全 文 ：华中农业大学学报 6 (s ) :3 2 2一 2 27 , , 9 8幸
J o u r o a l Of H u a : h o n g 刁夕 r f e u l r u r a l U o i o e r: i t ,
草棉、 瑟伯氏棉花粉在陆地棉
柱头上的萌发及其花粉管的生长
张修富 孙济中
( 农学系 )
刘金兰
以陆地棉作母本 ,分别与草棉 、瑟伯氏棉杂交 , 陆地棉 自交作对照 , 采用扫描电镜 、 荧光显 微
技术观察花粉萌发与花粉管的生长 . 结果是 : 自交对照的花粉在授粉后 30 分钟开始萌发 , 而 两个
异种的花粉与陆地棉柱头接触后 1 小时才开始萌发 。 异种花粉管在陆地棉花 柱中生长时 , 出现膨
大 、 分叉 、 扭曲折叠和花粉管尖而细长等异常现象 。 这些异常现象出现的时间是 , 陆地棉 x 草棉
是在授粉后 12 一2 1小时 , 而陆地 x 瑟伯氏棉则是在授粉后 6 一 1 2小时 . 进人子房的 异种花粉管大
多数先后停滞下来 , 不能进入胚珠 . 异常生长的主要表现是尖端膨大 .
关键词 : 棉花 , 花粉萌发 ; 花粉管生长
从本世纪三十年代起 , 就有不少学者从胚胎学角度探讨棉属种间杂交不亲和的原因 , 如
冯泽芳 ( 29 5 5 ) [ 6 ] 、 B e a s l e y ( 1 9 4 0 ) 〔` ] 、 W e a v e r ( 19 5 7 , 19 5 5 ) [ 8 、 。 ] 、 胡 适 宜 、 朱
至清 ( 1 9 6 5 ) 〔 ’ 〕 、 G o v i l a ( 19 6 9 ) 〔` 〕 、 p u n d i r ( 19 7 2 ) [ ’ 。 ] 。 他们所采用的研究材料均为
陆地棉和中棉 , 研究结果一致地表明 , 这两个种杂交不亲和表现在受精以 后 的 胚胎发育阶
段 , 而不是配子配合前 。 但是冯午 、 潘 乃褪 ( 19 5 9 ) 根据这两个种杂交授粉后 , 花粉管进入
胚囊和极核分裂的速度均不及正常授粉的 , 因而认为在 配子配合前期也存在不亲和性 。
鉴于陆地棉和其它棉种之间杂交后的胚胎学研究报道甚少 , 本文 旨在研究用陆地棉作母
本 , 草棉和瑟伯氏棉分别作父本 杂交后 , 配子配合前阶段的花粉管生长动态 , 了解这一阶段
不亲和性的主要表现形式 , 为全面掌握棉属种间杂交不亲和的原 因提供实验依据 .
材料和方法
试验于 1 9 8 3一 19 8 4年连续进行二年 , 所采用的材料是 : 1 . 陆地棉 ( G哪妙 :P’ “ 。
h `sr u tu m L . ) , 品种为鄂沙 2 5 ; 2 . 草棉 ( G o s s少p i u o h e r b a e e u o L . ) , 品种为金塔草棉 ;
3
. 瑟伯氏棉 ( G os ys 万“ m t h二b er “ T . ) 。组合方式为 : 陆地棉 又 草棉 ; 陆地棉 X 瑟伯氏棉 ,
陆地棉去雄异花授粉作对照 。
用常规扫描 电镜方法观察花粉的萌发 , 此法可克服压片法观察时 , 破坏花粉萌发的自然
本研究首得到电镜 室张金铃 . 刘敬等同志的帮助 ` 在此表示感谢 .
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状态的缺陷 。
追踪花粉管生长动态 , 采用 E l i加 b et h等人 ( 19 8 2 ) 〔5 〕的荧光显微方法 , 并在其 基 础上
稍加修改 。 取授粉后 6 、 1 2 、 2 1小时的花柱和授粉后 6 、 12 、 1 8 、 24 小时的子房在 乙醇 / 醋
酸 ( 3 l/ ) 液中固定 2 小时 , 换 70 肠乙醇贮存 , 制片前用 10 N N a O H处 理样品 10 小 时 , 水洗
去碱 , 然后在 0 . 1肠苯胺 兰 ( o . I M K 3 P O ` ) 中 染 色 8 小时 , 压片后 , 在 Ol y m p u s荧 光 显微
镜下观察 , 激发光源 : BG 12 ( 兰紫光 ) , 激光滤片 : 05 15 。 在此光源下 , 花 粉粒呈暗红色 ,
花粉管 , 阱眠质塞呈淡黄色荧光 , 组织背景黑色 。
结果与分析
一 、 花粉的萌发
对照处理授粉后 30 分钟 ,花粉粒开始萌发 , 而陆地棉 x 草棉 、 陆地棉 x 瑟伯氏棉授粉后 1
小时才开始萌发 ( 图 1 、 2 、 3 ) 。 对照组花粉粒可以从一至二个萌发孔萌发 , 形成一至二
根花粉管 , 两根花粉管平行或以一定的角度向下插入乳突细胞间 ( 图 1 ) 。 草棉花粉在陆地
棉柱头上 , 多数只有一根花粉管 , 少数有两根花粉管的 , 偶尔还可见到一粒花粉萌发出三根
花粉管的现象 。 陆地棉 x 瑟伯氏棉的观察结果与陆地棉 x 草棉的相似 , 绝大多数只萌发出一
根花粉管 。
二 、 花粉管在柱头和花柱中的生长
无论是对照处理 , 还是二个种间杂交组合 , 花粉管进入柱头后 , 生长速度都加快 。 同一
粒花粉上的二根或三根花粉管进入柱头引导组织之后 , 只能有一根快速地向着子房生长 , 其
它花粉管停止生长 。
授粉后 6 小时 , 三个组合的花粉管进入花柱的数 目及其到达的部位表现出明显 的 差 异
( 见表 1 ) .
