全 文 ：园 艺 学 报 2013，40（10）：1943–1950 http: // www. ahs. ac. cn
Acta Horticulturae Sinica E-mail: yuanyixuebao@126.com
收稿日期：2013–05–03；修回日期：2013–09–04
基金项目：国家自然科学基金项目（31101571）；浙江省自然科学基金项目（Y3100332）；浙江省农业重大科技专项重点项目
（2012C12909-9）；浙江农林大学青年创新团队项目（2010RC01）
* 通信作者 Author for correspondence（E-mail：zhaohb@zafu.edu.cn）
夏蜡梅与美国蜡梅属间杂交障碍的组织学机理
王文鹏 1,2，周莉花 1，刘华红 1，包志毅 1，赵宏波 1,2,*
（1 浙江农林大学风景园林与建筑学院，浙江临安 311300；2 亚热带森林培育国家重点实验室培育基地，浙江临安
311300）
摘 要：以夏蜡梅属夏蜡梅（Sinocalycanthus chinensis）和美国蜡梅属美国蜡梅变种光叶红蜡梅
（Calycanthus floridus var. oblongifolius）为试验材料进行属间杂交，通过荧光镜检观察花粉在柱头上的附
着和萌发以及利用石蜡切片观察杂种胚发育情况，探讨其杂交障碍机制。结果表明：不论正反交，花粉
均能在柱头上粘附、萌发并生长到达胚囊；以夏蜡梅为母本时父本花粉管生长进程较以光叶红蜡梅为母
本时更加一致，大部分花粉管在授粉后 36 h 到达胚囊，表明花粉萌发和花粉管生长阶段不存在杂交障碍。
杂种胚发育观察结果表明，无论正反交均可以实现双受精，但结实率极低，说明属间杂交存在受精后障
碍，且正反交杂交障碍机制有所不同：当以夏蜡梅为母本时，杂交障碍主要由受精后杂种胚早期的不正
常解体造成；而当以光叶红蜡梅为母本时，杂交障碍主要由母本雌蕊较高比例的发育异常和杂种胚的早
期败育共同引起。
关键词：夏蜡梅；美国蜡梅；属间杂交；杂交障碍；花粉萌发和花粉管生长；杂种胚发育
中图分类号：S 685.17 文献标志码：A 文章编号：0513-353X（2013）10-1943-08

Histological Reproductive Barriers for Intergeneric Cross Between
Sinocalycanthus chinensis and Calycanthus floridus var. oblongifolius
WANG Wen-peng1,2，ZHOU Li-hua1，LIU Hua-hong1，BAO Zhi-yi1，and ZHAO Hong-bo1,2,*
（1School of Landscape and Architecture，Zhejiang Agriculture and Forestry University，Lin’an，Zhejiang 311300，China；
2The Nurturing Station for the State Key Laboratory of Subtropical Silviculture，Lin’an，Zhejiang 311300，China）
Abstract：For an intergeneric cross between Sinocalycanthus chinensis and Calycanthus floridus var.
oblongifolius，a pollen-pistil interaction using fluorescence microscopy and hybrid embryo development
through a paraffin section were conducted to reveal intergeneric cross-compatibility. Results showed that，
with or without reciprocal crosses，pollen grains of male parents could adhere and further germinate on
stigmas of female parents and that pollen tubes could reach the embryo sacs. The process of pollen
germination and pollen tube growth was more consistent when S. chinensis was used as the female parent
with most of the pollen tubes entering the embryo sacs approximately 36 h after pollination. However，
with or without reciprocal crosses，the hybrid embryo development through the paraffin section caused
post-fertilization barriers that led to a very low seed set. Although double fertilization was observed，most
hybrid embryos aborted in the early developmental stage. The barrier mechanism between reciprocal

