全 文 ：武汉植物学研究 2007，25(6)：591～595
Journa／of Wuhan Botanical Research
菊花自交不亲和性初步研究
李辛雷 2，陈发棣
(1．南京农业大学园艺学院，南京 210095；2．中国林业科学院亚热带林业研究所，浙江富阳 311400)
摘 要：以菊花品种杂交为对照，通过自交亲和指数、受精作用及自交有性过程荧光显微镜观察，对菊花自交不亲
和性进行了研究。结果表明：菊花 自交难以结实，具不亲和性；菊花自交不亲和的反应部位在雌蕊柱头，表现为花
粉粒粘附少、萌发率低及诱导胼胝质生成，花粉管在柱头上出现各种异常现象而难以进入花柱。
关键词：菊花；自交不亲和性；亲和指数；荧光显微观察
中图分类号：$682．1 1；$603 文献标识码：A 文章编号：1000．470X(2007)06．0591．05
Self-incompatibility in Dendranthema morifolium
LI Xin—Lei ．CHEN Fa—Di
(1．Colege ofHorticulture，Nanjlng Agricultural University，N iIlg 210095，China；
2．ResearchInstitute ofSubtropicalForestry，ChineseAcademyofForestry，Fuyang，Zhejiang 311400，China)
Abstract：The serf-incompatibility in Dendranthema morifolium was studied by compatible index，fertili—
zation and fluoroscope observation methods．The results showed that serf-CFOS of D．morifolium was in—
compatible and dificult to obtain seeds．The serf-incompatibility in D．morifolium had low polen adhe—
sion，low pollen germination an d induced cKlloses dopositing on the stigma，the polen tubes grew abnor-
mally and han d to penetrate into the stigm a．
Key words：Dendranthema morifolium；Serf-incompatibility；Compatible index；Fluoroscope observation
自交不亲和性(serf-incompatibility)常见于雌雄
同株植物，是植物在其长期进化过程中形成的有利
于异花授粉的生殖隔离，是被子植物保持遗传变异
的一种重要机制 J。许多显花植物通过自交不亲
和机制防止近亲繁殖和物种退化，从而为物种的生
存、发展以及种群相对独立性提供了有力保障 J。
菊花(Dendranthema morifolium)原产于中国，是
中国十大名花和世界四大切花之一，为重要观赏植
物，同时还具有食用和药用等多种价值 。菊花自
交不亲和性研究，对其生殖生物学和杂种优势利用
具有重要的理论与实践意义。目前，国内关于植物
自交不亲和性研究主要集中于蔬菜如十字花科白菜
(Brassica campestris L．ssp．chinensis Makino vat．corn-
munis) 引、甘蓝(B．oleracea)等 ]，果树如蔷薇科的
梨(Pyrus pyrifolia)、苹果(Malus pumila)、杏(Prunus
armenia)等 ]，观赏植物方面涉及不多，关于菊花
自交不亲和性研究的详细报道较少。本试验拟采用
亲和指数、受精作用及自交有性过程荧光显微镜观
察，研究菊花自交不亲和性及其原因，以期为菊花生
殖基础研究及遗传育种提供一定的理论依据。
1 材料与方法
1．1 材料与方法
试验材料 为栽培菊花 (Dendranthema mo~fo—
lium)品种(见表 1)。所有材料均由南京农业大学
菊花种质资源保存中心提供。
1．2 方法
1．2．1 去雄授粉
对 l2个栽培菊花品种采用直接授粉法进行 自
交，以部分品种问杂交为对照。母本在花药成熟前
进行人工去雄并套袋隔离，父本在舌状花微开时套
袋，于上午 9～10时或下午 3～4时直接授粉，同一
花序重复授粉2次。种子成熟后采收，计算亲和指
数(结籽数／花序数)。
1．2．2 授粉方法
直接授粉(I)：直接在柱头上授以父本花粉。生
理盐水处理(Ⅱ)：授粉前1 hE柱头上涂以300 mg／L
生理盐水。生理盐水 +硼酸处理(Ⅲ)：授粉前1 hE
收稿 日期：2OO7·04·15，修回日期：2007·07·26。
基金项 目：教育部新世纪优秀人才支持计划(NCET-06-0489)资助。
