全 文 ：菘蓝自交不亲和性鉴定
高延辉1 ,任跃英2＊ ,孙红梅2 ,王云贺2 ,刘清玮1
(1.吉林农业大学研究生部 , 长春 130118;2.吉林农业大学中药材学院 , 长春 130118)
摘　要:通过亲和指数法对菘蓝花期 、蕾期自交亲和指数进行了测定 ,发现花期人工自交授粉平均亲和
指数为 0.11 ,花期天然自交授粉平均亲和指数为 0.078 ,而蕾期人工自交授粉平均亲和指数为 0.821。
以上结果表明 ,菘蓝具有明显的十字花科植物的花期自交不亲和特性 ,可用来培育自交不亲和系 ,蕾期
授粉有明显的亲和性 ,具备了较好的繁殖自交不亲和系原种特性 ,自交不亲和性作为菘蓝杂种优势利用
制种将是一个较有效的育种途径。
关键词:菘蓝;亲和指数;自交不亲和性
Self incompatibility and the first time gender appraisal of
Isatis indigotica Fort
GaoYanhui1 ,RenYueying2＊ ,Sun Hongmei2 ,WangYunhe2 ,Liu Qingwei1
(1.Department of Postgraduate faculty , JiLin Agricultural University , 130118 , China;
2.Department of Tradditionnal Chinese Medicinal , JiLin Agricultural University , 130118 , China)
Abstract:The indigotica is a androgynous.The compatible index of indigotica in flowering season and
budding season is measuerd by the method of compatible index.It is founded that the average compatible
index is 11 percents when the indigotica is self-pollinated artificially in flowering season .And when the
indigotica is self-pollinated naturally in flowering season , the average compatible index is about 7.8 per-
cent s.But The compatible index of indigotica is 82.1 percent s when it is self-pollinat ed in budding sea-
son.The result above indicat e that indigotica have the nature of self-incompatibility of Cruciferae in flow-
ering season obviously so that indigot ica could be used to breed self-incompatible line.Furthermore indig
液具有一定的实用价值 ,因为它虽然在一定程度上降
低了籽粒的蛋白质含量稍有降低 ,但却能较大程度地
提高其总产量;而 100 mg · L-1的应用价值不高(表
5)。但要种植高产优质的蚕豆或其它作物 ,还需仔细
权衡其利弊 ,并要进一步探索更加适宜的 NaHSO3 浓
度。
参 考 文 献
[ 1] 　张佩 , 邓传英.我国光呼吸化学控制技术的产业化探
讨[ J] .贵州农业科学 , 2000 , 28(3):64-66.
[ 2] 　郭金华 , 牛志电 , 梅建设 , 等.NaHSO3 对桑树光合作
用及蚕茧产量和质量的影响[ J] .蚕业科学 , 2001 , 27
(2):83-86.
[ 3] 　周广业 , 王宏凯.光呼吸抑制剂亚硫酸氢钠的增产效
果研究[ J] .土壤肥料 , 2000 , 6(1):35-38.
[ 4] 　胡哲森 , 时忠杰 ,许长钦.亚硫酸氢钠对油茶光合机构
的生理效应研究[ J] .林业科学 , 2001 , 37(1):68-71.
[ 5] 　周青 , 王义彰 ,闵运江 , 等.AT 试剂对不同海拔茶树产
量影响研究[ J] .茶业通报 , 1988 , 3:27-29.
[ 6] 　周青 , 黄晓华 ,叶亚新.亚硫酸氢钠影响桃树产量和质
量的生理学[ J] .应用与环境生物学报 , 2000 , 6(5):
432-435.
[ 7] 　涂传林 , 郭金华 ,张备战.亚硫酸氢钠在葡萄上的应用
研究[ J] .中国农学通报 , 2004 , 20(3):30-33.
[ 8] 　张树芹 , 赵世杰 ,张万泉.小麦叶片光呼吸与蛋白质积
累关系的研究[ J] .山东农业大学学报 , 2000 , 31(3):
304-306.
