.11e
11.11h
25.56f
21.11fg
14.44gh
6.67h
90ab
成活率/%
32.22b
24.44c
26.67c
18.89d
12.22e
7.78ef
5.56fg
2.22fg
7.78ef
3.33fg
0g
0g
0g
0g
1.11g
0g
55.56a
形态变异/株
0
0
1
0
2
3
1
1
2
1
0
0
0
0
1
0
0
多倍体植株/株
0
0
0
0
1
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
表8 不同浓度秋水仙碱和处理时长的诱变结果
A：多倍体植株；B：对照植株；C：对照植株保卫细胞密度(100×, bar=100 µm)；
D：多倍体植株保卫细胞密度(100×, bar=100 µm)；E：对照植株保卫细胞(400×, bar=10 µm)；
F：多倍体植株保卫细胞(400×, bar=10 µm)；G：多倍体植株染色体(400×, bar=20 µm)；H：对照植株染色体(400×, bar=10 µm)
图1 变异植株与对照组植株形态特征及染色体数目变化比较
A B C D
HGFE
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肖 宁等：剪秋罗种子催芽及秋水仙碱诱导多倍体研究
体数。从气孔鉴定来看，变异植株叶片的气孔明显增
大，且单位面积内的气孔数变少（图 1-C、图 1-D）。通
过对剪秋罗二倍体及变异植株叶片下表皮气孔的显微
镜观察，并对其保卫细胞内叶绿体数进行统计分析。
从表 9、图 1-E、图 1-F可以看出，变异植株剪秋罗叶片
的保卫细胞叶绿体数比二倍体剪秋罗叶片明显增多。
方差分析结果显示，变异植株与对照植株在气孔数和
叶背保卫细胞叶绿体数上呈极显著差异(P＜0.01)。说
明变异植株与正常植株相比，叶背气孔数明显减少，减
少比例高达 212.76%；而保卫细胞中的叶绿体数明显
增多，增多比例高达114.90%。气孔密度减小，保卫细
胞中叶绿体数增多，这与多倍体的细胞学特点相一致。
（3）细胞学鉴定。剪秋罗二倍体植株的体细胞染
色体数目为 2n=2x=24(图 1-G)，经诱导后的植株根尖
分生区细胞核仁区明显增大（图1-H）。
3 讨论
3.1 对剪秋罗催芽方法的探讨
试验从种子新旧、播种基质和不同浓度GA3处理
3个方面进行了剪秋罗种子的催芽试验。不同处理对
新旧的剪秋罗种子萌发效果不同，且差异达到极显著
水平(P<0.01)。综合3个因子，最优的剪秋罗种子催芽
方法为存放1年的陈种子用150 mg/L的GA3浸泡处理
24 h后在培养皿中进行播种，可取得最优的发芽势
76.33%和发芽率85.33%。
存放 1年的陈种子的发芽势均值为 36.46%，发芽
率均值为 44.83%，表现优异，考虑到试验的开展时间
是2011年9月，当年新种子收集于7月，只有2个月的
时间，可能种子具有初生休眠特性，参与种子萌发的相
关酶活性和后熟作用等尚未完成，导致了其发芽势和
发芽率都偏低，而存放 1年的种子表现出了此方面的
优势[16]，关于种子存放多长时间最有利于剪秋罗种子
的萌发尚未见报道，可在笔者试验的基础上进行深入
的研究，相信会对剪秋罗的大规模繁殖提出关键性的
指导建议。
在培养皿中播种的发芽势均值为42.08%，发芽率
均值为 52.75%，均明显低于在培养皿中播种的效果。
培养皿和土播花盆培养剪秋罗种子是处于同一光照、
温度和空气湿度环境中，试验结果表明，土播低于培养
皿播种的主要因素是120 mm的培养皿是局部稳定的
一个小环境，水分、温度等都比较恒定，而土播的花盆
暴露在空气中，受环境水分蒸腾、温湿变化等影响较
大。而且，培养皿中的温度由于光照的影响会比外界
的环境温度略高，较高的温度对种子的萌发是有一定
的促进作用的。
使用GA3浸泡剪秋罗种子24 h的种子萌发率高于
未使用GA3的种子萌发率，说明GA3对剪秋罗的种子
萌发有明显的促进作用。当GA3浓度为150 mg/L时，
种子的发芽势均值为 55.67%，发芽率均值为 65.25%，
为最高水平。用GA3浸种，种子充分吸胀后，外源赤霉
索进入种胚内，促进内源GA3、IAA的合成，提高种子
内淀粉酶活性，加速种子内淀粉的降解和转化，促进细
胞分裂和膨大[17]，从而极显著提高剪秋罗种子的发芽
力。但并非随浓度的提高而浸种效果提高，其原因有
待进一步研究。此外，关于GA3浸种时间可开展相关
研究，为深入了解GA3的催芽机理奠定基础。
3.2 对秋水仙碱诱导剪秋罗多倍体的探讨
秋水仙碱是最为常用的多倍体化学诱变剂之一，
王艳菊等[18]曾利用秋水仙碱处理带芽茎段通过组培方
式诱导得到了剪秋罗的多倍体，但未见进一步报道。
笔者用浸种法处理萌动的剪秋罗种子，其优点是此时
种子活性高，生长较快，细胞分裂旺盛，对于诱变剂的
处理比较敏感，更容易产生变异。祝朋芳等[19]分别以
菊花干种子、萌动种子和双子叶期幼苗为材料，以秋水
仙碱处理时间为因子，对菊花诱变进行了研究，发现处
理萌动种子能获得较高的诱变率和较低的死亡率。鲍
智娟等[14]利用秋水仙碱处理萌动的甘草种子，处理浓
度为 0.2%，处理时间为 24 h时效果最好，诱导率为
3.33%；李桂双等[20]用浓度 0.1%秋水仙碱浸泡处理黄
芩种子 24 h的多倍体细胞诱导率最高，可达 49.2%。
笔者在剪秋罗催芽技术研究的基础上，利用不同浓度
秋水仙碱处理剪秋罗种子，发现秋水仙碱能提高剪秋
罗细胞变异率，且不同处理组合得到的变异率不同，并
在用秋水仙碱浓度为 0.1%处理 12 h时获得四倍体 1
株。但是秋水仙碱处理过的植株普遍存活率低，分析
原因可能在于剪秋罗幼嫩的根部对秋水仙碱过于敏
感，试验所设计的浓度偏高，处理时间偏长，导致出苗
后根不生长，死亡率高。这也为将来利用秋水仙碱诱
导剪秋罗多倍体提供了可依靠的理论依据。
叶片保卫细胞内叶绿体数与倍性的相关性已在多
种植物中得到证实[21-24]，撕去叶背下表皮可以直接在滴
有清水的载玻片上通过显微镜观察计数，操作简单方
植株
变异植株
对照植株
气孔平均数
5.33B
16.67A
保卫细胞内叶绿体平均数
22.93A
10.67B
表9 叶背气孔及保卫细胞叶绿体计数统计
注：同一列中不同大写字母表示在0.01水平下差异显著。
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便，通过对比根尖染色体计数、叶背保卫细胞叶绿体计
数在剪秋罗倍性上的相关性，可以证明保卫细胞叶绿
体计数法作为筛选剪秋罗多倍体的可行性。
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