作者简介：李辛雷(1978一)，男，安徽利辛人，助理研究员，硕士，主要从事观赏植物遗传育种研究(E-mail：lixinlei2020@163·corn)。
{ 通讯作者(Author for corespondence．E-mail：chenfd@．jau．edu．ca)。
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592 武 汉 植 物学 研 究 第25卷
表 1 菊花自交亲和指数(结籽数／花序数)
Table 1 The compatible index of Se]．f-cross in Dendranthema morifolium(seeds／inflorescences)
邑．种 c ultivars
．霹 C亲om pati数ble Lum ar8 in
0re8cence8 9eedB i ex lllnorescence8 se~18 1ndex
‘‘l黄 ’， 59 0 o．0 。‘红菱， 56 0 O．0H Huan【gn ‘ ongling’ ’
。
雪’
，
60 0 o．0 。‘日
， 44 0 0．0Ri ‘ guang’ ’
。 ，
30 。‘紫勋章’
， 31 25 0．8Zi ‘ xunzhang’ ‘
。
’
，
44 4 0．1 。‘欢呼’
， 42 0 0．0H IJuolen ‘ nanhu’ ‘
。蔫 ：， 53 0 0．0 。‘黄松果’， 50 26 O．5 廿aOlUl ‘Huangsongguo’ ’
： 日．： 4o 4 0．1 。 霞．， 47 0 0．0 ‘Wanxia’ ’
柱头上涂以 300 mg／L生理盐水 +50 mg／L硼酸。
植物激素处理 (IV)：授粉前 1 h在柱头上涂 以
50 mg／L赤霉素(GA)。切割柱头处理(V)：切去柱
头后授以父本花粉。蕾期授粉(、JI)：花蕾显色前2 d
剥开花蕾，再授以父本花粉。
采用不同授粉方法对菊花‘黄荷’、‘红菱’进行
自交及正反杂交。
1．2．3 受精作用观察
在菊花 自交、杂交 授粉后不 同时 间(DAP)
(0．5、1、2．4、6、8、12、16、24、48、96 h)及不同天数
(7—8、10—11、13一l4、l7一l8、20—2l d)分别剥取
子房，每次随机选取30个，观察子房受精作用，重复
2次。
1．2．4 荧光显微镜观察
取菊花‘黄荷’、‘红菱 ’自交及杂交授粉后不同
时间(DAP)(0．5、1、2、4、6、8、12、16、24、48 h)处理
的小花放人卡诺氏固定液(95％酒精 ：冰醋酸 =3：
1)中固定 12 h，然后在 8 mol／L NaOH溶液中处理
4 h，自来水冲洗后，以含0．1 mol／L K3PO 的0．1％
水溶性苯胺兰溶液浸泡 4 h。雌蕊用甘油压片，用
Olympus荧光显微镜在紫外光源下观察杂交有性过
程并拍照。每小时处理的雌蕊各观察 15—32个，重
复2次。观察花粉管行为，统计花粉附着与萌发情
况，平均每柱头附着花粉数(A)= 附着花粉数／观
察雌蕊；平均每柱头萌发花粉数(B)= 萌发花粉
数／观察雌蕊。
2 结果与分析
2．1 亲和指数分析
田间观察发现菊花 自交后表现不亲和，而杂交
表现亲和并结籽。结籽后的亲和指数分析结果表
明，供试菊花品种自交亲和指数均小于0．8或不结
籽(表 1)。对菊花‘黄荷 ’、‘红菱’用激素处理、蕾
期授粉及切割柱头等不同授粉方法进行授粉时，均
未能结籽，自交亲和指数为 0，不同授粉方法未能克
服菊花自交不亲和性(表 2)。12个栽培菊花品种
配置成的16个杂交组合中，亲和指数最高达31．4，只
有2个组合小于 1．0(表 3)。对‘黄荷’ב红菱’组
合正反杂交直接授粉时，亲和指数分别为2．3和2．7；
不同授粉方法处理均能结籽，其中柱头涂抹50 mg／L
赤霉素时，亲和指数明显升高，分别达到 3．8和4．0，
其余授粉方法对杂交亲和指数影响不大(表4)。
表 2 不同授粉方法对菊花自交亲和指数的影响
Table 2 Efect of diferent polination way on compatible
index of 8elf-cross inDendranthemamorifolium
r、
晕-种 自S交elf花-cr序os数结Ga籽ine数d C亲om和p指ati数ble
Luln ar8 wBv inn0rescence8 8eeds inde
I
Ⅱ
‘黄荷’ב黄荷’ Ⅲ
‘Huanghe’בHuanghe’ 1V
V
Ⅵ
l
Ⅱ
‘红菱’ב红菱’ Ⅲ
‘Hongling’xHongling’ IV
V
Ⅵ
36
41
29
35
41
37
O．0
O．0
O．0
O．O
O．O
O．O
43
27
35
37
45
43
O．O
O．O
O．0
O．0
O．O
O．O
注：I，直接授粉；I，生理盐水处理；Ⅲ，生理盐水 +硼酸处理；
Ⅳ，植物激素处理；V，切割柱头处理；VI，蕾期授粉。下同。
Notes：I，Direct polination：I，Treatment of physiology brine；11，
