全 文 ：第 1 卷 第 2 期
1 9 8 8 年 选月
林 业 科 学研 究
FO R E S T R E S EA R CH
V o l
。
1 , N o
。
2
A Pr
。 , 1 9 8 8
克服杨树远缘杂交受精前障碍的研究 *
张绮纹 苏晓华
(中国林业科学研究院林业研究所 )
关键词 杨树 ; 远缘杂交 ; 受精前障碍 ; 正 己烷
进行杨树有性控制杂交是杨树遗传改 良有 效 途 径 之 一 , 但 是 杨 属 (p 叩。Ivs ) 派 间
(Se e tio n )杂交 , 尤以白杨派(Sec t . le u e e )和胡杨派 (Se e t . t u k a n g a )树 种与其它各派树 种
杂交存在严重不亲合性 。 不亲合性的障碍经 G u r ie s和Ste ttler 、W illin g 和Pr y o r 、 S te ttle r 、
李文铀等人试验作如下报道 : ¹ . 受精前的障碍即花粉粒在柱头表面花粉管不能正常萌 发 或
进入柱头〔2 , “J; º . 受精前障碍即花粉管进入柱头在花柱基部停滞不前囚 ; » . 受精 前障碍花粉
管在子房腔中异常缠绕 [ ‘卜¼ . 部分双受精不能正常进行I略 , “卜 ½ . 受精后的障碍即胚与胚乳发
育不协调 [“J。 在杨树远缘杂交中 , 杨树育种学家根据受阻的主要部位 , 采取有效措施克服这
种障碍 , 以便获得健壮的杂种 。
对于受精前的障碍 , 1 9 8 0年 S t e tt le r 等人报道美洲山杨 ( p . t r e 二u lo id e s ) x 毛 果 杨 ( P .
汁ic 加ca rP a) 即白杨派树种与青杨派树种杂交时花粉管在柱头出现延伸或扭曲而不能进 入 柱
头 , 表现严重不亲合[ ‘J。 为了克服这种受精前的障碍 , 一些学者指出 , 可 以用化学溶剂处理
花粉和柱头 以刺激花粉粒的萌发与花粉管的生长 。 W il i n g 和 Pr yo r 在杨树远缘杂交中用正
己烷 (H e x a n e )有机溶液处理花粉与柱头取得较好的效果 [ “] 。 但到1 9 50年 , S te tt le r 、 K o s t e r
和 S te n a c k er s 报道 , 在杨树种间杂交试验中用正己烷溶液处理花粉与柱头取得否 定 的 结
果 [‘1。 本文作者在 19 8 5年预备试验的基础上 , 19 8 6年用正己烷溶液处理杨树派间远缘杂交 4
个组合的花粉和柱头的试验以寻求克服杨树远缘杂交受精前书章碍的方法 。
一 、 试验材料与方法
(一 ) 杨树远缘杂交材料
我们采用派间组合以白杨派的银白杨为母本 , 黑杨派 ( Sec t . al ge lros )的欧洲 黑 杨、 美
杨 、 山海关杨及青杨派 ( Sec t . T A C A M A H A CA )的小叶杨为父本 。亲本的材料状况见表 1 。
表 1 远 缘 杂 交 原 始 材 料
中 / 名 、 , 名
{
性 另。⋯采集时 间(年 、 月 ) { 采 集 地 点 材料状 况
早爪。
青 杨 派
银 白 杨 ( P . albo )
欧洲黑杨 ( P . n fg r。 )
美 杨 (P . 日i夕ro v a rl a l i e a )
山海关杨 ( P . d e lto i d e s S h a n
H a i G u a n )
小 叶 杨 ( P . s‘仍。”fi )
1 98 6
.
1
19 8 6
.
1
19 8 6
.
1
1 98 6
.