[ 9] 　王宪泽 , 张树芹 , 田纪春 ,等.喷洒亚硫酸氢钠对小麦
籽粒产量和蛋白质含量的影响[ J] .中国农业科学 ,
2002 , 35(3):277-281.
[ 10] 　安徽植物志协助组.安徽植物志(第三卷)[ M ] .北
京:中国展望出版社 , 1990:159.
[ 11] 　仪慧兰 , 司良燕 , 孟紫强.二氧化硫衍生物对蚕豆幼
苗生长和细胞周期的影响[ J] .植物研究 , 2002 , 22
(3):305-309.
[ 12] 　张志良 , 瞿菁.植物生理学实验指导[ M] .3 版.北
京:高等教育出版社 , 2003:73-75.
[ 13] 　杨敏文.快速测定植物叶片叶绿素含量方法的探讨
[ J] .光谱实验室 , 2002 , 19(4):478-481.
[ 14] 　袁晓华 ,杨中汉主编.植物生理生化实验[ M ] .北京:
高等教育出版社 , 1983:26-31.
作者简介:刘昌平(1969-), 女 ,实验师 , 主要从事植物
学研究。 E-mail:zhaogy20039@yahoo.com.cn。
11
第6期(总第 91) 中 国 林 副 特 产 N o.6(GSNO.91)
2007年 12月 Fo rest By-Product and Speciality in China Dec.2007
DOI :10.13268/j.cnki.fbsic.2007.06.001
otica possess the original seeds nature of breeding self-incompatible line because of its obvious char-
act er of compatibili ty of self-pollination in budding season.Therefore , making use of heterosis of
indigotica t o breed seeds is an ef fective way.
Key word:indigotica ;compatible index ;self-incompatibility
　　菘蓝(Isatis indigotica Fort.)俗名板蓝根 ,用于流
行性感冒 、流行性腮腺炎 、流行性乙脑炎 、咽喉肿痛等
多种疾病[ 1 ～ 2] ,有很高的药用价值 ,菘蓝多倍体育种早
在 20世纪 80年代就有过研究[ 3] 。研究及开辟菘蓝新
的育种途径 ,是加速菘蓝育种进程 ,培育高产 、优质菘
蓝新品种迫切需要解决的问题。十字花科蔬菜作物中
自交不亲和系用于杂种优势利用的制种已被广泛应
用[ 4] 。菘蓝作为十字花科植物是否存在自交不亲和现
象 ,至今国内外尚未见这方面报道。亲和指数法是一
种较为基础的方法 ,它较适合亲和特性的初步研究。
本试验采用此法对菘蓝自交不亲和性进行观察和测
定 ,从而摸清菘蓝自交不亲和性表现特点 ,为进一步选
育和利用菘蓝自交不亲和系 ,加快其杂种优势利用奠
定理论基础。具体研究如下:
1　材料与方法
1.1　实验材料
试验材料为吉林农业大学药用植物标本园栽培的
菘蓝。经物种鉴定为十字花科植物菘蓝属植物菘蓝
(Isatis indigotica Fort)。 2005 年 4 月下旬播种于吉
林农业大学试验田 ,第二年的现蕾开花期用于自交不
亲和性鉴定试验。该区域日照充足 ,降雨量丰富 ,土壤
肥沃 ,空气清新 ,无外来污染和生物入侵。
