全 文 ：园 　艺 　学 　报 　2006, 33 (3) : 660～663
Acta Horticulturae Sinica
收稿日期 : 2005 - 06 - 20; 修回日期 : 2005 - 09 - 19
基金项目 : 国家自然科学基金项目 (30170784) ; 国家 ‘863’计划项目 (2002AA241041)3 通讯作者 Author for correspondence ( E2mail: Chengfy8@2631net)
‘正午 ’牡丹有性生殖败育的形态学观察
何桂梅　成仿云 3
(北京林业大学园林学院 , 国家花卉工程研究中心 , 北京 100083)
摘 　要 : 采用光镜和杂交等方法对牡丹远缘杂交一代品种 ‘正午 ’有性生殖败育进行系统形态学观察
发现 : (1) 雄蕊较雌蕊先成熟 , 初花期即散粉 , 正常 2 - 细胞花粉仅占 2141% , 且花粉在多种培养液中、
在自身和其它两种柱头上均不萌发 ; 柱头在谢花期大量分泌粘液 , 进入最佳授粉状态 ; (2) 同一胚珠中多
个大孢子母细胞减数分裂高度不同步 , 胚囊发育与受精延迟 , 部分胚乳游离核在细胞化时期分裂异常 ;
(3) 自花及品种内异花授粉不结实 , 天然授粉结实率为 01053‰～01130‰。认为 ‘正午 ’牡丹有性生殖败
育的主要原因是不能形成足够多的有生活力的配子和缺乏有效授粉。
关键词 : 牡丹 ; 有性生殖 ; 败育 ; 形态学
中图分类号 : S 685111　　文献标识码 : A　　文章编号 : 05132353X (2006) 0320660204
M orpholog ica l O bserva tion of Sexua l Reproduction Abortion in ‘H igh
Noon’Tree Peony
He Guimei and Cheng Fangyun3
(College of L andscape A rchitecture, B eijing Forestry U niversity, N ationa l F low er Engineering Research Center, B eijing 100083,
China)
Abstract: Morphology of sexual rep roduction abortion in‘H igh Noon’, a distant hybridization cultivar
of tree peonies ( P. delavayi var. lu tea ×P. suffru ticasa ) , was systematically investigated with light m icros2
copy and cross. The results indicated that: (1) The stamens matured earlier than the gynoecia and pollens
dispersed at the early stage of anthesis but the rate of normal 22celled pollens were merely 2141%. No pollens
germ inated not only in liquid nutrition but also on its own stigmas and on other two female parents’stigmas.
W hen flower withered, stigmas excreted a great deal of exudation and became in the best for pollination; (2)
The meiosis of multi2megasporocytes were highly asynchronous in one ovule, the development of embryo sac
and fertilization were retarded, and the m itosis of some free endosperm nuclei were abnormal during the cellu2
larization stage; (3) No seeds were p roduced by self2 and cross2pollination in the same cultivar group, but
natural pollination seeds were p roduced with the rate of 01053‰ - 01130‰. It was suggested that the main
reasons for the sexual rep roduction abortion in‘H igh Noon’were that it can not form enough viable gametes
and lack valid pollination.