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crosses，though，differed，with the reproductive barrier for S. chinensis × C. floridus var. oblongifolius
being due to hybrid embryo abortion or degeneration in the early developmental stage，and the
reproductive barrier for C. floridus var. oblongifolius × S. chinensis being due to a high percentage of
abnormal megagametophytes together with hybrid embryo abortion in the early developmental stage. Thus
the cross between S. chinensis and C. floridus var. oblongifolius had no barriers from pollen adherence and
germination，but post-fertilization barriers meant poor seed set.
Key words：Sinocalycanthus chinensis；Calycanthus floridus var. oblongifolius；intergeneric cross；
reproductive barrier；pollen germination and growth；hybrid embyo development

蜡梅（Chimonanthus praecox）是不可多得的冬季香花观花植物；夏蜡梅（Sinocalycanthus
chinensis）是第三纪孑遗物种，属于中国特有的单种属，主要分布于浙江省临安市和天台县，为中
国二级珍稀濒危保护植物（徐耀良 等，1997；张若惠 等，1998），其花被片二型，外花被片白色，
内花被片金黄色、肉质，无香味；美国蜡梅（Calycanthus floridus）花褐紫色，具清香，不仅可直接
应用于绿化和庭院观赏，同时是蜡梅科植物育种中花色、花香改良不可多得的材料，原产于美国东
南部，喜温暖湿润的环境，耐高温、也耐寒冷，适应性强，在充足的阳光下生长良好，但在阳光暴
晒下，花前端有焦枯状。美国蜡梅共包含两个变种即原变种 Calycanthus floridus var. floridus 和光叶
红蜡梅 Calycanthus floridus var. oblongifolius，两者的主要区别在于叶、叶柄及幼枝毛的有无，前者
有毛，后者无毛或近无毛。
关于夏蜡梅和美国蜡梅属间杂交已有成功报道（Lasseigne et al.，2001；姚青菊 等，2007）；并
对杂种优势（姚青菊 等，2007）、营养器官显微结构（汪琼 等，2011）等进行了研究，获得的杂种
性状介于双亲之间，花色呈红色，花形、花径等花部性状偏母性遗传，适应性强，耐高温，耐阳光
直射，表现出明显的杂种优势。但是目前获得的杂种基本都是以夏蜡梅为母本，且结实率很低，存
在一定的杂交障碍。因此，为深入探讨夏蜡梅和美国蜡梅属间杂交障碍机理，获得高效育种体系，
拓展育种亲本、获得不同类型杂种，本研究从授粉受精过程和杂种胚胎发育角度揭示夏蜡梅与美国
蜡梅属间杂交亲和性，为属间杂交种质创新奠定理论基础。
1 材料与方法
试验材料为浙江农林大学校园内多年生且能正常开花的夏蜡梅和光叶红蜡梅（图 1）。于 2010
年、2011 年和 2012 年的 5—6 月开花期进行常规有性正反杂交。夏蜡梅和光叶红蜡梅花期可遇，故
在晴朗天气，选取母本上发育良好的花蕾，在松蕾期将内、外花被片和雄蕊全部去除（不伤及柱头），
用镊子夹取父本植株的已开裂花药，将花粉授于柱头上，授粉后及时套袋并挂牌标记。授粉后 15 min、
30 min、1 h、2 h、6 h、12 h、24 h、36 h、48 h、72 h 和 96 h 取下雌蕊，用 FAA（甲醛︰冰醋酸︰50%
乙醇 = 1︰1︰8）固定于 5 mL 离心管中，固定 24 h 以上，进行荧光镜检。同时，于授粉后 3 ~ 10 d，
每天取样；10 ~ 20 d，隔 1 d 取样；20 d 以后隔 5 d 取样，直至脱落。
荧光镜检：参照周莉花等（2006）的方法，略加改动。用刀片轻轻剖开子房，用镊子取出连接
着胚囊的柱头，用 2 mol · L-1 NaOH 软化脱色 2 h，然后用 0.1%苯胺蓝溶液浸泡 10 h 染色，甘油压
片，在荧光显微镜（Nikon Eclipse 80i）下观察柱头上的花粉附着与萌发情况。
胚发育石蜡切片观察：取固定 24 h 以上的果实，剥出胚囊，常规石蜡切片观察：（1）酒精梯度
脱水，每梯度 3 h；（2）不同浓度二甲苯透明，每梯度 2 h；（3）60 ℃透蜡 3 次，每次 4 h；（4）包埋；
（5）切片，切片厚度 8 ~ 12 μm；（6）番红—固绿染色；（7）奥林巴斯显微镜（BX-60）观察并拍照。
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图 1 试验材料
Fig. 1 Experimental materials
2 结果与分析
2.1 夏蜡梅 × 光叶红蜡梅属间杂交花粉管萌发与胚发育特性
夏蜡梅作母本时，授粉后 15 min 即可观察到花粉粘附；随着时间延长，粘附的花粉量逐渐增加，
但到 1 h 也未见花粉管生长进入花柱（图 2，1 h）；授粉后 6 h，最早观察到花粉管生长进入花柱（图
2，6 h）；在授粉后 12 ~ 24 h，花粉管大量且迅速生长，每个花柱中均能看到多条花粉管（图 2，12
h、24 h）；在授粉后 36 h，观察到花粉管到达花柱基部（图 2，36 h）。

