全 文 ：园 艺 学 报 2012，39（4）：655–660 http: // www. ahs. ac. cn
Acta Horticulturae Sinica E-mail: yuanyixuebao@126.com
收稿日期：2011–12–12；修回日期：2012–03–02
基金项目：现代农业产业技术体系建设专项（CARS-25-A-01）；中国农业科学院作物科学研究所中央级公益性科研院所基本科研业务费
专项（2060302-02-12）；农业部园艺作物生物学与种质创制重点实验室项目
* 通信作者 Author for correspondence（E-mail：rifei.sun@caas.net.cn）
菜薹—青花菜种间三倍体 AAC 的合成及其生殖
特性研究
乔海云，李 菲，张淑江，章时蕃，张 慧，孙日飞*
（中国农业科学院蔬菜花卉研究所，北京 100081）
摘 要：以菜薹—青花菜异源双二倍体（AACC）为桥梁亲本，通过与亲本菜薹（AA）回交获得了
菜薹—青花菜种间异源三倍体 AAC。该三倍体总体形态介于菜薹与青花菜之间，生长势较强，经根尖染
色体鉴定，具有预期的染色体数 2n = 3x = 29；花粉生活力及单个花蕾的花粉量都明显的低于菜薹和青花
菜；减数分裂时期染色体行为复杂，在中期Ⅰ、后期Ⅰ、中期Ⅱ和后期Ⅱ存在落后染色体，后期Ⅰ染色
体不均等分离，有 15/14、16/13 等多种分离方式，形成染色体数不等的配子。
关键词：菜薹；青花菜；异源三倍体；种间杂交；减数分裂
中图分类号：S 634.5；S 635 文献标识码：A 文章编号：0513-353X（2012）04-0655-06

Synthesis of Allotriploid（AAC）Through Hybridization Between Flowering
Chinese Cabbage and Broccoli and the Preliminary Research on
Reproductive Characters
QIAO Hai-yun，LI Fei，ZHANG Shu-jiang，ZHANG Shi-fan，ZHANG Hui，and SUN Ri-fei*
（Institute of Vegetable and Flowers，Chinese Academy of Agricultural Sciences，Beijing 100081，China）
Abstract：The allotetraploid hybrids （AACC，2n = 4x = 38）derived from the hybridization between
flowering Chinese cabbage（Brassica campestris L. ssp. chinensis var. utilis Tsen. et Lee）and broccoli
（Brassica oleracea L. var. italica Planch） were as the female parent，through backcrossing with parent
flowering Chinese cabbage（AA），the allotriploid hybrids with AAC genomes were obtained. The
allotriploid hybrids（AAC）were strong in growth and with the characters of both parents（flowering
Chinese cabbage and broccoli）. Cytological identification revealed that the allotriploid hybrids had the
anticipative chromosomes （2n = 3x = 29）. The pollen viability and pollen number of one flower bud were
lower than flowering Chinese cabbage and broccoli. The pollen-mother-cell’s meiotic chromosome
behavior of allotriploid was complicated，such as the occurrence of chromosome lagging at metaphaseⅠ，
anaphaseⅠ，metaphaseⅡ and anaphaseⅡ and the chromosome distribution at anaphaseⅠwas unbalanced，
having 15/14，16/13 and so on. The complicate chromosome behavior in meiosis resulted the forming of
gametes with different chromosome number.
Key words：flowering Chinese cabbage；broccoli；allotriploid；interspecific hybridization；meiosis