Key words: Tree peony; Sexual rep roduction; Abortion; Morphology
1　目的、材料与方法
‘正午’牡丹 ( ‘H igh Noon’; P. delavayi var. lu tea ×P. suffru ticasa) 是牡丹组内亚组间的远缘
杂交品种〔1〕, 花色纯黄 , 花香浓郁 , 一年可多次开花 (图版 , 1)。与其它远缘杂交一代品种〔1〕一样 ,
‘正午 ’有性生殖败育是其作为杂交亲本继续育种的最大障碍。目前在牡丹远缘杂交一代生殖生物学
方面还缺乏研究。
作者于 2002～2004年在洛阳花木公司邙山基地和北京植物园及北京林业大学校园苗圃内杂交授
　3期 何桂梅等 : ‘正午 ’牡丹有性生殖败育的形态学观察 　
粉和取材。开花前 1～2 d套袋 , 分不去雄与去雄两组处理 (10朵 /组 , 重复 1次 ) ; 柱头大量分泌粘
液时 , 连续 3 d给去雄组授 ‘正午 ’花粉 3次 , 15 d后去袋。
新鲜花粉的萌发观测 : ①悬滴培养 ———温度 25℃, 培养液中蔗糖浓度分别为 5%、10%、15%及
20%或分别附加 0101%或 011%硼酸 , 培养时每 4 h观测 1次 , 共 8次 ; ②柱头压片 ———取天然授粉
散粉盛期与柱头大量分泌粘液时 ‘正午 ’的柱头和以其为亲本的 2种杂交组合正反交 (‘正午 ’ ×紫
斑牡丹 ‘书生捧墨 ’; ‘正午 ’ ×杨山牡丹 ‘凤丹白 ’; ‘书生捧墨 ’ ב正午 ’; ‘凤丹白 ’ ב正
午 ’) 授粉后 24 h及 48 h的柱头各 5个 , 卡诺液固定 6 h, 放入水解液 (100%酒精 ∶浓盐酸 = 1∶1) 5
m in, 自来水漂洗 3次后卡宝液染色 5 m in, 自来水冲洗 1次 , 压片观察。随机选 5朵刚开始散粉的
花 , 取其花药 (3～5枚 /朵 ) 用 FAA固定 , 其它固定的材料为开花后 (简称 d1a1a1) 第 1、3、5、
6、7、8、11、14、16、17、18、20、21、22、26、29、33、41及 75天的胚珠 (每次数目 ≥20个 ) ,
52～58℃石蜡包埋 , 爱氏苏木精整染后制片 (8～10μm ) , 少量切片用 Schiff试剂 ( PAS) 与微量固
绿对染 , 光学树脂封片 , O lympus BX51观察并拍照。
2　结果与分析
211　花粉萌发与形态观察
多数 ‘正午 ’花粉长椭圆形 , 极少数圆形 , 在多种营养液中都不萌发 (图版 , 2) ; 天然授粉散
粉盛期和大量分泌粘液时的 ‘正午 ’柱头上 , 以及以它为父本的两种母本 ‘书生捧墨 ’与 ‘凤丹
白’的柱头上 , 大量花粉均没萌发 ; 但 ‘正午 ’柱头上的 ‘书生捧墨 ’与 ‘凤丹白 ’花粉萌发良好
(图版 , 3)。
牡丹正常可育的 2 -细胞花粉生殖核延长成棒状或长条形浸于营养细胞之中 , 其它形态异常的花
粉一般不育〔2〕。切片显示 ‘正午 ’的花粉明显具二型性 , 形态结构及染色正常的 2 -细胞成熟花粉极
少 (图版 , 4、5A～5D) , 据对 5枚花药横切面上 3 644粒花粉的统计 , 正常成熟的花粉仅 2141%
(1194% ～2193% ) , 形态异常的花粉占 97159% (97107% ～98106% )。
不同花药及同一花药的不同花粉囊中 , 小孢子及花粉发育的差异不大 , 大量异常花粉表现为 : ①
小花粉 : 体积小 , 圆形 , 无核与细胞质 , 不着色 ; ②空瘪粒 : 宽楔形、多角形或其它畸形 , 无核与细
胞质 , 少数具少量染色很浅的细胞质 ; ③延迟成熟花粉 : 圆形或长圆形 , 较大 , 具 1核或 2个同型
核 , 细胞质浓 , 染色深 ; ④多核花粉 : 椭圆形或三裂形 , 具 3～4核 , 少数核浓缩呈环状或长条形 ,
细胞质较少 , 染色较浅。
212　开花授粉、大孢子发生与胚囊的发育
‘正午’单花花期约 7 d, 初开期即散粉 , 雄蕊较雌蕊先成熟 , 花粉量明显较少 , 30朵花的产粉
量仅与 1～2朵 ‘凤丹白 ’的相近 , 柱头在谢花期分泌大量粘液。套袋发现不去雄与去雄两组均没结
实 , 表明该品种自花及品种内异花授粉均不结实 , 2 000朵花天然授粉结实率为 01053‰～01130‰
(图版 , 6、7)。
‘正午’胚珠倒生、双珠被、厚珠心、多个大孢子母细胞、直列式四分体、多个功能大孢子、胚
囊的基本结构与发育成熟过程及其它相关特征等都与其它牡丹中的报道〔3, 4〕相似 , 但其多个大孢子母
细胞分布极性不明显 , 且减数分裂高度不同步 , 同一珠心内常可见到 1～4个不同发育时期的胚囊
(图版 , 8、9) , 甚至胚乳约 20个游离核时合点端仍有大孢子母细胞处于减数分裂状态。绝大多数大
孢子母细胞相继在不同发育时期退化 , 胚囊周围细胞含有大量 PAS反应呈红色的淀粉粒 (图版 ,
10)。
与紫斑牡丹相比〔3〕, ‘正午 ’的胚囊发育延迟 , 1 d1a1a1的胚珠内仅见极少数二分体 , 3～5
d1a1a1雄蕊散粉盛期的胚珠内无 8核胚囊 , 6～7 d1a1a1柱头大量分泌粘液时极少数胚珠具 8核胚囊
(图版 , 11) , 但多数卵器的助细胞没有退化 (图版 , 12) , 表明这类胚囊没进入受精生理状态〔3〕。
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园 　　艺 　　学 　　报 33卷
213　受精与胚及胚乳的发育
在 ‘正午 ’8～11 d1a1a1的胚珠中才观察到花粉管进入珠心 (图版 , 13) , 14～18 d1a1a1的少数
