全 文 ：林业科学研究 2005, 18( 1) : 52~ 56
Forest Research
文章编号: 10011498( 2005) 01005205
地锦和五叶地锦种间杂交不亲和性初步研究
付彦荣1, 孙振元2, 赵梁军1, 韩 益1
( 1 中国农业大学园林系,北京 100094; 2中国林业科学研究院林业研究所,北京 100091)
摘要 :将地锦和五叶地锦杂交, 未能获得杂交种。对人工辅助自交和杂交后, 花粉萌发和花粉管生长情况进行了荧
光显微观测。观察发现:人工辅助自交后, 花粉粒可在各自柱头表面正常萌发,花粉管可伸入花柱内。将地锦和五
叶地锦杂交时,多数花粉粒不能在柱头表面萌发 ,或者花粉管呈卷曲、先端膨大、破裂等异常现象。授粉后 2~ 48 h
的花柱中,未观察到花粉管。由此推断, 地锦和五叶地锦之间的不亲和发生在柱头表面。
关键词:地锦; 五叶地锦;种间杂交; 不亲和性
中图分类号: S688 文献标识码: A
收稿日期: 20040610
基金项目: 863项目 地锦(爬山虎)种质资源创新及优良品种培育 ( 2001AA244031)
作者简介: 付彦荣( 1975 ! ) ,男,河北邯郸人,在读硕士研究生.
通讯作者: 赵梁军,教授, Email: Zhaolj5073 @ sinacom
Preliminary Study on Interspecific Incompatibility between
Parthenocissus tricuspidata and P. quinquefolia
Fu Yanrong 1, SUN Zhenyuan2 , ZHAO Liangjun 1, HANYi 1
( 1Department of Landscape Architecture, China Agriculture University, Beijing 100094, China;
2Research Institute of Forestry, CAF, Beijing 100091 China)
Abstract: The hybrids failed to get when crossing P tricuspidata with P. quinquef olia .Germination of pollen and growth of pollen
tube were studied by fluorescencemicroscope observation. The findings are as follows: pollens of P. tricuspidata and P. quinque
f olia could germinate on the surface of their stigmas, respectively. Pollen tubes could grow into styles. While crossing P. tricuspi
data with P. quinquef olia , most of the pollens could not germinate on the stigma. Even if germinated, the pollen tubes showed some
abnormity such as twinning, tip inflation and bursting. 2~ 48 h after pollinating, pollen tube was not observed in the styles of
mother parents. It can be concluded that the crossincompatibility was taken place on the surface of stigma.
Key Words: Parthenocissus tricuspidata: Parthenocissus quinquef olia ; interspecific hybridization; crossincompatibility
地锦( Parthenocissus tricuspidata ( Sieb etZucc)
Planch ) 和 五 叶 地 锦 ( Parthenocissus quinquefolia
Planch)是葡萄科( Vitaceae)爬山虎属的两种重要藤
本植物,在城市垂直绿化、荒漠覆盖、道路保护等方
面有很好的应用前景[ 1~ 3]。
地锦俗称爬山虎、爬墙虎, 原产于中国, 叶片呈
三裂状,吸盘发达,固着能力强, 生长速度慢。五叶
地锦又称美国地锦, 原产美国, 叶片呈五裂, 吸盘不
发达,固着能力稍弱,生长速度相对较快[ 1]。