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十字花科芸薹属植物远缘杂交创造异源多倍体的研究国内外已有许多报道（冯午和陈耀华，
1981；Yasuo，1983；Bajaj et al.，1986；顾爱侠 等，2006；满红 等，2007；任艳蕊 等，2010）。
这些人工合成的异源多倍体不仅为品种改良提供了基础材料，而且促进了异附加系的创建研究。如
利用人工合成的异源三倍体，Chen 等（1992）创建了白菜—芥蓝的部分单体异附加系；桑丹等（2008）
创建了大白菜—结球甘蓝的部分单体异附加系；陈雪平等（2010）创建了菜薹—芥蓝部分二体异附
加系。创建的这些异附加系是用于基因定位的有效材料，在作物遗传改良上亦具有十分重要的作用。
本课题组进行了菜薹与青花菜的种间杂交研究，并获得了菜薹—青花菜种间异源双二倍体。在
此基础上，本研究中采用菜薹（Brassica campestris L. ssp. chinensis var. utilis Tsen. et Lee，AA，2n =
20）—青花菜（Brassica oleracea L. var. italica Planch，CC，2n = 18）异源双二倍体（AACC）与菜
薹（AA）回交的方法，合成染色体组为 AAC 的菜薹—青花菜异源三倍体，为进一步向菜薹中转移
青花菜的优良性状，以及创建菜薹—青花菜异附加系奠定基础。
1 材料与方法
1.1 材料
菜薹、菜薹—青花菜异源双二倍体均来源于中国农业科学院蔬菜花卉研究所白菜育种课题组。
菜薹为‘四九皇菜心’高代自交系材料；菜薹—青花菜异源双二倍体为本课题组通过菜薹与青花菜
远缘杂交获得的中间材料。
1.2 异源三倍体的获得与鉴定
试验材料于 2009 年冬季播种于中国农业科学院蔬菜花卉研究所阳畦，经低温春化处理，于 2010
年春季定植于塑料大棚，常规栽培管理。以菜薹—青花菜异源双二倍体为母本，选择 1 ~ 3 d 后开放
的花蕾，人工剥蕾去雄，用新鲜的菜薹花粉授粉，套袋隔离，挂牌标记。约 30 d 后收获成熟的种子，
低温干燥保存。
将获得的大小不同的种子接种于 1/2MS 培养基上生根培养，在根长至 0.5 ~ 1.0 cm 时，切取根
尖放入饱和对二氯苯中预处理 2.5 h，转至卡诺固定液于 4 ℃固定 24 h，再换至 70%乙醇中，4 ℃
保存备用。染色体制片采用酶解去壁低渗法，选取分散较好的分裂相，计算染色体数。统计至少 30
个以上细胞作为该植株的染色体数并拍照。
1.3 异源三倍体的形态特征及花粉特性观察
观察、记录异源三倍体植株生长发育不同阶段的形态学变化。花粉特性的观察：将新鲜花粉直
接涂在载玻片上，用醋酸洋红染色，显微镜下随机观察、拍照，计算花粉生活力。花粉生活力（%）=
有活力的花粉粒数/观察花粉总粒数 × 100。单个花蕾花粉量的测定：取未散粉的成熟花药 6 枚，置
于小玻璃管中，准确加入 10%的蔗糖溶液 1 mL，用小玻璃棒挤压花药，使花粉悬浮于溶液中，然后
用 25 格 × 16 格的血球计数板计数，重复 10 次，计算出的 1 mL 溶液中的花粉粒数，即是单个花蕾
的花粉量。
1.4 异源三倍体减数分裂时期的染色体行为观察
上午 8：00—9：00，取异源三倍体初花期适宜大小的花蕾（1 ~ 2 mm），直接用卡诺固定液固定
24 h，然后用蒸馏水冲洗 3 次，常规压片法制片，醋酸洋红染色，Zeiss Axioskop 40 显微镜下对制
片进行观察并拍照。
4 期 乔海云等：菜薹—青花菜种间三倍体 AAC 的合成及其生殖特性研究 657

2 结果与分析
2.1 菜薹—青花菜异源三倍体形态特征及染色体数鉴定
菜薹—青花菜异源三倍体形态总体介于菜薹与青花菜之间，生长势较强，叶片近圆形，叶色绿，
叶表面无蜡粉，叶柄有 1 ~ 3 对翅状小叶（图 1，2）。生殖生长期分枝旺盛，黄色花，花色偏向菜薹，
单枝花序上的花蕾数、蕾长及花器官大小均介于菜薹与青花菜之间（图 1，5）。以菜薹—青花菜异
源双二倍体为母本，以菜薹为父本，通过有性杂交获得的种子种皮黑色，圆形，种皮上没有沟壑，
大小不一，最大的种子接近于菜薹的种子，比青花菜种子小很多（图 1，7 ~ 9）。将获得的种子接种
到培养基中进行培养，均能萌发成苗。经根尖染色体鉴定，获得的植株染色体数均为 2n = 3x = 29
（图 1，10），确定为菜薹—青花菜异源三倍体杂种。

图 1 菜薹—青花菜异源三倍体的形态特征及体细胞染色体
1、4、7：菜薹；2、5、8：菜薹—青花菜异源三倍体；3、6、9：青花菜；10：菜薹—青花菜异源三倍体的根尖染色体数。
Fig. 1 The morphological characters of allotriploid and the somatic chromosomes
1，4，7：Flowering Chinese cabbage；2，5，8：Flowering Chinese cabbage–broccoli allotriploid；3，6，9：Broccoli；
10：The somatic chromosomes of flowering Chinese cabbage–broccoli allotriploid.
2.2 菜薹—青花菜异源三倍体的花粉量和生活力
经醋酸洋红染色，有活力的花粉粒大而圆，着色均匀，而无活力的花粉粒较小，着色较浅。由
表 1 可以看出，菜薹—青花菜异源三倍体的花粉生活力比双亲低很多，只有 39.02%，并且单个花蕾
的花粉量也明显的低于菜薹和青花菜。花粉生活力的丧失可能主要是花粉母细胞减数分裂过程中染
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色体不均等分离所致，这也直接导致了该异源三倍体的回交结实率比较低。

表 1 菜薹—青花菜异源三倍体及亲本的花粉量和生活力
Table 1 The number and viability of pollens of the allotriploid and parents
材料
Material
花粉量/花蕾
Number of pollen/bud
观察花粉粒数
Number of pollen
grains observed
有活力的花粉粒数
Number of pollen
grains with viability
花粉生活力/ %
Viability of pollen
菜薹 Flowering Chinese cabbage（AA） 141 665 430 388 90.23
青花菜 Broccoli（CC） 150 000 452 394 87.17
异源三倍体 Allotriploid（AAC） 56 250 410 160 39.02

