全 文 ：植物学报 Chinese Bulletin of Botany 2014, 49 (4): 417–423, www.chinbullbotany.com
doi: 10.3724/SP.J.1259.2014.00417
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收稿日期: 2013-03-11; 接受日期: 2013-08-05
基金项目: 农业部公益性行业野生资源保护项目(农计发[2010]29号)
* 通讯作者。E-mail: synw_01@163.com
丹东蒲公英专性无融合生殖特性
宁伟1, 2*, 张建1, 2, 吴志刚1, 2, 马铭1, 2, 赵鑫1, 2, 李天来1
1沈阳农业大学园艺学院, 沈阳 110866; 2农业部东北野菜种质异位保存圃与鉴定中心, 沈阳 110866
摘要 采用田间去雄套袋、花粉活性与花粉管萌发观测等交配系统实验, 辅以染色体分析、胚囊发育观察以及流式细胞仪
检测, 对丹东蒲公英(Taraxacum antungense)生殖特性进行系统研究。结果表明, 去雄套袋情况下, 结籽率高达96%, 由此
证明交配系统具有极高的无融合发生率; 自花授粉不能萌发, 花粉活性仅为20.6%, 异花授粉虽可萌发, 但生长缓慢, 花粉
在到达子房前, 花粉管已停止生长并消失; 二分体时期, 合子端大孢子发育为功能性大孢子, 珠孔端大孢子退化消失, 经蓼
型发育, 形成7细胞8核, 卵细胞继续发育形成原胚, 中央细胞形成胚乳, 其它细胞退化消失, 花未开放前, 已形成球形胚。
此外, 丹东蒲公英为三倍体。流式细胞仪检测结果表明, 丹东蒲公英为专性无融合生殖, 胚乳自主发育。综合以上研究结果,
说明丹东蒲公英具专性无融合生殖特性。
关键词 无融合, 交配系统, 花粉萌发, 胚胎学, 流式细胞仪
宁伟, 张建, 吴志刚, 马铭, 赵鑫, 李天来 (2014). 丹东蒲公英专性无融合生殖特性. 植物学报 49, 417–423.
菊科(Compositae)蒲公英属(Taraxacum)植物主
要分布于北半球温带至亚热带地区, 我国有蒲公英
70种、1变种。蒲公英属植物存在无融合生殖、有性
生殖和兼性生殖等生殖方式(黄群策, 2000; 胡适宜,
2005)。菊科植物在繁殖上具有无需专化传粉者就能
有效扩散的机制以及良好的集群能力等共性特征(郝
建华等, 2009)。与此同时, 生殖方式多样性在菊科植
物种群繁衍以及进化方面都具有重要作用。但目前尚
未见对其生殖特性的研究报道与详细阐述。无融合发
生的方法研究不仅是研究进化、遗传和无融合工程的
必要前提, 而且是有性生殖植物中鉴别无融合突变的
有效方法(Pessino et al.,1999)。
黄群策(1999)总结出禾本科黍亚科21个属91个
种类为无融合生殖植物, 且均为多倍体。不同倍性飞
蓬(Erigeron speciosus) (Noyes, 2005)具有不同的生
殖特性。异源四倍体龙须草(Poa sphondylodes)具有
专性和兼性两种无融合生殖特性(姚家玲, 2005)。
Whitton等(2008)对欧洲蒲公英属植物繁育系统进行
研究, 得出二倍体蒲公英为有性生殖, 多数三倍体蒲
公英为专性无融合生殖, 少数三倍体以及四倍体蒲公
英为兼性无融合生殖, 但未对蒲公英属植物不同生殖
方式的生殖特性进行深入分析。
本研究以东北地区广泛分布的丹东蒲公英(Tara-
xacum antungense)为材料进行系统研究, 分析其交
配系统、花粉管萌发、胚囊发育及倍性等, 经流式细
胞仪检测, 并对其生殖过程进行系统观察, 以确定丹
东蒲公英生殖类型, 阐明无融合的发生发育特点, 为
揭示蒲公英无融合生殖特性提供理论基础。
1 材料与方法
1.1 材料
实验材料于 2008年 8月采集于吉林磐石干沟子
(126°3′E, 42°57′N), 经中国科学院生态研究所李冀
云研究员现场鉴定为丹东蒲公英 (Taraxacum an-
tungense Kitage)。将材料移栽于沈阳农业大学东北
野菜种质异位保存圃科研基地, 并实施常规生态模式
管理。2011年5月植株进入花期后进行田间以及实验
室观察测定。
1.2 方法
1.2.1 繁育系统研究
参照Dafni(1992)的标准对丹东蒲公英异交指数进行
·研究报告·
418 植物学报 49(4) 2014
计算。计算小花花粉胚珠比(P/O), 并按照Cruden
(1977)的标准判断其繁育类型。为研究丹东蒲公英生
殖类型, 以自然条件下丹东蒲公英花序为对照, 设以
下几个处理: (1) 套袋; (2) 去雄套袋; (3) 人工自交授
粉套袋; (4) 人工异交授粉; (5) 去雄去柱头。待种子
成熟后, 统计结籽率。