1.2　实验方法
1.2.1　亲和指数测定
随机选取生长状况基本一致的健壮植株 30 株 ,挂
牌标记。其中 10个单株分别编号为 A1 ～ A10 , 10个单
株分别编号为 B1 ～ B10 , 10 个单株分别编号为 C 1 ～
C 10 。于开花前一周左右对全体供试植株顶端若干花
序套袋 ,待有半数以上小花开放时摘袋 ,选择 2 ～ 3 个
处于同一生长期的花序 ,每个花序上留 40 朵处于同一
生长期的小花 ,其余的人工去除 ,用作母本。剩下的花
序用来收集父本花粉 ,待授粉结束后将父本花序全部
摘除 ,并进行套袋。A 组植株于蕾期选择 2 ～ 3 个花
序 ,每个花序上留 40朵小花蕾 ,其余的人工去除 ,人工
去雄后用作母本 ,剩下的花序用来收集父本花粉 ,待人
工蕾期自花授粉结束后将父本花序全部摘除 ,并进行
套袋。B组植株不去雄 、不授粉 ,蕾期选择 2 ～ 3 个花
序 ,每个花序上留 40 蕾 ,然后套袋 ,使其自然自交授
粉;C组蕾期进行套袋隔离 ,在花期 ,用细毛笔蘸取同
一株上的父本花粉授粉。
采粉和授粉在待测自交不亲和的同一单株上进
行 ,亲和与不亲和的验证也在同一单株上进行。事先
对待测母本及用来采粉的父本的花在花粉未散粉前的
蕾期用硫酸纸袋分别套袋 ,待授粉时将父本的花药或
花粉采集到采粉瓶中 ,在太阳下稍晾晒 ,使花粉散出。
授粉时将处在花期的花直接授粉用于测定不亲和性;
将处在蕾期的花蕾用尖头镊子轻轻剥开 ,使柱头露出
再授粉测定蕾期的亲和性。
授粉选在上午 8:00 ～ 10:00 晴朗 、无露水 、无风 、
没有强太阳光曝晒的天气 ,用细毛笔蘸取采粉瓶中花
粉 ,涂到同株事先套袋的母本的花柱上。并隔 1d授粉
1次 ,共授粉 2 次 ,授粉后为防止非目的花粉传粉 ,要
立即套袋。对授粉的分枝进行挂牌标记 ,待坐果后摘
下纸袋 ,观察种子形态 ,并调查结果数。亲和指数=结
籽数/自交授粉花数 ,本试验采用 0.5<自交不亲和指
数<1(即 0<自交亲和指数<0.5)为强自交不亲和判
定依据[ 5]
1.2.2　花粉形态观察
对上述植株用于授粉花粉采用形态观察及亚甲基
蓝 、TTC染色法对花粉生活力进行检测 ,统计生活力。
1.2.3　柱头形态观察
授粉前田间观察柱头形态 ,并且参照 Dafni 的方
法[ 6] ,用联苯胺-过氧化氢法测定柱头可授性。
1.2.4　果荚形态观察
待坐果后摘下纸袋 ,观察种子形态 ,对结果数和结
籽数进行统计 ,并与正常异交花粉授粉的作对照。
2　结果与分析
2.1　亲和指数测定结果
2.1.1　花期人工自交亲和指数的测定。结果见表 1。
表 1　花期人工授粉自交亲和指数测定
单株编号 亲和指数 单株编号 亲和指数
B1 0.10 B6 0.09
B2 0.09 B7 0.13
B3 0.12 B8 0.14
B4 0.13 B9 0.11
B5 0.11 B10 0.08
　　从表 1 可以看出 ,花期人工授粉的亲和指数变化
范围在 0.08 ～ 0.14 ,平均亲和指数在 0.11 ,该数字远
低于 0.5 ,自交基本上都不亲和 ,因此判定菘蓝为强自
交不亲和性。
2.1.2　套袋天然授粉自交测定。结果见表 2。
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2007年 中　国　林　副　特　产 第 6期
表 2　套袋天然授粉自交亲和指数测定
单株编号 亲和指数 单株编号 亲和指数