为培育综合二者优点, 具备新观赏性状的杂交
后代, 2002 ! 2003年,笔者将地锦和五叶地锦相互授
粉,每年授粉小花数都在 3 000朵以上,但未能获得
杂交种子。因此,推断这两个种间存在一定的生殖
隔离( Reproduction Isolation)。本文基于地锦和五叶
地锦杂交未能获得杂种的现象, 通过对人工辅助自
交和杂交后花粉萌发和花粉管生长的观察, 试图找
出二者不亲和发生的时间和部位, 为克服不亲和性
提供理论依据。
1 材料与方法
11 材料
地锦和五叶地锦多年生、发育健壮的开花植株。
分别于开花前 15 d,选取 50个发育一致的花序挂牌
标记备用。
12杂交与采样
事先采集地锦和五叶地锦刚开放小花的花粉,
充分干燥后,于 4 ∀ 冰箱中保存, 授粉前做花粉育性
测定。从初花期至盛花期, 分别选取地锦和五叶地
锦接近开放小花,进行人工辅助自交和种间杂交, 常
规杂交操作。授粉后 2、8、16、24、36、48 h,采集授粉
后小花, 用卡诺氏液固定。每次采集小花 20个, 观
测15个小花花柱。
13 花粉育性测定
花粉活力测定采用TTC法[ 4]。35 ∀ 下, 15 min
后观测。有活力花粉在显微镜下呈粉红或深红色,
无活力花粉没有颜色。花粉萌发率测定参照何凤
仙[ 5]的方法。25 ∀ 恒温箱中培养 2 h后观测。以花
粉管超过花粉粒长度为萌发。花粉培养基配方: 50
g#g- 1H3BO3、500 g#g- 1Ca( NO3) 2#4H2O、200 g#g- 1
MgSO4、100 g#g- 1KNO3,琼脂 8 mg#g- 1,蔗糖浓度为
100 g#g- 1。
14 花粉萌发及花粉管生长观察
参照王灶安[ 6] 的方法进行荧光显微观测。
001%脱色苯胺蓝溶液( pH 值 82磷酸缓冲液配制)
中染色 4 h,沿子房顶部将花柱切下压片,在 Olympus
BH2落射式荧光显微镜下观察。激发滤光片为
BG12、阻断滤光片为 475, 激发光为黄绿色荧光。活
花粉粒和花粉管发出黄绿色荧光。
2 结果与分析
21 花粉活力及萌发率
亲本花粉活力的高低是杂交成功的前提。地锦
和五叶地锦花粉活力萌发率测定结果见表 1。
表 1 地锦和五叶地锦花粉活力和萌发率
花粉种类
花粉活力
观测花
粉数
有活力
花粉数
有活力花
粉率/ %
萌发率
观测
花粉数
萌发
花粉数
萌发花
粉率/ %
地 锦 216 203 944 305 29 95
五叶地锦 376 258 686 298 28 94
由测定结果可知,地锦和五叶地锦的花粉均表
现出较高的活力,但萌发率相对较低,这可能与选用
的萌发培养基和培养条件有关。花粉本身不是导致
杂交不结实的主要原因。
22 人工辅助自交时的花粉萌发与花粉管生长
对授粉后不同时间, 地锦花柱的荧光显微观测
发现: 授粉后 2 h,少量柱头上能观测到有花粉粒附
着,花粉数量很少, 未见萌发; 授粉后 8 h, 约半数柱
头上可观察到花粉粒, 花粉量增多, 少数花粉粒在柱
头表面萌发(图 1) ; 至授粉后 16 h,约半数花柱上的
花粉管长入了花柱内(图 2) , 24 h时,可观察到花粉
管沿花柱内的引导组织向下生长, 个别花粉管已生
长至花柱基部 (图 3)。在荧光显微镜下, 花粉管发
出黄绿色荧光, 花粉管平滑、伸展。至授粉后 48 h
时,大量花粉管长至花柱基部。
五叶地锦的观测结果与地锦类似, 授粉后 2 h
的柱头表面未见花粉萌发(图4) ;授粉后8 h, 部分花
粉粒在柱头表面萌发, 并开始进入花柱内(图 5) , 授
粉 24 h时, 多数花粉管生长至花柱中部,至授粉后
48 h,花粉管到达花柱基部(图 6)。
由以上观测结果可知, 人工辅助自交后,地锦和
五叶地锦的花粉粒可在各自柱头表面正常萌发, 伸
长的花粉管进入花柱后,沿花柱中的引导组织向下
生长,花粉管生长正常。对授粉后不同时间,不同状
态花柱比例做了统计(表 2)。
表 2 人工辅助自交后不同时间各种状态花柱比例
授粉后小时
数/ h
无花粉粒/ %
PT ∃ PT PQ ∃ PQ
有花粉附着
但未萌发/ %
PT ∃ PT PQ∃ PQ
有花粉萌发
但未进花柱/ %
PT ∃ PT PQ ∃ PQ
花粉管进入
花柱中/ %
PT ∃ PT PQ∃ PQ
花粉管生长至
花柱基部/ %
PT ∃ PT PQ ∃ PQ
2 867 733 133 267 00 00 00 00 00 00
8 400 200 333 467 200 266 67 67 00 00
16 200 267 133 333 133 200 534 200 00 00
24 200 200 67 200 200 200 466 400 67 00
36 200 ! 00 ! 133 ! 467 ! 200 !
