全 文 ：© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
园 　艺 　学 　报 　2002 , 29 (5) : 483～485
Acta Horticulturae Sinica
收稿日期 : 2002 - 01 - 22 ; 修回日期 : 2002 - 04 - 26
基金项目 : 国家自然科学基金资助项目 (30170644) ; 国家高技术研究发展计划项目 (863 计划 , 2001AA241123) ; 教育部跨世纪优
秀人才培养计划项目 ; 教育部科学技术研究重点项目 (重点 01097) ; 教育部留学回国人员科研启动基金资助项目
Cucumis 属植物种间正反杂交差异的研究
陈劲枫　庄飞云　娄群峰　徐玉波　钱春桃　任　刚　罗向东
(作物遗传与种质创新国家重点实验室 , 南京农业大学园艺学院蔬菜系 , 南京 210095)
摘　要 : 在形态和分子两个水平上对栽培黄瓜 ( Cucumis sativus L. , 2n = 14) 与酸黄瓜 ( C. hystrix
Chakr. , 2n = 24) 正反杂交而成的双单倍体 (2n = 19) 、双二倍体 (2n = 38) 植株的形态和育性差异进行了
比较研究。结果表明 : 在形态上植株的分枝数、第 1 朵雌花节位偏向于父性遗传 , 主蔓节间长则偏向于母
性遗传 , 另外一些性状如主蔓直径呈中间型。通过 RAPD 标记分析表明 , 在所选的 21 条随机引物中 , 15 条
引物 (占 71 %) 显示出正反交之间的差异 ; 其中一些条带表现出父性遗传现象。在育性上 , 正反交植株的
表现截然不同。当以黄瓜为母本时 , 杂种植株呈现雌雄高度不育 ; 而以酸黄瓜为母本时 , 雌雄育性在染色
体加倍后均得到恢复。
关键词 : Cucumis 属 ; 种间杂交 ; 正反交 ; RAPD
中图分类号 : S 642 　　文献标识码 : A 　　文章编号 : 05132353X (2002) 0520483203
1 　目的、材料与方法
许多研究表明 , 小麦、番茄、棉花等作物的远缘正反杂交后代 , 在形态和育性上表现出巨大差
异 , 但类似研究在 Cucumis 属方面还未见报道。作者以栽培黄瓜‘北京截头’、野生种酸黄瓜 ( C.
hystrix Chakr. ) 正反交双单倍体 ( HC , CH) 及双二倍体 ( HHCC , CCHH) 为试材 , 比较正反交及不
同倍性杂种在形态、育性及分子水平上的差异。
杂种植株是通过胚胎培养获得的。再生杂种植株在小拱棚中驯化 1 周后定植于田间 , 按常规方法
进行管理。观测正反杂交种和亲本的第 1 朵花的形态 , 花梗、萼筒、花冠和子房的长度 , 第 1、5、
10、15 和 20 节的株径和节间长及 20 节的叶柄长 , 每处理 5 株 , 采用重量法测定叶面积。选取盛开的
雄花 , 每处理 50 朵 , 通过醋酸洋红染色 , 统计花粉活力 (可染色花粉粒的平均百分率) 。
各种类型植株分别选取 15 株 , 取刚展开叶 5 g , 采用 CTAB 法提取总基因组 DNA。PCR 反应体系
为 20μL , 包括 Tris2HCl (pH 9. 0) 10 mmol/ L , KCl 50 mmol/ L , MgCl2 2. 5 mmol/ L , 四甲基氯化胺
0. 1 % , 4 种核苷酸各为 150μmol/ L (大连宝生物产) , 引物 0. 4μmol/ L , 模板DNA 20 ng , 1. 0 U 的 Tag
DNA 聚合酶 (上海生工产) , 在 Hybaid PCR 仪 (英国) 中进行。反应程序为 : 94 ℃4 min ; 94 ℃15 s ,
35 ℃15 s , 72 ℃75 s , 循环 3 周 ; 94 ℃15 s , 40 ℃15 s , 72 ℃75 s , 循环 40 周 ; 72 ℃延伸 7 min , 4 ℃
下保存。选用上海生工的 70 条随机引物和 Operon 公司的 20 条随机引物。扩增产物在含有 EB 的
1. 4 %琼脂糖凝胶中电泳分离 , 紫外灯下检测拍照 , 并用 SX2100 图像摄像系统 (上海四星) 进行扫描 ,
估算条带的分子量。
2 　结果与分析
2. 1 　正反杂交种的形态特征和育性比较
正反交双单倍体植株的主蔓直径、叶柄长、第 1 朵雄花萼筒和花冠长度、叶形状和大小较相似 ,
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都介于双亲之间而呈中间型。而其它一些性状呈偏亲遗传 , 如密棕茸毛 (尤其是在花瓣和雌蕊上) 、
桔黄色花冠及卵圆形果实等特征与野生种酸黄瓜相似 ; 植株的分枝数、第 1 朵雌花节位偏向父本 (酸