图 2 夏蜡梅 × 光叶红蜡梅授粉后花粉萌发和花粉管生长情况
pt：花粉管；es：胚囊。
Fig. 2 Pollen germination and pollen tube growth in S. chinensis × C. floridus var. oblongifolius after pollination
pt：Pollen tube；es：Embryo sac.
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通过大量胚胎组织切片的观察发现，夏蜡梅胚囊发育基本正常（表 1；图 3，a）；至授粉后 6 d，
大部分胚囊内仍未观察到双受精现象（图 3，b）；珠孔端卵细胞最早在 8 d 左右受精（图 3，c）；而
受精极核在 11 d 时开始首次分裂，分裂为 2 个大小不等的核（图 3，d）；授粉后 15 d 时，大量胚乳
游离核出现（图 3，e），部分胚囊内胚乳游离核已开始细胞化（图 3，f），此时大部分胚囊内未观察
到正常发育的胚胎，在 22.2%的胚囊内观察到受精卵的异常降解，其细胞壁破裂，细胞质分解呈絮
状，只剩细胞核（图 3，g）；授粉 17 d 时，大部分胚囊腔内细胞解体，整个胚囊中空，占观察材料
的 59.1%（图 3，h）。

表 1 夏蜡梅 × 光叶红蜡梅杂种胚各个发育阶段正常发育和异常降解胚体的数量
Table 1 The number of normal embryos and abnormal degenerated embryos at different development stages of hybrid embryos in
S. chinensis × C. floridus var. oblongifolius
授粉后天数
Days after pollination
观察胚囊总数
Number of ovaries
正常胚体数
Normal embryos
败育胚体数
Abortion embryos
胚体败育比例/%
Percentage of embryo abortion
4 21 16 0 0
6 24 11 0 0
8 27 9 0 0
11 25 11 0 0
15 18 0 4 22.2
17 22 0 13 59.1


图 3 夏蜡梅 × 光叶红蜡梅杂种胚胎发育情况
a：未受精胚囊（授粉后 4 d）；b：未受精胚囊（授粉后 6 d）；c：双受精（授粉后 8 d）；d：初生胚乳核分裂前期（授粉后 11 d）；
e：15 d 时出现大量胚乳游离核（箭头所示）；f：胚乳细胞化（授粉后 15 d）；g：受精卵异常降解（授粉后 15 d）；h：细胞器解体，
胚囊中空（授粉后 17 d）。cc：中央细胞；ec：卵细胞；efn：胚乳游离核；sn：精核；es：胚囊；zy：受精卵。
Fig. 3 The development of hybrid embryos in S. chinensis × C. floridus var. oblongifolius
a：Unfertilized embryo sac at 4 d after pollination；b：Unfertilized embryo sac at 6 d after pollination；c：Double fertilization at 8 d after pollination，
d：Primary endosperm nucleus at prophase of mitosis at 11 d after pollination；e：A lot of dissociative endosperm nucleus at 15 d after pollination
（arrow showing）；f：Endosperm became cellular，at 15 d after pollination；g：Abnormal degenerated zygotic embryo at 15 d after pollination；
h：Degenerated organelle and emptied embryo sac at 17 d after pollination. cc：Central cell；ec：Egg cell；efn：Endosperm free nucleus；
sn：Sperm nucleus；es：Embryo sac；zy：Zygotic embryo.
10 期 王文鹏等：夏蜡梅与美国蜡梅属间杂交障碍的组织学机理 1947