胚珠内观察到精核进入卵核、受精极核或几个游离核的胚乳等 (图版 , 14、15) , 说明其受精主要发
生于谢花后 , 这比中原牡丹和紫斑牡丹 (3～6 d1a1a1)〔3〕及芍药 (2～4 d1a1a1)〔4〕晚。在开花 7 d后
所有取材切片的 450多个胚珠中 , 95%以上未完成受精作用 , 其原因可能是胚囊发育延迟、传粉不良
或雌雄配子错过最佳融合时期。‘正午 ’的原胚及胚乳早期能正常发育。在 33 d1a1a1的胚珠中 , 原
胚游离核间已出现许多小液泡和细胞板 , 表明正在形成细胞壁 (图版 , 16) ; 41 d1a1a1的胚珠中 ,
游离核胚乳正在细胞化 , 但核分裂异常 , 无丝分裂、巨型核、多倍体核随机出现 (图版 , 17A、
17B )。由于胚珠的受精率极低 , 本试验没能从切片中观察到正常胚珠后期的发育情况。
214　胚珠败育
芍药属植物如窄叶芍药 (30% ～70% )、加州芍药 (8312% ～8816% ) 与野生矮牡丹 (90% ) 及
紫斑牡丹 (50% ) 等普遍存在胚珠败育现象〔5〕, ‘正午 ’的胚珠与其败育程度相似 , 大部分在 15～
18 d1a1a开始败育 , 外珠被退化 , 种皮皱缩 (图版 , 18、19)。据 41 d1a1a1时 20朵花胚珠的调查
(图版 , 20) , 仅 0116%的胚珠呈深红色 , 体积大 , 种皮完好。而在 70 d1a1a1时的抽查中 , 正常胚珠
为 0, 故推测少数胚珠虽能受精 (图版 , 7) , 但随后因胚或胚乳发育异常而败育。
本研究明确了 ‘正午 ’有性生殖败育的主要原因 , 对利用其作亲本进行杂交育种有重要指导意
义 , 人工杂交中可通过在其雌蕊最佳授粉状态授以高生活力的异种花粉以增加受精率和获得杂种的可
能性。
参考文献 :
1　W ister J C. The peonies (2nd Printing) . W ashington D C: Am. Hortic. Soc. , 1995. 112～173
2　成仿云. 紫斑牡丹花粉发育的细胞形态学研究. 园艺学报 , 1998, 25 (4) : 367～373
Cheng F Y. Cytomorphological studies on the pollen development of blotched tree peony ( Paeonia rockii) . Acta Horticulturae Sinica, 1998,
25 (4) : 367～373 ( in Chinese)
3　Cheng F Y, NoriakiA. Development of ovule and embryo sac in blotched tree peony. Bull. Fac. L ife Env. Sci. Shimane Univ. , 1999, 4:
13～20
4　Matthiessen A. A contribution to the embryogeny of Paeonia. Acta. Horti. Berg. , 1962, 20 (2) : 57～61
5　成仿云. 紫斑牡丹有性生殖过程的研究. 〔博士论文〕. 北京 : 北京林业大学 , 1996. 43～45
Explana tion of pla tes: 1. Second flowering of‘H igh Noon’on 1 st Aug, 2004; 2. No pollen germ inated in liquid nutrition, ×120; 3. Pol2
lens of‘Shusheng Pengmo’germ inated on the stigma of‘H igh Noon’ (24 h after pollination) , ×120 ; 4. Transverse section of anther, show2
ing less pollens with nuclei and deep ly colored (2 d1a1a1) , ×30; 5A - 5D. D ifferent types of pollens ( a. smaller, b. emp ty, c. single2nucle2
us, d. multi2nucleus, e. 22celled pollens and f. pollens contained two same nuclei) (2 d1a1a1) , ×120; 6, 7. Seeds from nature pollination
〔90 d1a1a1; 6. normal, 7. aborted, showing endosperm s incomp letely degenerated and one embryo with hypogenetic cotyledons ( arrow) which
came from the crimp led seed〕; 8, 9. Multi2embryo sacs of different stage in the same nucellus ( arrow shows the nucleus, 7 d1a1a1) , ×120;
10. 42nucleus embryo sac, around which many red starch grains distributed (6 d1a1a1) , ×120; 11. Polar nuclei (7 d1a1a1) , ×300; 12.
