全 文 ：园 艺 学 报 2007，34 (6)：1503—1508
Acta Horticulturae Sinica
凤仙花花逆转突变体的组织学研究
张秀丽 ，李劲涛 ，杨 军 ，汤泽生
( 西华师范大学生命科学学院，四川南充 637002； 西华师范大学珍稀动植物研究所，四川南充 637002)
摘 要：从经过卫星搭载的凤仙花种子后代中获得了可遗传的仅顶花叶化的花逆转突变体。该突变体
保持了花的基本结构，但是不同程度地出现了花瓣增厚，变绿，锯齿等现象，雄蕊也片状化，早衰或完全
消失。组织学观察发现，在叶化花瓣中出现了叶绿体和栅栏组织。统计分析结果表明，叶化花瓣与正常花
瓣相比，组织结构上确实发生了显著变化。
关键词：凤仙花；花逆转；石蜡切片；雄蕊瓣化 ；航天诱变
中图分类号：S 681．1 文献标识码：A 文章编号：0513-353X (2007)06．1503-06
Histological Investigation on Floral Reversion of Impatiens balsamina L．
ZHANG Xiu—li ，LI Jin—tao ，YANG Jun ， ，and TANG Ze—sheng
( College ofLife Sciences，China West Normal University，Nanchong，Siehnan 637002，China； Institute ofRare Animals and
Plants，China West Normal University，Nanchong，Sichuan 637002，China )
Abstract：The seeds of Impatiens balsamina L．were treated by space flight，and then heritable mutant
plants with floral reversion occurring only in apical flower were obtained in the descendant generation．The
mutants kept the basical floral structures，however，showed thicker green petals with serrate margin to some
extent．Their stamens became petaloid，prematured even diminished．Histological investigation revealed that
chloroplast and palisade tissue appeared in the leaf—like petals．Statistical analysis suggested that signifcant
difference existed between the leaf—like petals and normal petals．
Key words：Impatiens balsamina L．；Flower reversion；Paraffin cut；Stamens stimulant of petal；Space—
flight
开花逆转 (floral reversion)也称成花逆转，指已经开始花芽分化的分生组织在一定条件下重新
转向叶片分化的现象 (吴存祥和韩天富，2002)。
根据报道，植物的开花逆转可分为4种类型：(1)花逆转 (flower reversion)：花分生组织恢复到
营养分生组织，重新长叶，上部形成带叶的营养茎，下部为花器官。 (2)花序逆转 (inflorescence
reversion)：花序轴上分生组织不再形成带苞花芽，而是长出带叶的营养枝条。(3)部分开花 (partial
flowering)：开花植株上长出营养芽，重新恢复营养生长。(4)整株逆转 (whole—plant reversion)：已
经开花的植株，原有花果大量脱落 ，恢复到旺盛的营养生长状态 (Batey& Lydon，1990；韩天富
等，1998；白素兰 等，2000)。
作者通过将种子搭载卫星的方法获得了可遗传的凤仙花花逆转突变体，并且其表型不同于以上 4
种花逆转类型。作者对该突变体进行形态观察，并选取具有代表性植株的花器官作组织学研究，获得
了一些有益的结果，报道如下。
收稿日期：2007—04—04；修回日期：2007—06—18
基金项目：四川省科技厅应用基础项 目 (JY029-055-2)；四川省重点学科建设项目 (SZIX)420)
通讯作者Author for corespondence(E—mail：yangiunlz@tom．com)