表 l 授粉后 6 小时三个组合的花粉管到达部位及其数 目
一一一
处理 部位 数 目.
时照
陆地棉 x 草棉
陆池 棉 x 毖伯 氏棉
穿过 花柱基部
到达花往基部
到达花柱中部
10 0
34
15
. : 功个花柱的平均位
通过压片观察到 , 花粉管在引导组织束中有时是平直向前延伸 , 有时是曲折 地 向 前延
伸 。 由于伸向子房的花粉管很多 , 往往集聚在一起 ( 图 10 ) 。 迅速生长 的 花 粉管顶端不膨
大 , 也不急剧地变尖细 。 随着花粉管的生长 , 在管 内产生饼抵质塞截断迅速生长的前端与后
端的联系 。 这种拼服质塞的长度在 14 一 18卜之间 。 二塞之间的平均距离约为 4 2 0卜 , 变化范围在
2 80 一 4白。件之间 。 随着花粉管继续向下生长 , 二塞之间的距离有逐渐缩短的趋势 。
111地棉 只草棉 、 陆地棉 只 瑟伯氏筛组 台中 , 草棉 , 瑟伯氏棉的花粉管在陆地棉花柱中生
长时 , 表现出许多相似的异常行为 , 主要有以下几种 :
第六 卷 第 三 期
(1 )花粉管尖端膨大 , 其直径 比正常的大一倍左右 ( 图 1 2 ) 。
( 2 ) 分叉 。 离尖端不远的地方呈锐角分叉 ( 图 8 ) ; 或离尖端较远的地方 , 花粉管长
出分枝 , 分枝不再延伸 ( 图 1 1 ) ; 也有的花粉管在离花粉粒不远的地方就开始分叉 (图 9 ) .
( 3 ) 尖端扭曲 、 折叠 花粉管尖端的扭曲 明显 地多于中 、 上部的扭曲 ( 图 6 ) , 这种
扭曲的尖端发出很强的荧光 ; 有些尖端不仅扭曲 , 而且折叠 , 扭成一团 ( 图 4 ) 。
( 4 ) 花粉管急剧地变得尖而细长 ( 图 7 ) 。
另外还存在一种拼低质塞超大的现象 , 这种特大的脱眠质塞往往是 对照 的 2 一 4 倍长
( 图 5 ) 。 陆地棉 x 草棉的花粉管的脐脉质塞最大可达 1 10卜 , 变化范围在 14一 1 1。协。 但是 ,
二麟抵质塞之间的平均距离比对照短 , 约为 3 5 0件 ,变化幅度却大于 对照 , 在 2 0 一 7。。协之间 .
陆地棉 x 瑟伯氏棉的花粉管拼脉质塞长度 , 小于陆地棉 x 草棉组合的 , 大于对照处 理的 . 最
长为 56 卜 , 变化范围在 14 一56 件 , 二塞之间的平均距离小于陆地棉 火 草棉和对照组的 , 约 3。郎
左右 , 变化在 42 一 5 6。件之间 ( 见表 2 ) . 随着 花粉管的继续生长 , 研脉质塞间 距离越来越
短 。
花粉管异常生长的现象 , 虽然陆地 棉 x 草棉 、 陆地棉 又瑟伯 氏棉二个组合都有类似的表
现 , 但出现的时间却不完全一样 , 陆 地棉 x 草棉主要出现在授粉后 12 一 2 1小时 , 而陆地棉 x
瑟伯氏棉的异常现象大多在授粉后 6 小时即出现 。
表 2 三个组合花粉管拼肤质塞长度与两塞间距 离的比较
析抵质塞 拼肤质塞间距离
…一|度)
处理
变化 范围 平均距离 变化 范围
时照
陆地林 x 苹榨
陆地林 x 伯恶氏棉
最大
(
2 8 14一 2 8
! 4一 1 1 0
14一 5 6
4 2 0
3 5 0
3 0 0
2 8 Q一4 90
Z OOe 7 0 0
4 2 e 5 6 0
三 、 花粉管在子房和胚珠中的生长
通过与上述类似的方法 , 结合对子房进行切片观察 , 发现草棉 , 瑟伯氏棉花粉管在陆地
棉子房以及胚珠 中生长时 , 异常类型要 比花柱中少 . 未见到花粉管分叉 , 扭曲等现象 , 大多
数不正常表现为顶端膨大 . 其直径比在花柱中见到的还要大 .