黄瓜的雌花节位一般在 20 节以上) , 而主蔓节长则偏向于母本 (表 1) 。正反交双二倍体植株在形态
上表现出一些独特的性状 , 如叶缘弯曲度大 , 缺刻多 , 节间较短而壮 , 两种类型的植株较相似。
4 种类型杂种植株结果习性及育性差异较大 , 其中以酸黄瓜为母本 , 双二倍体植株的花粉平均可
染率达到 25. 4 % , 最高为 40. 0 % , 而且其自然坐果率高 , 可形成具有育性的种子 ; 双单倍体植株也
有 8. 7 %花粉可染 , 植株自然坐果率较高 , 但果实中无籽。两者果形不同 , 双二倍体果形粗短 , 呈棒
状 , 而双单倍体果实较长 , 呈纺锤形。相反以黄瓜作为母本 , 双单倍体植株几乎不能形成花粉 , 双二
倍体植株能形成少量花粉 , 但可染率极低 , 且含有结晶体 , 两种类型植株坐果率也很低。这与富贞
夫、木原均等人的研究结果一致 , 以染色体组数较多的为母本 , 易获得可育的种子〔1 ,2〕。
表 1 　栽培黄瓜与野生种亲本、正反杂交 F1 代及加倍 F1 代的形态特征和育性比较
Table 1 　Morphological characteristics and fertilities differentiating parents and their reciprocal F1 and chromosome2doubled F1 progenies
材料 3
Mate2
rials
直 径
Diameter
(cm)
茎 Stem
节 长
Internode
length
(cm)
侧枝数
No. of
lateral
branches
叶 Leaf
叶柄长
Petiole
length
(cm)
叶面积
Leaf size
(cm2)
雄 花 Male flower
第 1 朵花
节位
Appearance
of first
flower
花梗长
Length of
pedicle
(cm)
萼筒长
Calyx tube
length
(cm)
花冠长
Corolla
length
(cm)
雌 花 Female flower
第 1 朵
花节位
Appearance
of first
flower
子房长×
直径
Ovary length
×Diameter
(cm)
花冠长
Corolla
length
(cm)
HH 0. 3 ±0. 1 4. 8 ±2. 7 12. 0 ±2. 0 7. 0 ±1. 0 102. 1 ±13. 9 15. 0 ±4. 0 0. 5 ±0. 2 0. 5 ±0. 1 0. 9 ±0. 1 — 1. 0 ×0. 4 1. 0 ±0. 1
CC 0. 6 ±0. 2 10. 6 ±2. 4 2. 6 ±1. 4 12. 6 ±1. 4 321. 5 ±34. 5 3. 8 ±1. 3 2. 4 ±0. 8 0. 8 ±0. 1 2. 5 ±0. 2 4. 2 ±1. 8 3. 8 ×0. 7 2. 6 ±0. 2
HHCC 0. 5 ±0. 1 4. 8 ±1. 2 5. 8 ±1. 4 8. 8 ±3. 2 276. 4 ±36. 2 5. 6 ±1. 6 0. 5 ±0. 2 0. 7 ±0. 2 1. 2 ±0. 2 4. 4 ±0. 5 1. 6 ×0. 7 1. 5 ±0. 2
HC 0. 4 ±0. 2 5. 7 ±1. 4 5. 4 ±1. 2 9. 8 ±5. 2 191. 2 ±27. 8 6. 8 ±1. 2 0. 5 ±0. 1 0. 6 ±0. 2 1. 2 ±0. 1 5. 2 ±2. 0 1. 5 ×0. 4 1. 3 ±0. 4
CCHH 0. 4 ±0. 3 6. 0 ±1. 4 8. 4 ±2. 7 — — — — — — 16. 8 ±2. 4 — —
CH 0. 4 ±0. 1 8. 1 ±2. 4 8. 2 ±1. 8 9. 6 ±5. 4 190. 7 ±26. 1 6. 8 ±1. 2 0. 8 ±0. 1 0. 6 ±0. 1 1. 4 ±0. 1 14. 5 ±1. 5 1. 5 ×0. 5 1. 8 ±0. 2
　　3 HH: 野生种 , CC: 栽培种 , HHCC: 正交双二倍体 , HC: 正交二倍体 , CCHH: 反交双二倍体 , CH: 反交二倍体。3 HH: C. hystrix , CC: C. sativus , HHCC: Doubled F1 ( C. hystrix ×C. sativus) , HC: F1 ( C. hystrix ×C. sativus) , CCHH: Doubled F1 ( C. sativus ×C.
hystrix) , CH: F1 ( C. sativus ×C. hystrix) .