48 267 400 67 00 00 133 333 334 333 133
注: PT代表地锦, PQ代表五叶地锦(下同) , PT ∃ PT, PQ∃ PQ分别表示地锦、五叶地锦自交;自交时所用花粉为同株异花的花粉。
53第 1期 付彦荣等:地锦和五叶地锦种间杂交不亲和性初步研究
23 杂交时的花粉萌发与花粉管生长
231 五叶地锦给地锦授粉( PT ∃ PQ)时的花粉萌
发和花粉管生长 当以地锦为母本, 授以五叶地锦
花粉时, 观察发现: 授粉 2 h 的柱头上有花粉粒附
着,但数量很少,一般不超过5粒; 多数授粉 8 h的柱
头上可看到花粉粒, 花粉量较多。部分花粉粒发生
水合作用(图 7) , 呈黄绿色, 圆形。个别花粉萌发,
但花粉管前端多膨大或分叉(图 8, 图 9) , 或者仅在
柱头表面生长, 不能穿过乳突细胞进入花柱内。16、
24、36、48 h 时采集的花柱中, 均未看到花粉管(图
10)。
232 地锦花粉给五叶地锦授粉( PQ ∃ PT)时的花
粉萌发和花粉管生长 对授粉后不同时间柱头的荧
光观察发现, 授粉后 2 h, 五叶地锦柱头表面可看到
花粉粒附着,有花粉粘附的花柱约占到观察花柱数
的一半。授粉 8 h的花柱上, 可见少量花粉萌发(图
11) ,但花粉管在柱头表面盘绕,不能进入花柱内(图
12)。此后的观测结果与 8 h的观测结果类似, 在花
柱内均未观察到花粉管(图 13)。
由以上观察结果可知, 将地锦和五叶地锦相互
授粉时,花粉粒不能在柱头表面正常萌发,或者花粉
管不能进入花柱中, 不亲和反应发生在柱头表面。
地锦和五叶地锦相互授粉后不同时间, 各种状态花
柱数量见表 3。
表 3 地锦和五叶地锦相互授粉后不同时间各种状态花柱比例
授粉后小时
数/ h
无花粉粒/ %
PT ∃ PQ PQ∃ PT
有花粉粘附在
柱头表面/ %
PT ∃ PQ PQ ∃ PT
有花粉粒发生
水合作用/ %
PT ∃ PQ PQ∃ PT
有花粉粒
萌发/ %
PT ∃ PQ PQ ∃ PT
花粉管进入
花柱/ %
PT ∃ PQ PQ∃ PT
2 667 533 266 467 67 00 00 00 00 00
8 133 267 800 600 67 00 00 133 00 00
16 133 ! 667 ! 133 ! 67 ! 00 !
