全 文 ：菘蓝生殖方式的初步研究
高延辉 , 任跃英 , 刘清玮 , 金洪丹 , 莫廷芝
(吉林农业大学中药材学院 , 长春 130118)
摘　要:对十字花科菘蓝属植物菘蓝的生殖方式进行观察 ,观察结果表明:(1)菘蓝花两性 , 四强雄蕊 ,花粉较
多 ,主要靠昆虫传粉;(2)P/O(花粉/胚珠)值为 9 426～ 28 280 ,属于异交繁育系统 ,其传粉过程观察 、自异交试
验及花粉在柱头上萌发的显微观察结果也证明菘蓝主要以异花传粉的方式进行交配;(3)菘蓝花期自交结实
率只有 7.8%, 具有较强自交不亲和性 ,自交不亲和的作用部位是柱头表面 ,属于孢子体自交不亲和型。
关键词:十字花科;菘蓝;生殖方式;开花式样;交配方式;花粉;柱头
中图分类号:S567.2　　　文献标识码:A　　　文章编号:1000-5684(2008)01-0040-04
Preliminary Study of Reproductive System of Isatis indigotica
GAO Yan-hui , REN Yue-ying , LIU Qing-wei , JIN Hong-dan , MO Ting-zhi
(College of Chinese Medicinal Materials , Jilin Agricultural University , Changchun 130118 , China)
Abstract:The reproductive system of Isatis indigotica in herbal garden of Jilin Agricultural University
was studied.The results showed that:(1)Isatis indigotica possesses hermaphroditic flower and many
pollens and its pollens are mainly carried by insects.(2)The ratio of pollen to ovule is from 9 426 to 28
280 and it belongs to cross breeding system.The mating pattern of Isatis indigotica is cross-pollination
according to the process of pollination , mating experiment and microexamination of pollens germination
in stigma.(3)The ratio of self-pollination in flowering season is only 7.8 percent because of its self-in-
compatibility.Furthermore , the self-incompatibility of Isatis indigotica acts on the surface of stigma and
this kind of phenomenon belongs to sporophytic self-incompatibility system.
Key words:Brassicaceae;Isatis indigotica;reproductive system;floral display;mating pattern;pollen;
stigma
　　菘蓝 (Isatis indigotica)又名大青根 、北板蓝
等 ,为十字花科菘蓝属二年生草本植物 ,以根和叶
入药 ,其地下部分为板蓝根 ,地上部分为大青叶。
菘蓝主要靠种子进行繁殖[ 1] 。优良品种的种子质
量是实现中药材规范化生产的基本保证[ 2] 。发展
我国的药用植物种子产业对于实现中药现代化 、
参与国际竞争具有重要意义。国内外对菘蓝的研
究主要集中在化学成分 、药理活性 、制剂工艺 、
GAP 种植 、质量控制 、指纹图谱以及临床应用等方
面[ 3-5] ,关于菘蓝生殖方式和自交不亲和特性方面
的研究至今尚未见报道。本试验研究了菘蓝生殖
方式 ,旨在为菘蓝种质资源评价 、筛选以及培育优
质菘蓝新品种提供基础性资料 。
1　材料与方法
1.1　试验材料及研究地区概况