1.2.2 花粉活力观察
采用花粉活体萌发法对花粉活性进行测定。通过
PEG+ME3+不同浓度蔗糖实验, 筛选出最佳培养条
件, 对不同发育时期花粉活力进行测定。

1.2.3 花粉管荧光显微观察
于盛花期取不同授粉时期小花 , 参照Hiratsuka等
(2001)的方法, 并稍作修改。具体方法如下: 取新鲜
雌蕊在FAA固定液中固定4小时以上, 用蒸馏水冲洗
干净, 在室温下用8 mol·L–1NaOH软化12小时, 用冰
醋酸冲洗3次, 再用蒸馏水冲洗干净, 然后用0.1%水
溶性苯胺蓝染色4小时, 最后将整体雌蕊置于载玻片
上, 加1–2滴甘油, 用盖玻片轻轻压平。在Olympus
BX51型荧光显微镜下观察花粉管的生长情况, 并进
行记录和拍照。

1.2.4 胚胎学观察
从2011年5月开花后, 取不同时期花蕾, 用FAA固定
液进行保存。用常规方法进行石蜡切片, 切片厚度为
8–10 μm, 用番红 -固绿染色 , 中性树胶封片。在
Olympus PH型显微镜下观察并照相。

1.2.5 染色体数目观察
采用常规压片法进行根尖染色体观察(宁伟等, 2012)。

1.2.6 流式细胞仪检测
以成熟种子为材料 , 以嫩叶为对照 , 在Chopping
Buffer缓冲液(1.5 mL)中剪碎 , 经300目筛网过滤 ,
2 528 ×g离心10分钟, 弃上清; 余下DNA加PI染色
(每个样加1 mL), 摇匀, 避光15分钟, 然后用500目
筛网过滤, 摇匀, 上机检测。每次测定20 000个细胞。
检测结束后在流式细胞仪上得到各峰值相对倍性。
2 结果与讨论
2.1 繁育系统指标分析
由表1可知, 丹东蒲公英花序直径大于6 mm, 测量值
为3; 雄蕊先熟, 测量值为1; 雌雄异位, 测量值为1。
依据Dafni(1992)异交指数计算规则和标准, 丹东蒲
公英异交指数大于4, 繁育系统以异交为主。与此同
时, 丹东蒲公英单花花粉数量为2 487–3 582粒; 胚
珠数量为1个; 花粉胚珠比(P/O)为2 487–3 582。依据
Cruden(1977)的标准, 丹东蒲公英繁育系统为专性
异交。
丹东蒲公英花序小花数为166–253。经套袋和人
工授粉后, 检测其结籽率, 结果见表2。去雄套袋及去
雄去柱头处理与其它处理相比结籽率无显著差异, 均
高达96%。实验结果证明丹东蒲公英具有极高的无融
合发生率。
2.2 花粉管荧光显微观察
授粉0.5小时后, 只有少量花粉附着在柱头上并萌发
(图1A), 大部分花粉并没有萌发。授粉1小时后, 花粉
管向柱头延伸(图1B), 发现仅有1个柱头的花粉管荧
光强烈。2小时后, 花粉管进入花柱(图1C), 荧光比较
强烈, 但花粉管弯曲发生异常生长。3小时后, 花粉管