Egg apparatus, showing no synergids degenerated ( 14 d1a1a1 ) , ×120; 13. Pollen tube came into nucellus ( 8～11 d1a1a1 ) , ×60; 14.
Sperm nucleus in egg nucleus (18 d1a1a1) , ×120; 15. Primary endosperm nucleus (16 d1a1a1) , ×450; 16. Free nuclei p roembryo ( 33
d1a1a1) , ×60; 17A, 17B. Free endosperm nuclei cellularization, showing different nucleus (41 d1a1a1) , ×75; 18, 19. Ovules aborted at
the early stage, showing polar nucleus in the nucellus ( b was the partly zoomed in of a; a. ×30, b. ×120 ) and crimp led testa ( 18. 18
d1a1a1; 19. 21 d1a1a1) ; 20. Ovules from nature pollination (41 d1a1a, a. normal, b. aborted) .
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　3期 何桂梅等 : ‘正午 ’牡丹有性生殖败育的形态学观察 　
图版说明 : 1. ‘正午’二次开花 (2004 - 08 - 01) ; 2. 营养液中花粉不萌发 , ×120; 3. ‘正午’柱头上 ‘书生捧墨’的花粉萌发 (授粉后 24 h) ,
×120; 4. 花药横切面 , 具核、染色深的花粉 (箭头 ) 少 (2 d1a1a1) , ×30; 5A～5D. 不同类型花粉 (a. 小花粉 , b. 空瘪粒花粉 , c. 单核花
粉 , d. 多核花粉 , e. 2 -细胞花粉 , f. 2个同型核花粉 ) (2 d1a1a1) , ×140; 6, 7. 天然授粉的种子 〔90 d1a1a1; 6. 正常 ; 7. 败育 , 示未完全
退化的胚乳 (箭头 ) 及从一粒皱缩种子中剥出子叶发育不良的种胚〕; 8, 9. 同一珠心中多个不同发育时期的胚囊 (箭头示胚囊核 , 7 d1a1a1) ,
×120; 10. 4核胚囊 , 示胚囊周围淀粉粒分布 (6 d1a1a1) , ×120; 11. 极核 (7 d1a1a1) , ×300; 12. 卵器 , 示助细胞未退化 (14 d1a1a1) , ×
120; 13. 花粉管进入珠心 (8～11 d1a1a1) , ×60; 14. 精核进入卵核 (18 d1a1a1) , ×120; 15. 初生胚乳核 (16 d1a1a1) , ×450; 16. 游离核原胚
(33 d1a1a1) , ×60; 17A, 17B. 游离核胚乳细胞化 , 示不同类型的核 (41 d1a1a1) , ×75; 18, 19. 早期的胚珠败育 , 示珠心内仍存有极核 (b为
a图部分放大 , a. ×30, b. ×120) , 但种皮皱缩 (18. 18 d1a1a1; 19. 21 d1a1a1) ; 20. 天然授粉的胚珠 (41 d1a1a, a. 正常 , b. 败育 )。
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