1
北京中国林科院内
新粗玛纳斯
北京卧佛寺
河北北戴河
一个无性系
一个无性系
一个无性系
一个无性系
1 98 6
。
1 北京卧佛寺 一个无性系
本文于19 8 7年 11月 11日收到。
* 本文 承中国林科院林研所徐纬英教授 、 李文锢教授审阅 , 特此致谢 。
2 0 2 林 业 科 学 研 究 1 卷
供试正己 :境含水 量为 0 . 0 5 %
(二 ) 试验设计
四个杂交组合即 : 银 白杨 K 欧洲黑杨、 银 白杨 X 美杨、 银 白杨 x 山海关杨 、 银白杨 x 小
叶杨。 每一组合做四 种处理 , 一种是对照 ; 二是用正己烷处理花粉 , 然后进行授粉 , 三是用
正己烷处理柱J ; , 然后用未处理过的正常花粉授粉 , 四是用正己烷分别处理花粉和柱头 , 然
后授粉 。 每一处理川银 白杨雌花两个花序 , 每一组合 8 个花序 。 为了消除花枝生理状态对试
验的影响 , 每一处理有三次重复 。
198 0年 St et tl er 在试验报告 中报道采用正己烷溶液处理花粉 , 分 别 浸 泡 5 、 10 、 15 分
钟 , 其结果浸泡 5 分钟的效果最好 〔‘l。 因此我们在试验中采用正己烷溶液浸泡 5 分钟 , 气干
后立 即授粉 。 根据 W il in g 的试验 [“〕, Jl正己烷处理柱头 时 , 我们用镊子将银 白杨的雌花苞
片剥下 , 露出柱头后用笔尖沾正 己烷点 白柱头上 。
在一月份将雄花枝先入温室 , 切枝水培 , 室温控制在 10 一25 ℃ , 相对湿度为50 % 。 开花
前套袋隔离 , 分另lJ将花粉收集在经过消毒的二重皿内 , 放入 2 一 4 ℃ 冰箱中干燥器内待用 。
在二月份将雌花枝入室 , 花芽膨大后即套袋隔离 , 柱头刚从苞片露出后授粉 。
观测内吝包括 : 正常花粉和 : 1三己烷处理花粉的发芽测定 ; 对每一组合各处理授粉 2峨小时
后花粉在柱头上的行为进行电镜扫描观测 (SE M ) , 每一组合各处理杂交种子的品质和数量 的
测定。
二 、 试 验 结 果
(一 ) 正 己烷溶液对花粉发芽力的形晌
我们将收到的欧洲黑杨 、 美杨 、 山海关杨和小叶杨花粉分别用正 己烷溶液浸泡 5 分钟 ,
正己烷的用量以淹没花粉为适 。 气干后 , 同时做上述四种花粉用正己烷处理和未做处理的花
粉发芽试验 。 花粉发芽试验所用培养墓为 5 %蔗糖和。. 8 %的琼脂 , 培养24 小时后 镜 检 。 其
结果 (见衷 2 )正己烷洛液处理花粉 5 分钟对提高或降低花粉发芽力 .均没有明显的效果 。
表 2 正己姚处理后花粉发芽试脸
花粉发芽率
(% )
处 理 欧 洲 黑 杨
正 己烷处理的 {仁粉
未 处 理 (对 照 )
46
.
8
4 2
.
2
笼 杨
2 3
.
0
3 2
.
0
种
山 海 关 杨
3 8
.
3
3了. 4
叶 杨
3 7
.
9
4 1
.