表1 丹东蒲公英杂交指数(OCI)和花粉-胚珠比
Table 1 Outcrossing index (OCI) and pollen-ovule ratio of Taraxacum antungense
Items Measured value Types of breeding systems
Corolla diameters 3
Temporal separation of female and male 1
Spatial separation of female and male 1
Outcrossing index 5
Out-crossing, partially self-compatible,
demanding for pollinators
Pollen No. per floret 2 948±538
Ovule No. per floret 1
Pollen-ovule ratio 2 948±538
Obligate xenogamy

宁伟等: 丹东蒲公英专性无融合生殖特性 419
表2 丹东蒲公英套袋实验结实情况
Table 2 Seed-set of bagged experiments for Taraxacum
antungense
Treatment No. Seed-set
ratio (%)
Natural (unbagged) 20 98.73
Bagged without emasculation 10 97.67
Emasculated+bagged 5 96.46
Hand-pollinated with self pollen+bagged 10 98.23
Hand-pollinated with outcrossing pollen+
bagged
10 98.89
Emasculation and cutting whole stigma 20 98.53


继续在花柱中延伸, 花粉管数量明显减少, 荧光减弱
(图1D)。4小时后, 花粉管发生断裂, 荧光变得更弱
(图1E)。授粉24小时后, 在花柱中央部位并未检测到
花粉管(1F), 表明花粉管在到达子房前就已经消亡。
这说明丹东蒲公英种子形成过程中没有发生双受精,
进一步证明丹东蒲公英具有专性无融合生殖特性。
2.3 花粉活性观测
经对不同PEG浓度和蔗糖浓度的培养基进行筛选(邢
艳萍等, 2012), 确定丹东蒲公英最佳花粉离体培养
条件为200 g·L–1PEG4000+ME3+5%蔗糖。实验结果表
明花粉萌发率处于较低水平, 仅为20.6%。
2.4 胚胎学证据
对不同发育时期丹东蒲公英小花进行石蜡切片观察,
发现其大孢子母细胞形成二分体后, 并未继续发育形
成四分体, 而是合子端大孢子继续发育形成功能性大
孢子, 珠孔端大孢子退化(图2A)。虽然形成7细胞8核
的胚囊(是连续切片统计结果, 还有1个助细胞在另外
一张图上, 未附图)(图2B); 但并没有停止发育, 胚囊
继续发育, 卵细胞液泡化(图2C)。卵细胞继续自主发
育, 中央细胞发育落后于卵细胞(图2D)。卵细胞形成
原胚后, 中央细胞开始发育, 并包围原胚(图2E)。胚
和胚乳细胞逐渐充满胚囊, 同时胚囊开始变形(图2F)。





图1 丹东蒲公英异株授粉后花粉粒的萌发情况
(A) 少量花粉在柱头上萌发; (B) 花粉管在柱头中延伸, 产生大量的胼胝塞, 有强烈荧光; (C) 花粉管进入花柱, 并弯曲延伸; (D) 花
粉管进一步沿着花柱维管束两侧的细胞间隙继续延伸, 但此时胼胝质减少, 荧光减弱; (E) 花粉管荧光变得更弱, 甚至发生断裂, 一
部分花粉管消失; (F) 花粉管在花柱中央位置时就已经消失。Bar=1 mm