维普资讯 http://www.cqvip.com
园 艺 学 报 34卷
1 材料与方法
1．1 材料
将经过试种观察的凤仙花的干种子于2002年 12月 30日搭载 “神舟4号”飞船，并保留一部分
同种种子作对照。2003年种植 SP 、SP2代，在 2004年的 SP1代中发现有顶花叶化的花逆转突变体。
经单株收种后于 2005年种植 se,代，2006年按 2005年方法种植 SP 代。对试验材料进行常规施肥、
喷水和管理。
1．2 形态学观察
将 SP 代的突变株与对照植株作形态学对比分析，然后选取两类具有代表性的突变株，对花器官
作解剖分析，并根据花瓣位置及特征进行分组归类。
1．3 组织学研究
将以上分组归类的花瓣用卡诺固定液分别固定，常规石蜡制片，切片厚度 10 m，番红一固绿染
色，MOTICAM2006显微成像系统观察、拍照。再用同样的方法对对照组花瓣、花萼、叶片分别处理，
然后对比分析。
分别统计各组叶化花瓣 (发生逆转的突变体的花瓣有向叶片发育的倾向，所以称这种花瓣为叶
化花瓣)、正常花瓣和叶片中主脉维管的数量、维管组织之间的距离、横切面最宽处的厚度、叶绿体
的大小 (以长轴为准)，然后用 SPSS 13．0作统计学分析。
2 结果与分析
2．1 突变体的发现
花逆转突变体是在 SP3代中首次发现的，经单株收种种植，在 sP,代的群体中有 52．8％的植株
(72株中有 38株)顶花有花逆转现象。而 sP,后代 (SP 代)有超过 80％的植株表现出花逆转现象
(图 1，A)。
2．2 突变体的形态特征
正常花瓣没有主脉，但叶化花瓣有明显的主脉而且出现不同程度的绿化、加厚 ，有的甚至出现叶
尖、锯齿 (图 1，B)。观察发现，花逆转的植株通常雄蕊出现早衰 (花瓣展开后不久雄蕊枯萎)，瓣
化 (雄蕊变成片状，且花药不同程度变黑)(图 1，C)，甚至完全消失的现象。
在 SP 代的突变体植株中随机取 35株花逆转植株进行统计，有 15株雄蕊发生早衰，占42．9％；
有 8株缺失，占22．9％；有 12株瓣化，占34．2％。在所观察到的顶花逆转的凤仙花中，紫色花、粉
色花、红花均可发生逆转。
选取具有代表性的两类花逆转突变株分别标记为 T1和 1r2。其中T1类植株的叶化程度较高，花
瓣较厚，雄蕊早衰；1r2类植株的叶化程度较轻，花瓣较薄，除花瓣颜色变化外，其他特征与正常花
无明显区别。
通过从外到内逐一解剖突变体的花瓣，发现T1类植株的外围花瓣的叶化程度均很高。根据叶化
程度可以将 T1类植株的花瓣分为3层，其中外层花瓣为深绿色，称为 1A组；中间几层花瓣呈浅绿
色，称为 1B组；内层花瓣呈粉红色且花瓣上有绿色斑点分布，称为 1C组。而1r2类植株花瓣的叶化
程度较轻，只能分为两层：外层花瓣为嫩绿色，称2A组；内层花瓣与正常花瓣基本类似 ，颜色稍显
绿色，称2B组。
维普资讯 http://www.cqvip.com
维普资讯 http://www.cqvip.com
园 艺 学 报 34卷
正常花瓣和花萼中只有薄壁组织，叶化花瓣有栅栏组织细胞出现或者已经有分化完全的栅栏组织
(图2，C)。
通过比较各代表植株中各层花瓣的组织学特征发现，T1类植株花冠外层的1A组花瓣出现了栅栏
组织，而中层和内层的 1B组、1c组花瓣中无栅栏组织 ；1A、1B、1C中均出现了叶绿体，且 1A中
的叶绿体数量和大小均大于 1B、1C两组。 类植株花冠外层的2A组花瓣中出现了叶绿体，而内层
的2B组花瓣中无叶绿体。
表 1归纳了T1和 类植株的组织结构的差异。从表 l中可以看出，T1类的叶化程度大于
类，这与形态学观察的结果相一致。
表 1 突变体凤仙花花瓣的组织结构特征
Table1 Histological characters ofpetalsinmutant plants of ba／sandna
2．4 组织学比较及分析
依次从外层到内层分别对T1类植株不同类型的叶化花瓣、正常叶片和正常花瓣中主脉维管的数
量、维管组织之间的距离、横切面最宽处的厚度、叶绿体的大小等进行测量记数，用 SPSS 13．0进行
统计分析。
通过对主脉维管的数量、维管组织之间的距离、横切面最宽处的厚度的统计数据进行齐性方差分
析，发现3种因素均表现为方差不齐，因此不能采用最小差异显著法分析，而只能改用Tamhane法分
析。
Tamhane法分析的结果：T1类植株的叶化花瓣与正常花瓣、正常叶片在主脉维管数量、最宽处
厚度、维管组织之间的距离等方面都存在显著差异 (P<0．05)。其叶化花瓣 1A、1B、1C 3组之间在
主脉维管数量、最宽处厚度方面也存在显著差异 (P<0．05)，但在维管组织之间的距离上没有显著
差异。