3
(二 ) 花粉在柱头表面行 为的电能观洲
S te 川er 等人在杨树种间杂交试验中认为杨树有性杂交能否成功是受多种因素控 制 , 但
是在授粉后花粉粒在柱头上的行为可以做为杂交亲合性指标之一【‘l。 花粉粒在柱头 _日于为主
要包括花粉粉水 汗作用 ; 花粉粉形状及伸入柱头长度 。如果授粉后花粉粒 介:柱头表面大部分能
水合 , 并 日出现短花粉粉 , 花粉竹能伸入柱头 , 那说明杂交亲合力强 , 受精前障碍愈小 。
本试验对 _ 1几述四种组合 , 征一组合的四种处理 , 做授粉后 2 4小时电镜扫描观测 。 常规收
集的花粉粒和 )}如卜己烷处理气干后的花粉粒均呈脱水状态 , 表面呈不规则摺皱 , 花粉粒落到
2 期 张绮纹等 : 克服杨树远缘杂交受精前障碍的研究 2 0 3
柱头后 , 大部分能水 含, 花粉粒直径长轴在 17 一 2 6林m 之间 , 短轴在 16 一 23 协m 之间 。 花 粉
粒在柱头上水合后 , 花粉管萌发呈三种状态 : ¹ 短管形 : 花粉管的长度近似花粉粒的直径或
略长 , 花粉管能正常伸入柱头 (图版 I ~ 1 , 2) 。 º 扭曲管 : 花粉管的长度要比花粉粒直径长
得多 , 花粉管有扭曲和不规则的膨胀 , 少量的花粉管能伸入柱头 (图版 工一 3 ) 。 » 延伸管 :
花粉管的长度大大超过花粉粒的直径 , 花粉管沿乳头状突起的柱头表面延伸 , 少量的花粉管
能伸入柱头 (图版 工一 4 ) 。 现将 4 个组合 , 每一组合的 4 种处理后萌发花粉粒数 (包括短管 、
扭曲管和延伸管 ) 占授粉花粉粒数的百分比及在每一组合 l 处理和 4 处理中短花粉管占 花 粉
粒的百分比列表 3 。
正己烷处理后授粉花粉管的萌发
银 白杨 x 欧洲黑杨
银白杨 x 美杨
布及白杨 x 山 海关杨
银白杨 x 小叶杨
~
- 生些翌丝笙匕一一卜里竺生 ~ 二竺里一 {一一一二华生一有花 粉管 占 」短花粉管占 {有花粉管占 一有花粉管 占 }有花粉管占 !短花粉管占花粉粒% { 花粉粒% { 花 粉粒 % 花粉粒% } 花 粉粒 % { 花粉粒%
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·
20
经方差分析 , 2 、 3 、 4 处理与对照没有显著的差异 。 这个结果说明用正己烷处理花粉
或柱头 , 对于远缘杂交中花粉粒在柱头表面花粉管的生长 , 尤其对短管形成没有明显的作用 。
在上述远缘杂交四个组合中 , 银白杨 x 小叶杨的花 粉管占花粉粒百分率 , 尤其短管形成率均
高于其它三个组合 , 这说明白杨派与青杨派树种的亲缘关系近于白杨派与黑杨派之间 , 派间
杂交亲合力强 , 比黑杨派和白杨派的树种杂交容易产生杂种 。
(三 ) 杂种种子的数量和品质
上述四个组合的四种处理远缘杂交授粉后 , 于 4 月中旬种子成熟 , 分别按组合和处理套
袋 收种 。 用获杂种的收量和品质来进一步检验用正己烷处理花粉和柱头对克服远缘杂交受精
前障碍的作用 。 结果见表 理 。
表 4 正 己烷处理杂交后杂种的品质与数量
、冬火_ 『处 ’ ⋯一组 七\ ~ 理 }一公 一、\ {粒
‘卫 星斗一华一一千粒重 ( m g )l 粒 数 1 千粒重 ( m g ) 3 { 4数 {千粒重 ( m g ) 数 } 千粒重 ( m g )
银 白杨 又 欧州黑杨
银白杨 义 美杨
银白杨 只 山海关杨
银 白杨 X 小叶杨
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l : 11 } : 6 J
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⋯__
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232
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19 2
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7 2
18 1
44洲
nJ几”†八山‘八 生J‘二,工O州上曰2一.一
每一组合三种处理的种子数和千粒重与对照做方差分析 , 其结果均无显著性差异 , 也没
有规律性变化 。 因此 , 在克服远缘杂交受精前障碍 , 用正 己烷处理花粉和柱头 , 以提高花粉