讨 论
授粉后 6 小时 , 三个处理的花粉管到达部位和数量存在很大差异 。 两个种间杂交组合 ,
在花粉管生长过程中 , 出现各种不正常现象 , 说明它们在 配子配合前期花粉管与花柱组织存
在不亲和性 . 许多人研究过陆地棉 X 中棉组合 , 中棉花粉管在陆地棉花柱中生长正常 , 认为
此杂交组合的不 亲和性主要表现在受精后的时期 。 这说明棉属种间杂交不亲和性的表现时期
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因杂交组合不同而异 .一般说 , 配子配合前不亲和性主要与花粉管异常生长相联系 。 草棉 、
瑟伯氏棉花粉能在陆地棉柱头上萌发 , 说明抱子体花粉外壁蛋白与柱头表面的识别位点一一
糖蛋白无不亲和反应 〔’ ] 。 各种类型的花粉管异常生长现象是在后续的花粉管生长过 程 中发
生的 , 这些异常生长现象必然会降低受精率 。 本研究观察到的花粉管异常生长现象的本质是
什么 , 目前还不清楚 . lE i z ab et h等人 ( 1 9 8 2 ) [ 6 〕认为 , 花柱通过碳水化合物 大 分子的积累
与供给间接控制着花粉管的生长 . 我们知道 , 纤维素和麟膝质是构 成 花 粉管的二种重要成
分 , 它们是单糖分子的多聚产物 。 这些分子构成的纤维素与花粉管尖端生长相关 , 构成的阱
月氏质与形成脱服质塞有关 . 这些物质的构成量必有一个正常的比率 , 在种间杂交情况下 , 正
常 比率被破坏 , 因而花粉管出现异常现象 . 例如在本研究中观察到的花粉管顶端膨大可能与
翩氏质塞淀积过多 ; 而纤 维素相对较少有关 。 在荧光显微镜下 , 异常生长的花粉管尖端发射
很强的荧光也可能是脱抵质积累过多的结果 .
今 考 文 献
〔 l ]
〔 2 ]
〔 3 ]
[ 4 ]
张英华等 , 198 3 , 高等植物受精过程中花份一柱头相互识别研究进展 , 植物生理 学通讯 , ( 6 ) . 3一 8 .
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d i s s e e t i o 。 · T he r e a r e d i f fe r e n e e s i o b : dd i o g一 p o l l e n t im e i n t h r e e t r e a tm e n t s
·
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o f t h o e o n t r o l b o g i n b往 r s t i o g b住d s i n 5 0 m i n 往 t e ; a f t e r p o l l i n a t i o n , a耐 t h e tw o i n t e r s P e e i f i e
c r o s s e s o v e r a n h o u r
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i cn l u d i n g t ip s w e l l i n g
,
t ip a n d m idd l e b u r s t i n g
, t i p s p i r a l l i n g a n d c o i l i n g
, a “ d l o n g a dn
t h i n t i P s
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M o s t o f t he he t e r o 一 s p e e i f i e 厂p o l l e n tub e s s t o p g r o w t k i n g e a r ly o r l a t e a f t e r e n t e r i n g
o v a r i e s
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T he m a i n t yP e
o f a b n o r m a l i t i e s 15 t i p s讹 11i n g .
K E Y W O R D S C o t t o n ; P o l l e n s t u b e g r o w t h : b u dd i n g o f p o l l e n s
( 熊家国编发 )
图版说明
1 一时照授扮后 30 分钟 , 花扮拉萌发 , 扫描电镜 x 80 ;
2一陆 x 草授扮后 1 小 时 , 花粉杠萌发 , 扫描 电镜 x 80 ;
3一陆 x 毖授粉后 l 小时 , 花粉杜萌发 , 扫描 电镜 x s。。 :
4一叻 x 苹授粉后 12,] 、 时 , 花扮管扭曲折 叠成一团 , X 60 ,
5一防 x 草授粉后 2 1小 时 , 花粉管的拼从 质塞特别长 , x 60 ;
6一阶 x 草授粉后 1 2小 时 , 花粉管尖端 扭曲 , X 6 o ;
7一油 x 恶授粉后 12小 时 , 花粉管顶端 变得尖而 且细 长 , x 60 :
8一叻 x 草授粉后 12 小时 , 花粉管尖端分叉 , X 60 ;
9一阶 x 瑟授粉后 6 小 时 , 花粉管分 叉 , x 150
1。一对照授粉后 6 小 时 , 正常生长的花粉管 . x 50 ;
1 一险 火 毖授粉后 6 小时 , 花扮管中部分 又 . x 60 :
12 一 x 陆昌授粉后 6 小 时 . 花粉管尖端膨大 , x 60 ;
张修富等 :草棉 、 琴伯氏棉花粉在陆地棉柱头上的
萌发及其花粉管生长
图版