试验用菘蓝种子采自吉林农业大学药用植物
标本园 。经任跃英教授鉴定 ,其母株为十字花科
菘蓝属植物菘蓝(Isatis indigotica)。于 2005 , 2006
年 4月下旬分 2次宽行条播于吉林农业大学试验

通讯作者
基金项目:吉林省科技发展计划项目(20020501)
作者简介:高延辉(1982-),男 ,硕士研究生 ,研究方向:药用植物栽培育种。
收稿日期:2007-04-25　　修回日期:2007-08-10
吉林农业大学学报　2008 ,30(1):40 ～ 43 http:// xuebao.jlau.edu.cn
Journal of Jilin Agricultural University E-mail:jlndxb@vip.sina.com
DOI :10.13327/j .j jlau.2008.01.013
田 ,行距 45 cm ,常规管理 。在第 2年现蕾开花期
进行生殖方式调查。试验区位于吉林省长春市东
南部 ,东经 125°18′,北纬 43°55′, 属温带大陆性半
湿润季风气候。1月份平均气温-16.3℃,7月份
平均气温 23℃。冬季最大积雪厚度可达 22 cm ,
最大结冰层厚度为 180 cm , 春季最大风速可达
30 m/ s。年度内降水不平衡 ,多集中在炎热的夏
季 ,具有明显的雨热同季特点 ,全年平均降水量
522 ～ 615 mm ,夏季降水量占全年降水量的 60%
以上。年平均无霜期 140 ～ 150 d。土质为黑土 ,
土层厚 0.6 ～ 1.0 m ,土壤肥沃 ,空气清新 ,无外来
污染和生物入侵 。
1.2　生殖特性观测方法
1.2.1　花部形态特征观测　盛花期随机取 2个
播期的植株正在开放的花各 50朵 ,在解剖镜下测
量花萼 、花瓣 、花柱 、花丝 、花药的大小 ,观察并描
述其形态特征。
1.2.2　开花习性观察　于蕾期随机选取大小 、
长势相对一致 ,无病虫害植株 50株 ,每株选取同
一部位 、生长发育状况基本一致的花序 20个 ,观
察单株上花序的开放顺序 、开花持续时间 、花序上
小花开放顺序 、每日开花数 、一日之中开花较为集
中的时段以及单花每日的开放及持续时间 、花药
开裂时间等。
1.2.3　花粉和胚珠比值(P/O)的测定　随机选
取10朵将要开放(花药未开裂)的花蕾 ,每一植株
上只取1朵 。将长花药与短花药分开 ,分别取下 ,
滴加 1.0 mol/L HCl 3 mL 水解软化药壁 , 然后解
剖花药 。将花粉移入离心管中 ,用蒸馏水定容至
1 mL。振荡数分钟 ,使花粉全部分散于液相 ,制成
悬浮液 。用移液枪吸取 1 μL的花粉液于载玻片
上。每个花药重复 10次 ,在显微镜下观察并统计
花粉数。将每朵花的子房置于载玻片上在解剖镜
下进行解剖 ,观察并统计胚珠数 。单花花粉数=
N×4+n ×2 , N 为长花药花粉数 , n 为短花药花
粉数 。P/O值=单花花粉数/单花胚珠数[ 6] 。
1.2.4　花粉活力测定　选取 5株试材 ,采集花
药刚刚开裂不久的花粉。将花粉混匀 ,置于载玻
片上 ,5 g/L 氯化三苯基四氮唑(TTC)染液染色 ,
在 35℃的温箱中放置 30 ～ 50 min 后压片 , 置
Olympus CX31RBSFA型光学显微镜下观察并统计
花粉活力[ 7] 。共观察 10个压片 ,每压片统计 3个
视野 。
1.2.5　花粉萌发的检测　于盛花期随机取不同
植株上正在开放且花药刚开裂不久的花 50 朵。
取下花粉并混合均匀 ,在适当添加硼酸和蔗糖的
MS培养基上 25℃恒温培养 。棉蓝-乳酸-酚染
色后[ 8] ,在光学显微镜下检查花粉的萌发状况。
对照组的培养基在上述改良 MS 培养基的基础上
适当添加同株柱头提取物 。将 2种处理于相同条
件下培养 、染色 、镜检 ,比较 2组培养基上花粉萌
发和生长情况的差异。萌发率=萌发花粉数/观
测花粉总数×100%。
1.2.6　柱头可授性测定 　应用联苯胺-过氧化
氢法[ 9]对柱头进行测定。于盛花期随机取即将开
放的花蕾 、完全开放和即将枯萎的花各 100朵 ,取
其柱头浸入含有联苯胺-过氧化氢的反应液[ V
(1 g/L联苯胺)∶V(3%过氧化氢)∶V(水)=4∶11∶
22]中 ,制片 ,置 Olympus CX31RBSFA 型光学显微
镜下观察其柱头的可授性 。
1.3　交配方式检测方法