A 1 0.05 A 6 0.07
A 2 0.09 A 7 0.13
A 3 0.04 A 8 0.04
A 4 0.10 A 9 0.09
A 5 0.11 A 10 0.06
　　表 2可以看出 ,套袋天然授粉的亲和指数变化范
围在 0.04 ～ 0.13 ,平均亲和指数在 0.078。该数字远
低于 0.5 ,自交基本上都不亲和 ,因此判定菘蓝为强自
交不亲和性。
2.1.3　蕾期人工授粉自交亲和指数测定。测定结果
见表 3。
表 3　蕾期人工授粉自交亲和指数测定
单株编号 亲和指数 单株编号 亲和指数
C1 0.85 C6 0.71
C2 0.92 C7 0.78
C3 0.87 C8 0.83
C4 0.74 C9 0.89
C5 0.79 C10 0.89
　　从表 3 可以看出 ,蕾期人工自交的亲和指数变化
范围在 0.71 ～ 0.92 ,平均亲和指数在 0.827 ,蕾期授粉
自交表现较好的亲和性。
这说明菘蓝有较强的蕾期自交亲和力 ,具有繁殖
自交系的能力。花期自交亲和指数小于 0.5判定自交
不亲和系的标准是根据菘蓝自身特性为依据制定的标
准 ,但上述判定标准不是一成不变的 ,因材料而异。菘
蓝花期自花授粉平均亲和指数<0.5 ,蕾期自交平均亲
和指数高于 0.8 ,这表明菘蓝具有具有很强的自交不
亲和性 ,同时又具备繁殖自交系的能力 ,可以用来选育
自交不亲和系 ,这为菘蓝杂种优势利用提出一条可行
之路。
2.2　花粉的形态观察
2.2.1　形态观察
显微镜观察显示:菘蓝花粉粒椭圆形 ,较饱满(如
图 a),呈浅黄色(如图 b),三沟花粉(如图 c);花药分为
四室 ,上面布满花粉 ,在花药开裂处花粉分布较密集
(如图 d)。
用于授粉花粉形态饱满 , 95%以上的花粉能够正
常着色 ,生活力正常。经过观察得出 ,相对的两花瓣夹
角在 120 ～ 150 度时花粉生活力较大;超过 180 度时 ,
花粉生活力直线下降。刚开花时花药与花丝的夹角
170度左右 ,当花药与花丝夹角 170～ 130 度时 ,花粉不
饱满 ,成熟度较低 ,花粉生活力较低;当二者夹角在
130～ 100 度时 ,花粉饱满 ,成熟度较高 ,生活力较高;
但是当二者夹角小于 100度时 ,花药干枯 ,花粉几乎散
尽 ,此时花粉过熟 ,生活力更低。柱头形态田间观察 ,
柱头生长正常 ,蕾期对柱头授粉可以结实 ,但是蕾期的
花粉却没有完全成熟 ,活力较差 ,这说明柱头发育要早
于花粉的发育;花期异花授粉可以结实 ,说明花期柱头
仍然具有生育能力。以上两点表明 ,花期自交授粉不
结实是自交不亲和性所致。
13
2007年 高延辉等:菘蓝自交不亲和性鉴定 第 6期
2.2.2　生活力测定
对上述植株用于授粉的花粉采用 0.5%的亚甲基
蓝 、0.5%的 TTC染色法 、I2-KI 染色法对花粉生活力
进行检测 ,统计生活力。结果表明 ,使用亚甲基蓝测定
的生活力为 99%,TTC染色法测定的生活力为 97%,
I2-KI染色法生活力为 99%。亚甲基蓝是根据花粉粒
的胞质存在与否判断其活力 ,此法迅速简便 ,与离体萌
发测定和种子形成测定有相关性 ,也能使衰老和死亡
的花粉着色 ,花粉的生活力估计偏高 ,有胞质的花粉粒
并不一定具有受精能力 ,未成熟和败育花粉也可正常
着色。TTC即 2 , 3 , 5 氯代三苯基四氮唑 ,是一种氧化
还原染料 ,其基本原理是:花粉中呼吸酶的活跃情况能
较正确地反映其生活力的强弱 ,同时氧化还原染料能