2. 2 　RAPD 结果
本试验通过对 90 条随机引物的筛选 , 有 21 条引物的扩增条带较好 , 以再次扩增的重复性好的条
带进行分析 , 其中 15 条引物的扩增产物在 4 种类型杂种间存在差异 , 占总数的 71 %。大多数扩增反
应中 , 亲本的条带基本上在正反杂交种中获得了表达 , 但在一些引物中出现亲本条带的“偏表达”或
缺失现象。
从图1可看出 , 野生种的OP1218/ 850 bp 、N220/ 750 bp 两条带仅在反交种中扩增出 , 而黄瓜的
图 1 　亲本及正反杂交种的 RAPD 电泳图谱
A : 引物 OP1218 ; B : 引物 N220 ; M: 标准分子量 , HH: 野生种 , CC: 栽培种 , HH + CC: 亲本混合模板 ,
HHCC: 正交双二倍体 , HC: 正交二倍体 , CCHH: 反交双二倍体 , CH: 反交二倍体。
Fig. 1 　Electrophoresis patterns of RAPD products in parents and their reciprocal F1 hybrids
A : Primer OP1218 ; B : Primer N220 ; M: Marker , HH: C. hystrix , CC: C. sativus , HH + CC: C. hystrix + C. sativus = 1 + 1 ,
HHCC: Doubled F1 ( C. hystrix ×C. sativus) , HC: F1 ( C. hystrix ×C. sativus) , CCHH: Doubled F1 ( C. sativus ×C. hystrix) ,
CH: F1 ( C. sativus ×C. hystrix) .
484 　　　　　　　　　　　　　　　　　园 　　艺 　　学 　　报 　　　　　　　　　　　　　　　　　　29 卷
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OP1218/ 2940 bp、OP1218/ 1 460 bp、N220/ 800 bp 和 N220/ 350 bp 四条带仅在正交种中扩增出 , 这些条
带呈现父性遗传现象。有研究表明黄瓜的线粒体 DNA 主要为父性遗传〔3〕, 本试验以 CTAB 法提取总
基因组 DNA 进行 PCR 扩增 , 其中包含有来自叶绿体和线粒体的 DNA。因此 , 这些条带可能是以线粒
体 DNA 为模板扩增出的 , 但还需进一步研究才能定论。
亲本条带的缺失可能是不同亲本染色体组上随机引物结合位点的竞争能力不同引起的〔4〕。为了进
一步验证此方面问题 , 我们同时以酸黄瓜和黄瓜的 DNA 按 1∶1 混和作为模板进行扩增。从图 1B 可看
出 , N220/ 800 bp、750 bp 和 350 bp 在混和模板 (HH + CC) 中得到了很强的扩增 , 但黄瓜中的其他条
带则未扩出。
参考文献 :
1 　华北农业大学 , 中国科学院遗传研究所 , 广东农林学院 , 等编. 植物遗传育种学. 北京 : 科学出版社 , 1976. 279～301
2 　梁正兰著. 棉花远缘杂交的遗传与育种. 北京 : 科学出版社 , 1999. 1～17 , 34～42
3 　Havey M J . Predominant paternal transmission of the cucumber mitochondrial genome. J . Hered. , 1997 , 88 : 232～235
4 　Halldén C , Hansen M , Nilsson N O , et al . Competition as a source of errors in RAPD analysis. Theor. Appl . Genet . , 1996 , 93 : 1185～1192
Studies on Reciprocal Differences in Interspecif ic Hybridization in Cucumis
Chen Jinfeng , Zhuang Feiyun , Lou Qunfeng , Xu Yubo , Qian Chuntao , Ren Gang , and Luo Xiangdong
( State Key Lab of Crop Genetics and Germplasm Enhancement , Vegetable Research Institute , Nanjing Agricultural University , Nanjing
210095 , China)
Abstract : A set of reciprocal crosses with different chromosome level made between Cucumis sativus and C.
hystrix as the experiment system was used to investigate the difference of morphology , fertility and DNA. The
diameter of stem , the length of petiole , the shape and size of leaves were intermediated when compared to parents.
The branching number and the appearance of first female flower showed paternal transmission while the length of
inter2node of main stem showed maternal transmission in all of hybrids. The RAPD results indicated fifteen arbitrary
primer band patterns were different among the four types of hybrids , and only six were the same. Some fragments
obviously showed the paternal expression in the reciprocal cross. The fertility of reciprocal plants were great
different . When C. hystrix used as female , the tetraploid (2n = 38) / diploid (2n = 19) plants had the higher
fruit sets , and even the amphidiploidy plants could produce viable seeds. However , when the cucumber used as
female , both tetraploid/ diploid plants were highly sterile and had very low fruit sets.
Key words : Cucumis ; Interspecific hybridization ; Reciprocal differences ; RAPD
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5845 期 　　　　　　　　　　　　陈劲枫等 : Cucumis 属植物种间正反杂交差异的研究