Figure 1 Pollen grain germination conditions after cross pollination in Taraxacum antungense
(A) A few pollen germinates on stigma; (B) Pollen tube extension in the stigma and produce a large number of callus plug strong
fluorescence; (C) Pollen tube enter into the style, and bending outspread; (D) Pollen tube further along the style vascular bundle
on both sides of the intercellular space continue to extend, but the callose decrease, fluorescent abate; (E) Pollen tube fluores-
cence became more weak, even happen fracture, part of the pollen tube disappear; (F) In the central style did not found pollen
tube, showed that pollen tube has been disappeared. Bar=1 mm

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图2 丹东蒲公英胚胎学观察
(A) 二分体时期, 合子端大孢子发育为功能性大孢子, 珠孔端大孢子退化; (B) 7细胞8核胚囊; (C) 卵细胞液泡化, 反足细胞退化;
(D) 卵细胞先于中央细胞进行复制; (E) 中央细胞复制, 形成胚乳, 包围原胚; (F) 胚囊逐渐收缩; (G) 初步形成原胚, 反足细胞继续
退化; (H) 球形胚。SM: 功能性大孢子; DM: 大孢子退化; Cc: 中央细胞, Sy: 助细胞; An: 反足细胞; Eg: 卵细胞。Bar=0.5 mm

Figure 2 Embryology observation of Taraxacum antungense
(A) Dyad with degenerating and surviving megaspore in apomict; (B) Eight nuclear embryo sac; (C) Egg cell vacuolization, an-
tipodal cell degradation; (D) Egg cell reproduce prior central cell; (E) The central cell replication, form the endosperm, surrounded
primordial; (F) Embryo sac is gradually shrinking; (G) Form the proembryo, antipodal cell continue to degradation; (H) Globular
embryo. SM: Surviving megaspore; DM: Dyad with degenerating; Cc: Central cell; Sy: Synergid cell; An: Antipodal cell; Eg: Egg
cell. Bar=0.5 mm


之后反足细胞逐渐解体消失, 原胚形成(图2G); 并在
开花前形成球形胚(图2H)。这些变化均发生在花序未
开放之前, 因此断定为专性无融合, 生殖过程不存在
外来基因导入。
2.5 染色体数目
通过根尖染色体观察, 确定丹东蒲公英有24条染色
体(图3), 且为三倍体。
2.6 流式细胞仪检测结果
在丹东蒲公英叶片细胞中检测出1个峰(图4A), 在种
子中检测出2个峰(图4B)。第1个峰值为320, 第2个峰
值为640, 两者相比为1:2。这一结果无法用双受精理
论来解释, 表明丹东蒲公英发生无融合生殖。胚由未
减数卵细胞自发分裂(2C)形成, 胚乳由2个未受精极
核融合, 并自发复制形成(4C)。因此进一步确定其为
专性无融合生殖类型。
2.7 讨论
2.7.1 丹东蒲公英具有专性无融合生殖特性
胚胎学证据表明, 丹东蒲公英大孢子母细胞形成二分
体后, 其中1个退化, 1个继续发育, 形成7细胞8核胚
囊; 卵细胞继续发育形成胚; 中央细胞形成胚乳, 在
花序未开放之前已形成球形胚。这表明蒲公英形成时
无花粉刺激也可自主发育成种子。去雄处理后结籽率
仍高达96%, 结籽率与其它处理无显著差异。研究结
果与Van Dijk等(2003)对药用蒲公英(T. officinale)的
研究结论一致。由此可推断丹东蒲公英具专性无融合
生殖特性。此外, 丹东蒲公英染色体为三倍体, 花粉
离体萌发以及活体萌发实验表明其花粉活性极低, 柱
头上花粉附着较少(Mani and Saravanan, 1999), 花
柱中花粉管生长出现扭曲、断裂、消亡等异常情况, 未
宁伟等: 丹东蒲公英专性无融合生殖特性 421


图3 丹东蒲公英根尖细胞中的染色体(Bar=5 μm)

Figure 3 Chromosomes of root cell in Taraxacum antun-
gense (Bar=5 μm)