T1类植株叶化花瓣主脉维管数多于正常花瓣，但远少于正常叶片主脉中的维管数；叶化花瓣从
1A组到 1C组，即从外层到内层，主脉中维管逐渐减少。
总体来说，T1植株叶化花瓣的厚度大于正常花瓣 ，但小于正常叶片；叶化花瓣 1A、1B、1C组
中，1B组的厚度远大于1A组和 1C组，1A组的厚度又大于 1C组，也就是说叶化花瓣从外层到内层
的厚度并不是依次减小。
T1植株叶化花瓣的维管组织之间的距离小于正常花瓣，即叶化花瓣的维管组织比正常花瓣发达。
对叶绿体大小的统计数据作齐性方差分析，结果方差不齐；采用开平方的方法进行数据转换，取
平方根进行方差分析，结果方差具有齐性，因此可采用最小差异显著法分析。
最小差异显著法的结果说明：叶化花瓣与正常叶片中叶绿体的大小存在显著差异。外层的 1A组
叶化花瓣分别与位于中层和内层的 1B、1C组叶化花瓣在叶绿体大小上也存在显著差异，但 1B组与
1c组在叶绿体大小上没有显著差异。lA组叶化花瓣中叶绿体比1B组与 1C组中的大 (图3)。
维普资讯 http://www.cqvip.com
6期 张秀丽等：凤仙花花逆转突变体的组织学研究 1507
3 讨论
．
暑 ：
羔
蝾
古
． 广] ． r_] 。
U lA lB lC
图3 叶绿体大小变化的趋势
D．正常叶片；1A．叶化花瓣 1A组；1B．叶化花瓣 1B组；1C．叶化花瓣 1C组。
Fj蛋 3 The variance ofchloroplast in size
D．Normal leaf； 1A．Leaf-like petal of 1A group；1B．Le af-like petal of 1B group；
1C．Le af-like petal of 1C group．
为研究花发育的机理，通常采用改变光周期或者用激素处理的方法，使已经开花植株重新形成叶
分生组织 (吴存祥和韩天富，2002)，这种方法的优越性是能够有效地控制使花器官发生逆转的外部
条件，从而有利于探讨这种逆转过程与环境因素的关系。但是，通常通过这种方式得到的花逆转现象
不能遗传。
作者从卫星搭载的种子萌发的后代中选育出了花叶化的突变体，其主要特征为顶花叶化 (有时
侧枝顶花也叶化)，而其余部位的花器官正常，可以遗传。
花逆转现象说明花是茎的变态，花萼、苞片、花瓣、心皮是叶的变态 (Arber，1937，1946；Li
et a1．，2005)。
通过卫星搭载获得的这种花逆转突变体保持了花的基本结构，即仍然具备花萼、花瓣、雄蕊、雌
蕊，但是不同程度地出现了花瓣增厚、变绿、出现锯齿等现象，雄蕊也瓣化、早衰或完全消失。通过
组织学观察发现在叶化花瓣中出现了叶绿体和栅栏组织。统计分析的结果表明叶化花瓣与正常花瓣相
比组织结构上确实发生了显著变化，并且花逆转程度与叶绿体直径、主脉维管的数量变化呈正相关，
叶化花瓣与正常花瓣相比厚度增加，维管组织也变得发达。这不仅表明叶化花瓣与叶有很多的相似
性，也说明花与叶是同源的。
Pouteau等 (1997)通过改变光周期结合去除子叶或叶片的方法证明，子叶可产生开花信号诱导
开花，当植株从短日照条件转移到长日照条件下时这种信号会逐渐减弱甚至消失；而且花逆转的发生
与短13诱导处理的时间有关。
Tooke和 Batey(2000)认为逆转发生的能力与植株本身的幼嫩程度有关。本试验获得的材料未
经过光周期诱导且在正常开花时期叶化顶花与侧花同时开放，不过只有顶花发生逆转，因此这种花逆
转的发生与光周期处理无关，与植株的幼嫩程度也无关。
Batev(1985)的试验表明花逆转的发生与花色有关，在光周期诱导的条件下仅红色凤仙花可发
生逆转。但 Tooke等 (1998)在光周期诱导的条件下通过移除叶片的方法使得紫色凤仙花发生了逆
转。在本试验中，紫色和红色的凤仙花均可发生逆转，说明花逆转的发生与花色无关，这与 Tooke
(2005)通过杂交试验获得的结果一致。
关于凤仙花花逆转的分子机理方面，Pouteau等 (1997)通过研究 Imp—squa和 Imp-fl0基因在营养
生长、开花和逆转 3种状态植株中的表达状况发现：Imp—squa基因的转录与花瓣原基的形成有关，但
与雄蕊原基及雌蕊原基的形成无关；在通过光周期诱导获得的逆转植株中Imp—squa基因的表达微弱，
维普资讯 http://www.cqvip.com
1508 园 艺 学 报 34卷
甚至检测不到表达。需要说明的是，这些基因的克隆和表达均是在改变光周期的情况下获得的，而作
者所获得的这种仅顶花叶化的花逆转突变体是可遗传的突变体，与光周期无关。这种现象是否与
Imp·squa和Imp-flo基因有关，有待深入研究。
本试验通过组织学研究证实所获得的突变体为花逆转的突变体，表现出仅顶花叶化且是可遗传