1.3.1　自 、异交试验　随机选取试材 20株 ,分别
进行如下处理:①人工自花授粉。用作父 、母本的
试材于蕾期事先套袋 ,待开花后人工授粉自交;②
天然套袋自交 。不去雄 ,于蕾期用硫酸纸袋套袋。
③人工去雄异交。父 、母本于蕾期事先套袋 ,蕾期
人工去雄并授以异株花粉后再套袋 。
以5 g/L 亚甲基蓝 、5 g/L TTC 和 I-KI染色
法对父本花粉花粉生活力进行检测 ,离体培养检
测花粉萌发率;联苯胺-过氧化氢法[ 9]对柱头进
行测定并分别统计其花数及结实率 。
1.3.2　传粉媒介观察　在盛花期随机标记试材
30株 ,连续 10 d 对其传粉媒介进行观察 ,结合花
的形态学观察 、套袋试验以及田间昆虫活动情况
考证其传粉媒介。
1.3.3　花粉在柱头生长情况的显微观察　采用
自异交试验的 3种处理方法分别处理试验材料 ,
每隔 1 h用 FAA固定液分别保存授粉后的小花若
干。采用胡适宜的棉蓝-乳酸-酚染色法[ 8]对保
存后的或即时采回的新鲜材料进行染色 ,Olympus
CX31RBSFA型光学显微镜观察花粉在柱头上的
萌发情况 。
2　结果与分析
2.1　花器观察结果
2.1.1　花部形态特征　菘蓝复总状花序生于枝
41高延辉等:菘蓝生殖方式的初步研究
吉林农业大学学报 Journal of Jilin Agricultural University
顶。单个花序因其生长部位不一致 , 着生花数
13 ～ 60 朵不等。其中以主茎顶端最多 , 49 ～ 60
朵 ,一级分枝顶端 22 ～ 56朵 ,二级分枝顶端 13 ～
39朵;一级分枝靠近主茎顶端的开花较多 ,二级
分枝靠近一级分枝顶部的开花较多 ,靠近主茎底
部的分枝上着生的花数最少。花两性 , 萼片 4 ,绿
色 ,长 2.31 ～ 2.89 mm ,宽 0.83 ～ 1.42 mm;花冠十
字形 ,花瓣 4 , 黄色 ,长 3.75 ～ 4.80 mm ,宽 0.81 ～
1.69 mm 。四强雄蕊 ,花药淡黄色 , 4 室 ,为背着
药 ,纵裂且面向雌蕊开裂 。短雄蕊花丝长 1.00 ～
1.70 mm ,长雄蕊花丝长 2.07 ～ 2.82 mm 。子房上
位 ,侧膜胎座 , 1室 ,具 1 ～ 3枚弯生胚珠。
2.1.2　开花习性观察　菘蓝在开花式样上表现
为(1)植株顶端的花序最先开放 ,随后为距顶端最
近的一级分枝上的花序开放 ,并依次向下 。在整
个开花期间 ,花序轴边伸长 、边开花 ,随着侧枝的
不断生长 ,整个植株的花序变得较为疏松。(2)单
个花序上花的开放顺序是基部的花最先开放 ,随
后依次向上逐渐开放。(3)单花开放时花瓣展开
和花药开裂时间均与天气有关 。晴天时 ,花瓣向
外张开角度较大 ,约 90°～ 130°,当遇到强风暴雨
天气 ,花瓣收缩成半闭合状。长雄蕊花药开裂比
短雄蕊早。散粉开始时 ,长雄蕊的花药略高于柱
头 ,随着花的逐渐开放 ,长雄蕊上花丝继续伸长 ,
在整个变化过程中 ,开花后 1 d左右花丝拉伸长
度达到最大。菘蓝植株每天开花 25 ～ 31 朵。盛
花期每花序每天开 3 ～ 5朵 ,一般是同时开放 。单
花花期约 5 ～ 6 d ,雨天花期缩短至 3 ～ 4 d 。在晴
朗的天气 , 开花主要集中在 23:00 ～ 3:00 ,8:00 ～
12:00次之 , 1:00 ～ 5:00开花最少。气温较低或
阴雨天 ,其开花时间明显推后 ,甚至不开放。长雄
蕊花药一般在开花后 30 min花药开始开裂 ,而短
雄蕊的花药会延迟 2 h开裂。
2.1.3　花粉和胚珠比(P/O值)　结果显示 ,长
雄蕊上单个花药平均花粉数可达 4 780 ,短雄蕊达
4 580个 ,胚珠数目 1 ～ 3个不等 ,因此单花花粉数
约为 28 280 ,P/O 值为 9 426 ～ 28 280。显微镜下
观察发现 ,胚珠数目大多都是 2个 , 1个与 3个的
相对较少 ,尤以 3个的最少。但植株结果后观察
发现 ,种子多为 1个 ,2个的约有 1%, 3个的未发
现。
2.1.4　花粉活力　使用亚甲基蓝测定的花粉生
活力为99%,TTC 染色法测定的生活力为 97%,
I-KI染色法测定的生活力为 99%。3种方法测
定结果均在 95%以上 ,说明菘蓝花粉发育较为正
常。
2.1.5　花粉萌发率　25℃时 ,花粉置于添加蔗糖
和硼酸的 MS培养基上培养 1 h 后开始萌发 , 6 ～