图4 流式细胞仪检测丹东蒲公英叶片和种子细胞DNA含量分布
(A) 叶片细胞DNA含量分布; (B) 种子细胞DNA含量分布

Figure 4 DNA content distribution in leaf and seed cell of
Taraxacum antungense conducted by flow cytometry
(A) DNA content distribution in leaf cell; (B) DNA content
distribution in seed cell


发现花粉管进入子房。
胚囊是否发生减数分裂以及卵细胞或中央细胞
是否受精(雄配子减数或未减数), 导致种子含有不同
倍性的细胞。例如, Allium tuberosum为兼性无融合生
殖, 其种子细胞存在2C:3C:5C, 存在假受精; Arabis
holboellii为兼性未减数配子生殖或二倍体孢子生殖
自主发育, 种子细胞存在2C:3C:4C三种倍性; Tarax-
acum officinale的种子存在2C:4C两种倍性, 为专性
无融合生殖(Matzk et al., 2000)。流式细胞仪检测技
术是快速鉴定生殖类型的一种方法。流式细胞仪检测
结果也证明, 丹东蒲公英为专性无融合生殖, 胚乳为
自主发育。综合以上实验结果, 可以断定丹东蒲公英
为专性无融合生殖类型。

2.7.2 无融合生殖的进化意义
我们认为蒲公英无融合生殖现象是对高纬度地区缺
乏传粉者的一种生殖适配。从地理分布来看, 蒲公英
属植物在高纬度地区多进行无融合生殖, 在低纬度地
区多进行有性生殖, 而其它地区为有性生殖与无融合
生殖混杂带(Van Dijk, 2003)。无融合生殖蒲公英胚和
胚乳不需要花粉刺激也可自主发育(Van Dijk, 2003),
这对新生境的适应非常有益(Richards, 2003; Wilson
et al., 2006)。无融合生殖由于没有外来基因导入, 后
代完全保持其母本基因组(Bicknell and Koltunow,
2004; Van Dijk and Vijverberg, 2005), 缺乏遗传多
样性, 在长期的自然选择中会逐渐被淘汰。因此无融
合生殖只是对不良环境的短暂适应, 是有性生殖受阻
的一种生殖补偿, 在长期的进化中还需要足够的时间
以积累有利突变, 达到一种稳定状态。
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宁伟等: 丹东蒲公英专性无融合生殖特性 423
Characteristics of Obligate Apomixis in Dandelion
(Taraxacum antungense)
Wei Ning1, 2*, Jian Zhang1, 2, Zhigang Wu1, 2, Ming Ma1, 2 , Xin Zhao1, 2, Tianlai Li 1
1College of Horticulture, Shenyang Agricultural University, Shenyang 110866, China
2Ex-situ Conservation Garden and Identification Center of Potherb Germplasm in Northeast China, Shenyang 110866, China
Abstract To determine the reproductive characteristics of the dandelion Taraxacum antungense, we examined the
mating system, pollen viability, pollen tube germination, embryo sac development, and ploidy. The apomictic ratio was
relatively high and the pollen viability 20.6%. Pollen could not germinate by self-pollination, but by outcrossing, it could
germinate with the slowly growing pollen tube. The pollen tube completed growth before reaching the ovary and then
degenerated. At dyad phase, the micropylar megaspore degenerated and the chalazal megaspore formed a functional
megaspore. The development pattern of the embryo sac is polygonum type. The egg cell and central cells convert to
embryo and endosperm, without fertilization, respectively. Before inflorescence, the globular embryo forms. Chromosome
counting confirmed T. antungense as triploid. Flow cytometry revealed that T. antungense is obligate apomictic, and the
development of endosperm is autonomous.
Key words apomixes, mating system, pollen germination, embryology, flow cytometry
Ning W, Zhang J, Wu ZG, Ma M, Zhao X, Li TL (2014). Characteristics of obligate apomixis in dandelion (Taraxacum
antungense). Chin Bull Bot 49, 417–423.
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* Author for correspondence. E-mail: synw_01@163.com
(责任编辑: 白羽红)