在呼吸酶的作用下着色 ,因此可根据着色情况来判断
花粉的生活力。而 I2-KI染色法是根据大部分正常花
粉呈圆球形且积累淀粉较多 ,通常 I2-KI可以将其染
成蓝色 ,发育不良的花粉常呈畸形 ,往往不含淀粉或积
累淀粉较少 ,用 I2-KI 染色 ,不呈蓝色 ,而呈黄褐色。
应用 I2-KI法对菘蓝花粉进行染色 ,效果并不明显 ,有
活力的花粉外壁呈蓝色 ,没有活力的呈黄褐色 ,显微镜
下不易分辨。但是 ,应用这 3 种方法同时测定花粉的
生活力 ,结果更加可靠。
2.3　柱头的形态观察
2.3.1　形态观察
柱头呈淡黄色(如图 e),属于闭合型柱头 ,其最顶
端长满柱头乳突细胞 ,便于接受花粉(如图 f)。
2.3.2　可授性测定
参照 Dafni的方法 ,用联苯胺 -过氧化氢法进行
测定[ 6] 。于盛花期 ,随机取即将开放的花蕾 、开花盛期
的花朵和开花末期的花朵各 100朵 ,取其柱头浸入含
有联苯胺 -过氧化氢的反应液(1%联苯胺:3%过氧
化氢∶水=4∶11∶22 ,体积比)中 ,随后制片置 Olym-
pus CX31RBSFA 型光学显微镜下观察其柱头的可授
性。柱头周围的反应液呈现蓝色并有大量气泡出现 ,
表明柱头具可授性。据观察发现三者柱头均有可授
性。其中开花盛期的柱头产生大量的气泡 ,产生速度
很快(如图 g);即将开放花蕾的柱头产生较多气泡 ,产
生速度相对缓慢(如图 h);开花末期的柱头产生少量
气泡 ,产生速度慢(如图 i)。由此可见柱头在开花前已
经成熟 ,而花粉在开花前不成熟 ,以上均符合异花授粉
植物的特性 ,说明菘蓝是异花授粉植物。
图 g　盛花期的柱头　　　　　图 h　含苞待放花蕾的柱头　　　　　图 i　末花期的柱头
2.4　果荚形态观察
2.4.1　天然杂交的果荚形态
短角果近长圆形 ,扁平 ,无毛 ,边缘具翅 ,成熟时紫
黑色。天然杂交是亲和的并且天然杂交能正常结实 ,
种子 1粒为多见 , 2 粒少见 ,椭圆形 ,淡褐色。
2.4.2　蕾期授粉自交亲和的果荚形态
果荚与天然杂交的形态无异(见图 j)。从图 j表明
蕾期授粉自交结荚较多 ,形态饱满 、种子能够正常孕育
至成熟。
2.4.3　花期授粉自交不亲和果荚形态
14
2007年 中　国　林　副　特　产 第 6期
图 k 表明 ,其大部分果荚形态空瘪 、瘦小 、不膨大 ,
其长宽不足成熟果荚大小的 1/5。解剖果荚观察 ,果
荚中空 ,其中没有孕育种子 ,表现明显的不亲和形态。
2.4.4　比较分析
花期人工自交几乎不结籽 ,蕾期自交结籽 ,说明导
致自交不亲和的因素出现在开花以后。
蕾期自交与天然杂交的结实效果近似相同 ,表明
蕾期授粉是克服菘蓝自交不亲和的有效方法。
对蕾期自交的种子进行单株留种 ,以便进一步培
育自交不亲和系 ,用于杂种优势的利用。
图 j ,蕾期授粉自交亲和的果荚形态　　　　　　　　　图 k ,套袋天然授粉自交不亲和的果荚形态
3　讨论
3.1　亲和指数法对于复总状花序 、花和花蕾又多又小
的菘蓝来说 ,尽管这种方法是十分费时费力的 ,但由于
这种试验方法具有直观性的特点 ,能留下 F1 代种子 ,
对于下一步繁殖选育菘蓝自交不亲和系具有其他方法
不可替代的可操作性。因此 ,本实验以此作为自交不
亲和特性的初步研究测定的方法。
3.2　亲和指数法要求在花期采取一些隔离措施 ,如用
密网阻隔飞行昆虫 ,用化学药剂阻隔爬行类昆虫 ,套袋
隔离和增大株距等措施[ 7～ 8] 。如果上述隔离措施不
好 ,则会影响到实验结果的准确性。本试验采取套袋