2.2 光叶红蜡梅 × 夏蜡梅属间杂交花粉管萌发与胚发育特性
光叶红蜡梅作母本时，同样具有杂交亲和性。授粉后 1 h 花粉粘附在柱头，但未见萌发（图 4，
1 h），最早萌发时间见于 2 h（图 4，2 h）；12 ~ 36 h 间，花粉管快速生长（图 4，12 h、36 h），在
授粉后 48 h 时，花粉管进入胚囊（图 4，48 h）。



图 4 光叶红蜡梅 × 夏蜡梅授粉后花粉萌发和花粉管生长情况
pg：花粉粒；pt：花粉管；es：胚囊。
Fig. 4 Pollen germination and pollen tube growth in C.floridus var. oblongifolius × S.chinensis after pollination
pg：Pollen grain；pt：Pollen tube；es：Embryo sac.

由表 2 和图 5 可以看出，光叶红蜡梅雌蕊自身发育异常的比例较高，约 40%的胚囊内只有一个
细胞器（图 5，b、c）。
在正常发育的胚囊（图 5，a）中，直到 13 d 才观察到双受精现象（图 5，e），少数材料中能
观察到胚乳的正常发育（图 5，f）。
与以夏蜡梅为母本类似，以光叶红蜡梅为母本的杂种胚也存在早期异常降解现象（图 5，g），
发生在授粉后 15 ~ 20 d 之间。


表 2 光叶红蜡梅 × 夏蜡梅杂种胚各个发育阶段正常发育和异常降解胚体的数量
Table 2 The number of normal embryos and abnormal degenerated embryos at different development stages of hybrid embryos in
C. floridus var. oblongifolius × S. chinensis
授粉后天数
Days after pollination
观察胚囊总数
Number of ovaries
正常胚体数
Normal embryos
败育胚体数
Abortion embryos
胚体败育比例/%
Percentage of embryo abortion
3 18 11 0 0
5 28 13 5 38.5
9 33 15 7 46.7
13 21 11 5 45.5
17 20 0 7 35.0
19 24 0 16 66.6


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图 5 光叶红蜡梅 × 夏蜡梅杂种胚胎发育情况
a：正常胚囊；b：异常胚囊（无卵细胞）；c：异常胚囊（无中央细胞）；d：未受精的卵细胞和中央细胞（授粉后 9 d）；e；双受精现象
（授粉后 13 d）；f：胚乳细胞呈条状（授粉后 15 d）；g：受精卵降解（授粉后 17 d）；h：胚囊腔中空（授粉后 19 d）。
cc：中央细胞；ec：卵细胞；sn：精核。
Fig. 5 The development of hybrid embryos in C. floridus var. oblongifolius × S. chinensis
a：Normal embryo sac；b：Abnormal embryo sac（no egg cell）；c：Abnormal embryo sac（no central egg）；d：Unfertilizated egg cell and central
cell at 9 d after pollination；e：Double fertilization at 13 d after pollination；f：Lined endosperm at 15 d after pollination；
g：Degenerated zygotic embryo at 17 d after pollination；h：Empty embryo sac at 19 d after pollination.
cc：Central cell；ec：Egg cell；sn：Sperm nucleus.