的，这将为进一步研究开花的分子机理提供良好的素材，也为进行原位杂交等分子生物学研究提供了
参考资料
References
Arber A．1937．The interpretation of the flower：a study of some aspects of morphological thought
． Biological Reviews，12：157—184．
Arbor A．1946．Goethe’S botany．Chronica Botanica
． 10：67—124．
Bai Su—lan，Xie Zhong—wen，“u Yong～sheng，Sun Jing—san．2000．Flowering reversion of plants．Plant Physiology Communications，36 (3)：252
— 257．(in Chinese)
白素兰，谢中稳，刘永胜，孙敬三．2000．植物的成花逆转．植物生理学通讯 ，36(3)：252—257．
Batey N．1985．Growth and development at the shoot apex of Impatiens balsamina L．during flowering and reversion[Ph．D．Dissertation]．Edin—
burgh：University of Edinburgh．
Battey N，Lydon R．1990．Reversion of flowering．Botanical Review，56：162—189．
Han Tian—fu，Gai Jun—yi，Wang Jin—ling，Zhou Dong—xing．1998．Discovery of flowering reversion in soybean plant．Acta Agronomica Sinica．24
(2)：168—171．(in Chinese)
韩天富，盖钧镒，王金陵，周东兴．1998．大豆开花逆转现象的发现．作物学报，24(2)：168—171．
Li Xiao—mei，Wu Cun—xiang，Ma Qi—bin，Zhang Sheng，Li Chun—lin，Zhang Xin—ying．Han Tian—fu．2005．Morphology and anatomy of the difer-
entiation of flower buds and the process of flowering reversion in soybean CV．Zigongdongdou．Acta Agronomica Sinica
， 3 1(11)：1437—
1442．
李晓梅，吴存祥，马启彬，张 胜，李春林，张新英，韩天富．2005．大豆品种自贡冬豆花芽分化及开花逆转过程的形态解剖学
研究．作物学报，3I(I1)：1437—1442．(in English)
Pouteau S，Nicholls D，Toke F，Coen E，Battey N．1997．The induction and maintenance offlowering in Impatiens．Development，124：3343—
3351．
Toke F，Battey N．2000．A leaf-derived signal is a quantitative determinant offloral form in Impa tiens．The Plant Cell，12：1837—1847．
Toke F，Ordidge M，Chiumgwi T，Batey N．2005．Mechanisms and function of flower and inflorescence reversion．Journal of Experimental Bota—
ny，56(420)：2587—2599．
Toke F．Pouteau S，Batey N．1998．Non—reversion of Impatiens in the absence of meristem commitment．Journal of Experimental Botany．49：
168l—l688．
Wu Cun—xiang，Han Tian-fu．2002．Progress in study of flowering reversion in plants．Chinese Buletin of Botany，19(5)：523—529．(in Chi—
nese)
吴存祥，韩天富．2002．植物开花逆转研究进展．植物学通报，l9(5)：523—529．
维普资讯 http://www.cqvip.com