7 h 达到高峰 ,8 h 萌发率达 90%以上 。但是 ,随
着培养时间的继续延长 ,花粉管长度却几乎没有
变化。而在添加了柱头提取物的对照组培养基
上 ,花粉萌发时间滞后约 1 h ,9 h时花粉萌发率最
高仅达 23%,说明柱头提取物对花粉萌发有抑制
作用 。经棉蓝-乳酸-酚染色后花粉管和花粉沟
处均呈蓝色 ,观察计数十分方便。
2.1.6　柱头可授性　显微镜下观察处理过的柱
头 ,发现完全开放的柱头上产生大量的气泡 ,且产
生速度很快;即将开放花蕾的柱头上也产生较多
气泡 ,但产生速度相对缓慢;即将枯萎的花朵的柱
头产生气泡最少 ,产生速度也最慢 。由此可见 ,完
全开放的花朵柱头活力最强 ,花蕾的柱头次之 ,即
将枯萎花朵的柱头已经几乎没有活力了 。
2.2　交配方式
2.2.1　自异交能力　套袋试验结果表明 ,菘蓝
人工自花授粉亲和指数[ 10](亲和指数=结籽数/
自交授粉花数×100%)为 11%,天然套袋自交亲
和指数7.8%,人工去雄异交亲和指数高达 93%。
由此可见 ,菘蓝应为异花授粉植物 ,自花授粉显示
出高度的自交不亲和性。
2.2.2　传粉媒介　经观察发现有许多昆虫出没
于菘蓝田间 ,以蜜蜂 、苍蝇为主 。显微镜下观察各
种昆虫的胸腹 、足等部位都粘有花粉 。昆虫在一
株植物上停留或盘旋 10 min左右 ,而后飞往另一
植株继续采食花粉 。微风吹过 ,空气中也有少许
花粉 ,但大风并没有使空气中花粉含量增加很多 ,
风速过大时 ,花瓣接近闭合状态 ,不利于散粉 。因
此初步判断菘蓝的主要传粉媒介是昆虫 。
2.2.3　花粉在柱头生长情况的显微观察　棉
蓝-乳酸-酚染色后的花粉粒 、花粉管和胼胝质
都显蓝色。当自花花粉落在柱头上 ,绝大部分花
粉不萌发 ,柱头乳突细胞内部出现蓝色的胼胝质
栓 ,即使有极少部分萌发出花粉管 ,也只是盘附在
乳突细胞周围或者刚穿过乳突细胞外壁就被胼胝
质栓抑制 ,不能继续向下生长;异花花粉落在柱头
上1 h后 ,花粉开始萌发 ,花粉管穿过柱头乳突细
胞外壁向下生长 ,乳突细胞不显色 ,也没有蓝色的
42　　吉林农业大学学报　2008年 2月
Journal of Jilin Agricultural University 2008 , February
胼胝质栓出现。由此可见菘蓝自花授粉不亲和的
主要抑制部位在柱头 ,表现为花粉在柱头不萌发 ,
或者生长受到抑制 , 符合孢子体自交不亲和特
征[ 11-12] 。
3　讨　论
有研究表明 ,在十字花科植物中 P/O值与其
交配式样有一定的关系。在所研究的 172种十字
花科植物中 ,异体受精类群的 P/O值较自体受精
的高 ,典型异体受精的植物 P/O值大于 3 500 ,而
自体受精的植物 P/O值小于 1 000[ 13] 。菘蓝 P/O
值为 9 426 ～ 28 280 ,远高于典型异体受精的植物
P/O值 ,符合异体受精的特性 ,与菘蓝自交不亲和
特性的试验结果相吻合。
对不同时期菘蓝花粉的观察研究发现菘蓝属
于三细胞花粉。据Graaf报道 ,三细胞花粉是异养
的 ,完全依赖雌蕊提供营养物质[ 14] 。在对菘蓝进
行离体培养时发现花粉管生长速度较慢 ,延长培
养时间花粉管长度几乎没有变化。这可能是由于
异养花粉需要柱头源源不断地提供营养以促进花
粉的萌发和花粉管的生长 ,而培养基提供的营养
物质只够花粉的萌发需要 ,对于花粉管的不断生
长来说远远不够 。
在试验中发现应用 I-KI法测定菘蓝花粉生
活力 ,观察相对困难 。有生活力的花粉外壁的外
缘呈现蓝色 、内部呈现黄褐色 ,没有生活力的花粉
整个都显黄褐色 ,因此在光学显微镜下不易区分。
其花粉内部不显蓝色的原因可能与菘蓝花粉特殊
的形态结构和花粉中淀粉含量有一定关系。
菘蓝自花授粉亲和指数很低 ,表现出高度的
自交不亲和性。自花授粉柱头染色后观察发现菘
蓝符合孢子体自交不亲和的特点 ,即花粉生长的
抑制部位在柱头 ,而柱头提取物抑制培养基中花
粉萌发试验也进一步证实了花粉萌发受柱头浸提
物的抑制 。但是菘蓝自交不亲和的分子机制是否
与十字花科常见的孢子体自交不亲和植物甘蓝 、
大白菜等一致还有待进一步研究。
本试验对菘蓝传粉方式仅进行了初步的定性
分析 ,有关风力传粉的比率尚不清楚 ,有待于进一
步研究。
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