3 讨论
被子植物杂交过程中，引起结实率低的有性生殖障碍主要包括：父本花粉或母本胚珠发育异常、
授粉受精不良及杂种不活等（孟金陵，1997；胡适宜，2005）。
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Wilcock 和 Neiland（2002）认为当生活力低下的花粉传到柱头上时会增加授粉失败的概率，降
低结实率。夏蜡梅花粉平均活力在 40%以上（赵宏波 等，2011），光叶红蜡梅花粉平均活力在 30%
以上（数据未列出），可以排除父本花粉活力对杂交结实率的影响。在花粉具备活力的情况下，花粉
粒与柱头、花粉管与花柱之间相互识别对杂交成功也有重要影响，相互间不能识别会导致生殖障碍。
君子兰属大花君子兰（Clivia miniata）、黄花君子兰（C. miniata var. citrina）、垂笑君子兰（C. nobilis）
种间杂交时，不同杂交组合母本柱头中均出现大量胼胝质，阻碍了花粉萌发和花粉管的伸长（王冲
等，2011）；而栎属的两个种 Quercus suber 与 Q. faginea 进行杂交时，大量胼胝质的出现致使花粉
管无法到达胚囊，造成杂交失败（Boavida et al.，2001）。从本试验结果看，夏蜡梅与光叶红蜡梅属
间杂交未观察到胼胝质阻碍花粉管生长的现象，表明无论是正交还是反交，花粉萌发和花粉管生长
阶段均无明显障碍。
雌配子体在被子植物有性生殖中极为重要，其产生卵细胞和中央细胞，授粉前母本雌蕊或胚珠
发育情况与结实率关系极为密切，较高比例的雌蕊或胚珠败育往往会导致较低的结实率（Wiens et
al.，1987）。在大豆（Glycine max）的栽培品种‘Clark’、‘Clark k2’及其 F1 代杂种的雌配子体发
育中，都发现卵细胞没有正常发育或缺失，胚囊内只有单核细胞，导致无法完成双受精（Hilal et al.，
2003）。夏蜡梅自然状态下结实率在 30%以上，每个果实获得种子 5 ~ 7 粒以上（赵宏波 等，2011），
表明夏蜡梅雌蕊发育正常；而光叶红蜡梅自然结实率很低，本研究中亦观察到光叶红蜡梅母本雌蕊
发育异常比例较高，这可能是造成光叶红蜡梅为母本时杂交结实率低的一个重要原因。除母本雌蕊发
育不完全，受精卵的异常降解是杂交结实率低的另一原因。Deng 等（2010）在菊花（Chrysanthemum ×
grandiflorum）和细裂亚菊（Ajania przewalskii）的属间杂交中发现大孢子发育、花粉活力和花粉管
萌发对结实率影响不大，较高比率的胚胎败育是结实率低的主要原因。Datson 等（2006）在进行玄
参科龙面花属 Nemesia strumosa 与 N. fruticans 种间杂交时，虽然观察到了父本花粉管进入母本子房
和胚珠，但最终没有获得杂交种子，存在受精后障碍。从后期杂种胚胎发育过程可以看出，夏蜡梅
与光叶红蜡梅的正反交，花粉管均可以进入胚囊，实现双受精，且受精卵与受精极核在一段时间里
可以正常发育；同时，虽然无论是正交还是反交都获得了杂种，但结实率均很低，表明属间杂交存
在受精后障碍即杂种胚发育过程中败育，且杂种胚败育发生较早。
总之，夏蜡梅和美国蜡梅属间杂交存在明显的杂交障碍，正反交间杂交障碍机制略有不同。当
以夏蜡梅为母本时，杂交障碍主要由受精后杂种胚早期的不正常解体造成；光叶红蜡梅为母本时，
杂交障碍主要由母本雌蕊较高比例的发育异常和杂种胚的早期败育共同引起。因此，在今后的杂交
育种中，应选择自然结实率较高的母本材料结合杂交后胚拯救，以期获得大量属间杂种，提高育种
效率。

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