隔离方法 ,操作时注意摘除套袋的适宜时期 ,是确保试
验结果准确的主要措施。
3.3 　结籽情况还受授粉技术 、植株营养状况影响 、花
枝部位 、花龄 、花粉活力 、植株营养状况 、遗传因素等
内在因素影响;结籽期的光照 、温度和水分等环境因素
的影响[ 7]有待进一步研究。本实验亲和指数法测定时
注意选择花枝部位分枝一致 ,花期一致的进行试验操
作 ,授粉前对花粉生活力进行检测 ,以减少生育差异带
来的影响。同时选择光照不强 、温度适宜和无雨天进
行减少误差。
3.4　按照普遍认可的“对立因子学说” ,柱头产生抑制
物质在蕾期没有合成 ,蕾期自交可以结实的理论[ 8] 。
菘蓝自交不亲和性表现了蕾期高的亲和指数 ,花期较
低的亲和指数的趋势 ,与已往的研究的理论相符合。
菘蓝自交不亲和的机理 ,自交不亲和的 S 基因类型及
遗传方式有待进一步研究。
3.5 　杂种优势利用 ,关键是要解决制种的技术问
题[ 9] 。通过花期单株亲和指数低和蕾期亲和指数高的
双向选择。经过系统选育 ,可以选育出花期自交不亲
和性高 ,蕾期自交亲和性高的品系。对于将来培育稳
定的优良自交不亲和系 ,用于杂种优势制种及自交不
亲和系原种的繁育都将创造有利条件。该研究方法可
作为菘蓝自交不亲和性鉴定和自交不亲和系繁育的有
效方法。
参 考 文 献
[ 1] 　国家药典委员会.中华人民共和国药典[ M ] .北京:化
学工业出版社 , 2005:142-143.
[ 2] 　新医学院编.中药大辞典(上册)[ M] .上海:上海科学
技术出版社 , 1977:1250-1252.
[ 3] 　乔传卓 , 吴美枢 ,戴富宝 , 等.菘蓝多倍体育种研究[ J] .
植物学报 , 1989 , 31(9):678-683.
[ 4] 　宋尚伟 , 王兰菊 , 张晓伟 ,等.大白菜喷施 NaCl克服自
交不亲和性的研究[ J] .安徽农业科学 , 2003 , 31(5):
831-832.
[ 5] 　王晓佳 , 朱利泉.甘蓝自交不亲和性的测定方法[ J] .农
业生物技术学报 , 1998 , 6(2):195-198.
[ 6] 　Dafni A.Pollina tion ecology[ M] .New York:Oxfo rd
Unive rsity Pre ss , 1992:59-89.
[ 7] 　轩淑欣 ,张成合 ,申书兴 , 等.甘蓝自交不亲和系同源四
倍体的获得及亲和性[ J] .生物技术学报 , 2005 , 13(2):
258-259.
[ 8] 　曹寿椿 , 侯喜林 , 郝秀明.不结球白菜矮脚黄自交不亲
和系选育及繁种技术的研究[ J] .南京农业大学学报 ,
2002 , 25(1):111-113.
[ 9] 　杜敏.十字花科蔬菜自交不亲和系的选育和利用[ J] .
中国种业 , 2005 , (2):39.
作者简介:高延辉(1982-), 男 ,吉林省长春市人 , 吉林
农业大学在读硕士研究生 ,吉林农业大学研究生会副主席 ,
专业:药用植物。 E-mail:gaoyanhui123456@163.com
＊通讯作者:任跃英(1958-), 女 , 教授 , 博士生导师 ,
吉林省人参研究委员会理事 ,《现代中药研究与实践》编委会
编委 ,天然药物委员会委员 , 国家 GAP 检查员。 E-mail:re-
nyueying@yahoo.com.cn
15
2007年 高延辉等:菘蓝自交不亲和性鉴定 第 6期