2.3 菜薹—青花菜异源三倍体减数分裂时期的染色体行为
在菜薹—青花菜花粉母细胞减数分裂细线期，染色体缠绕在一起，分组现象不明显（图 2，1）。

图 2 菜薹—青花菜异源三倍体花粉母细胞的减数分裂
1：细线期；2：双线期；3：中期Ⅰ；4 ~ 6：后期Ⅰ；7：中期Ⅱ；8、9：后期Ⅱ。
Fig. 2 The pollen-mother-cell’s meiosis of flowering Chinese cabbage–broccoli allotriploid
1：Leptotene；2：Diplotene；3：Metaphase Ⅰ；4–6：Anaphase Ⅰ；7：Metaphase Ⅱ；8，9：Anaphase Ⅱ.
4 期 乔海云等：菜薹—青花菜种间三倍体 AAC 的合成及其生殖特性研究 659

双线期，来自两个染色体组的同源染色体之间出现交叉现象，同源染色体在一定区段间出现交叉结
（图 2，2），说明 A、C 染色体组间存在着一定的同源性。中期Ⅰ（图 2，3）、中期Ⅱ（图 2，7）、
后期Ⅰ（图 2，4）和后期Ⅱ（图 2，8）都存在落后染色体，这些落后的染色体有一部分随机进入两
极，另一部分滞留在赤道板上，滞留在赤道板上的染色体在后来的细胞分裂中可能会被排斥在细胞
核外而丢失。后期Ⅰ染色体不均等分离，到达细胞两级的染色体数不等，有 15/14（图 2，5）、16/13
（图 2，6）等多种分离方式，其中 15/14 分离所占的比例最高，达 38.73%。后期Ⅱ两极的染色体分
离有多种方式，有的均等分离（图 2，9），有的不均等分离（图 2，8），最终形成染色体数为 n = 11、
n = 12、n = 13、n = 14、n = 15 等不同类型的配子，这些配子由于染色体数量的影响，只有部分能
发育成有活力的成熟花粉粒，这是导致菜薹—青花菜异源三倍体花粉生活力低的原因之一。
3 讨论
远缘杂交为异附加系、异代换系和易位系的创建奠定了基础，通过远缘杂交以后的染色体代换、
染色体附加以及较大片段的染色体易位等，可以把多基因控制的良好性状从野生种转移到栽培作物
（陈佩度 等，1995；蔡得田 等，2001），这是转基因技术难以完成的。将近缘属种的染色体转移到
栽培种中培育异附加系是利用近缘属种有利基因的重要环节，而异源三倍体是创建异附加系的关键
材料。本研究中获得的菜薹—青花菜异源三倍体为进一步创建异附加系提供了基础材料。通过远缘
杂交获得的异源三倍体也是研究种间染色体亲缘关系的基础材料，通过对大白菜—结球甘蓝异源三
倍体（顾爱侠 等，2006）、芥蓝—菜薹异源三倍体（任艳蕊 等，2009，2010）减数分裂时期染色体
行为的观察，都证明了 A、C 染色体组间存在较高的同源性。本研究结果与前人的一致，在菜薹—
青花菜异源三倍体减数分裂双线期观察到同源染色体交叉结的存在。
获得异源三倍体主要有两条途径，一是先通过种间杂交获得异源四倍体，再与二倍体亲本进行
回交；二是先诱导同源四倍体，再与二倍体进行种间杂交。顾爱侠等（2006）用四倍体大白菜与二
倍体结球甘蓝杂交，结合胚挽救获得了大白菜—结球甘蓝异源三倍体；袁鹤等（2008）用四倍体菜
薹与二倍体芥蓝杂交，结合胚挽救获得了菜薹—芥蓝异源三倍体；任艳蕊等（2009）以菜薹—芥蓝
异源四倍体为桥梁亲本，通过与亲本芥蓝回交，能获得少量不饱满的小粒种子。本研究中以菜薹—
青花菜异源四倍体为桥梁亲本，通过与菜薹回交，成功地获得了饱满的种子。由此可见，在芸薹属
植物远缘杂交中，获得异源三倍体的这两条途径都具有可行性。
对菜薹—青花菜异源三倍体的减数分裂研究表明，在花粉母细胞减数分裂后期Ⅰ染色体的不均
等分离，以及落后染色体的存在，都会使最终形成的配子染色体数不等。染色体数的多少直接影响
到花粉粒的育性，进而直接影响回交后代的结实性。本研究中获得菜薹—青花菜异源三倍体的花粉
生活力为 39.02%，推测下一步与菜薹回交时能获得少量种子。利用异源三倍体与二倍体亲本回交是
选育异附加系的基本方法，在前人研究的基础上，将进一步创制菜薹—青花菜异附加系材料。

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