管进入柱头的百分率均无明显效果 。 但用同一母本银白杨授于不同父本欧洲黑杨 、 美杨、 山
海关杨及小叶杨花粉所获种子数和千粒重是不同的。 实验结果表明 , 白杨派与青杨派树种杂
交所获种子数多而千粒重小, 而自杨派与黑杨派树种杂交所获种子数少 , 但千粒重大 。
2 0
‘
t 林 业 科 学 研 究 l 卷
三 、 讨 论
杨树派间远缘杂交 , 尤其是白杨派与黑杨派和青杨派的树种杂交存在着严重不亲合 , 这
在长期育种实践中已被人们所共知 。 受精前不亲合的障碍 , 在本试验中观测到的花粉粒在白
杨派树种柱头上有一部分不能水合 ; 部分水合的花粉粒生长的花粉管很大比例呈扭曲管和延
伸管 , 这两种管大部分不能进入柱头 , 这与前人在杨树种间杂交试验观测的结果相一 致 〔’, “j。
对于这种障碍如何排除 , 世界有关育种学家报道不多 。 我们根据 W il in g 的经验 , 用正己烷
处理花粉和柱头没有取得明显效果 。 值得提醒的是在试验处理 3 和 4 巾 , 即用正 己烷处理柱
头的用量要特加小心 , 否则会将整个柱头烧坏而导致试验失败 (图 版 工一 5 )。 此外 , S tet t !er
等人 1 9 5 0年在欧洲山杨 (p . tr e二 u lo fd e s ) 火 毛果杨 (P . t : fe入o c a ; p a )杂交中J月正己烷处理 花粉
后 , 花粉粒在柱头上不能水合 , 出现干瘪现象 , 导致试验失败也是值得注意的。
1 9 7 6年 W il li n g 在杨树种间杂交试验中 , 克服杂交不亲合障碍有效方法之一是将不亲合
的花粉粒附上亲合花粉制作的油脂膜 (T ry p hi n e) , 再进行授粉 [ 3 J。 这种花粉油脂膜制 作 方
法是将花粉连续浸泡在正己烷溶液中 , 当溶液中出现淡黄色类脂物质 , 时将上清液取出花粉滤
掉即可 。 他在美洲黑杨 (尸 . d o ltof d e : ) x 银白杨 (P . al ba) 杂交时 , 将银 白杨花粉粒附上美洲
黑杨花粉粒 制作油脂膜后再进行授粉 , 收到了较好效果。 其道理作者报道不多 , 我们认为花
粉粒细胞壁都含有生活的蛋白质 , 外壁蛋 白具有基因型的特异性[ 6 ] , 传粉后与柱头相互识另l]
过程起主要作用 。 而 T ry p hin e 油脂液恰是将花粉粒外壁蛋 白游离出来 , 因此在远缘杂交中
这种识别蛋 白起了作用。 这种方法虽然在本次试验未涉及到 , 但可在今后 试验探 讨中使川 。
今 考 文 献
〔1〕S te tt le r , R . F . , K o st e r , R . a n d S te e n a e k e r s , V . , 一9 8 0 , In te r s p e c i fie e r o s s a b i lit y s t u d ie s in
p o p la r s
,
T h e o r
.
A p p l
.
G e n e t
. , 5 5 : 2 7 3一 2 5 2 .
[ 2〕 G u r 通e s , R . P . a n d S te t tle r , R . F . , 1 日7 6 , P r e 一 fe r t iliz a t io n B a r r ie r s to H y b r id iz a t io n i ll t卜 :
Po Pla r s
,
S ilv a e G e n e t ie a
,
2 5
,
37一连3 .
〔3〕W i llin g , R . R . a n d P r y o r , L . D . , ] 。76 , In te r sp e e lfie Ily b r id isa t io n in Po p la r , T he o r .
A Pp l
.
G e n e t
. ,
4 2
; 14 1一 1 5 2 .
〔们 李文锢 、 朱彤 , 1 986 , 胡 杨与小叶杨远缘杂交不亲和 的障碍 , 林 业科学 , 2 2 < 1 ) : 1 一 8 。
[ 5〕赵世绪 , 1 98 0 , 作物胚胎学 , 农业 出版社, 3 5一3 7 , 12 8一 1 3 2 。
2 期 张绮纹等 : 克服杨树远缘杂交受精前障碍的研究 2 0 5
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