24 267 67 600 866 133 00 00 67 00 00
36 200 267 733 666 00 00 67 67 00 00
48 267 267 733 733 00 00 00 0 00 00
注:短横线是指该时段未进行采样观察。
3 结论与讨论
( 1)弄清种间杂交障碍的表达部位和产生原因,
对克服远缘杂交障碍,获得远缘杂种具有重要意义。
地锦和五叶地锦刚成熟的花粉活力很高, 但萌发率
测定结果较低, 这可能与培养基的配比、蔗糖浓度高
低和培养条件有关。结合自交后花粉在柱头表面的
萌发情况来看, 花粉育性不是导致杂交不亲和的主
要原因。
(2)在自然情况下,任何一种植物开花时,有可能
接受本种的花粉和同时接受异种的花粉,但是,只有
具一定遗传背景的个体之间才能实现亲和性的交配。
人们从细胞学角度,已明确了受精作用中亲和不亲和
首先是一个花粉与雌蕊组织之间认可 或拒绝 的
识别反应[ 7]。地锦和五叶地锦人工辅助自交后, 花粉
粒可以在柱头表面萌发,随后花粉管伸入花柱内,花
粉管生长正常。地锦和五叶地锦自交时,没有观察到
不亲和反应。观察发现,授粉2 h所采柱头上观察到
的花粉粒数一般少于8 h所采柱头。一些其它的报道
中也见到类似情况[ 8]。发生这种现象的原因,可能是
授粉 2 h,花粉粒未能在柱头上牢固附着,在材料处理
的过程中,被冲刷下来; 而 8 h的柱头上, 花粉粒已牢
固附着,很少被冲刷掉的缘故。
( 3)许多育种实践表明, 远缘杂交存在不同程度
的不亲和性( Incompat ibility)。这是植物育种家进行
远缘杂交以转移优良性状基因的主要障碍。受精前
的生殖隔离即通常所称的杂交不亲和性。根据不亲
和的表达部位, 可分为柱头不亲和、花柱不亲和、胚
囊不亲和 3种类型[ 9]。将地锦和五叶地锦进行相互
授粉时,绝大多数花粉粒不能在母本柱头表面萌发,
即使能够萌发, 花粉管也会出现先端膨大、分叉、盘
绕等异常情况, 不能伸入花柱内部。这是导致二者
杂交不亲和的主要原因。地锦与五叶地锦杂交不亲
和发生在柱头表面, 属于柱头不亲和类型。基于以
上分析,通过一些克服授精前障碍的方法, 如辐射花
粉、花粉蒙导、柱头短截[ 7]等技术措施, 有望在一定
程度上克服地锦和五叶地锦的杂交不亲和性, 获得
杂交种。这方面试验正在进行中。
54 林 业 科 学 研 究 第 18 卷
55第 1期 付彦荣等:地锦和五叶地锦种间杂交不亲和性初步研究
符号说明:
花粉粒: pollen, P;花粉管: pollen tube, PT;花柱: style, Sl;柱头: st igma, Sg;乳突细胞: papillae cell, PC;未萌发花粉粒: Pi;
图 1 地锦自交后 8 h柱头,示花粉粒萌发(40∃ ) ;图 2 地锦自交后 16 h花柱,示花粉管进入花柱( 20∃ ) ;图 3 地锦
自交后 24 h花柱,示花粉管伸长至花柱基部( 40∃ ) ;图 4 五叶地锦自交后 2 h柱头,示花粉粒附着在柱头表面( 40
∃ ) ;图 5 五叶地锦自交后 8 h花柱,示花粉管进入花柱( 40∃ ) ;图 6 五叶地锦自交后 24 h花柱,示花粉管伸长至花
柱基部( 20∃ ) ;图 7 地锦 ∃ 五叶地锦 8 h柱头,示花粉粒水合(80∃ ) ;图 8 地锦 ∃ 五叶地锦 8 h柱头,示花粉管异常
( 80∃ ) ;图 9 地锦∃ 五叶地锦 48 h花柱,示花粉管异常( 40∃ ) ;图 10 地锦 ∃ 五叶地锦 48 h花柱,花柱内未发现花粉
管( 20∃ ) ;图 11 五叶地锦 ∃ 地锦 2 h柱头,示花粉粒附着在柱头上( 40∃ ) ;图 12 五叶地锦 ∃ 地锦 8 h柱头,示花粉
管在柱头表面缠绕(40∃ ) ;图 13 五叶地锦 ∃ 地锦 72 h花柱,示花粉管未能长至花柱内( 20∃ )
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56 林 业 科 学 研 究 第 18 卷