Treatment of physiology brine and boric acid；IV ，Treatment of
plant hormone；V，Cut—style polination；VI，Bud—polination．The
8~tlne 88 below．
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第 6期 李辛雷等 ：菊花自交不亲和性初步研究
表 3 菊花杂交亲和指数(结籽数／花序数)
Table 3 The compatible index of cross in Dendranthema morifolium(seeds／inflorescences)
杂交组合 杂交花序数 结籽数 亲和指数 杂交组合 杂交花序数 结籽数 亲和指数
Cross Cross Gained Compatible Cross Cross Gained Compatible
combination inflorescences seeds index combination infloreseences seed s index
‘黄荷’ב红菱’‘Huan e’xHongling’ 32 73 2．3 ‘红菱’×赏荷一H0|Igling’xHuanghe’ 24 64 2．7
‘白雪’×赏荷’‘Baixue’xHuanghe’ 41 258 6．3 ‘黄荷’ב国粉’‘Huanghe’xGuofen’ 27 327 12．1
‘日光’×礅呼 Riguang’xHuanhu’ 35 86 2．5 ‘宝辉’× 霞’‘Baohui’xWanxia’ 25 784 31．4
‘黄英’x宝辉’‘tuangying’~Baohui’ 24 128 5．3 ‘黄英’x‘落日’‘Huangying’xLuo6’ 43 176 4．1
‘晚霞’ב国粉’‘Wanxia’xGuofen’ 30 366 12．2 ‘日光’×礅呼一Rigusg’xHuanhu’ 36 627 17．4
‘红菱’ב日光’‘Hongling’xRigusg’ 34 38 1．1 ‘黄松果’ב落日’‘Huangsongguo’xLuofi’ 42 30 0．7
‘落日’ב宝辉’‘I|l ’xBadaui’ 39 125 3．2 ‘日光’×赏英 Rigusg’xHuangying’ 26 296 11．4
‘红菱’× 霞’‘Hongling’xWanxia’ 42 21 0．5 ‘欢呼’ב紫勋章’‘Huaahu’xZixunzhang’ 34 119 3．5
表 4 不同授粉方法对菊花杂交亲和指数的影响
Table 4 Efect of diferent polination way On compatible index of cross in Dendranthema morifolium
杂交璺命． ； { 杂 数结Gai籽ned数C亲om和pa指ti数ble 杂交璺命． ； { 杂 数篌 彗
L10ss 。蚰 山 眦 【l0n w丑v inflore8cences 8eeds index L os c0m blna【l0n w丑v innorescences seeds i ex
I 32 73 2．3 I 24 64 2．7
Ⅱ 28 63 2．2 I 24 68 2．8
‘黄荷 ’ב红菱’ 11 24 61 2·5 ‘红菱 ’ב黄荷’ 11 30 72 2·4
‘Huanghe’xHongling’ IV 22 84 3
．
8 ‘Hongling’בHuanshe’ IV 22 89 4
． 0
V 28 57 2．0 V 26 6o 2．3
Ⅵ 29 68 2．4 Ⅵ 28 74 2．6
2．2 受精作用观察
对授粉后不同时间子房的受精作用观察结果表
明，‘黄荷’ב红菱’杂交授粉后 24 h，即有大量子
房膨大，膨大子房呈球型，水渍状 ，未进行授粉的子
房呈扁长方型，干瘪凹陷，说明‘黄荷’ב红菱’授
粉后24 h即能完成受精作用。而‘黄荷’、‘红菱’
自交授粉后，仅有极少数子房膨大，大多数子房未能
完成受精作用 ，表现出与未进行授粉的子房相同的
特征。由于菊花自交授粉后完成受精作用的子房太
少，本试验未能进行石蜡切片观察受精及胚胎发育
情况。
2．3 荧光显微镜观察
2．3．1 花粉粒的附着
花粉粒的附着是 自交、杂交过程中花粉与柱头
相互识别的第一步 】，授粉后不同时间取样中花粉
的附着情况见表5。杂交可结实组合‘黄荷’ב红
菱’授粉0．5 h后取样中88．9％的柱头上附着花粉，
每柱头附有几粒到十几粒，平均 5．1粒；授粉 1 h后
取样中，每个柱头粘附的花粉粒达到最高，平均为
11．6粒，最大花粉附着数 52粒。‘黄荷’自交授粉
0．5 h取样中仅有 5．O％的柱头上附着花粉，平均每
柱头0．1粒；1 h后取样时，每个柱头粘附花粉粒最
多达5粒，平均0．3粒；授粉后8 h，每柱头附着花粉
粒达到最高，平均 0．8粒，最大花粉附着数 3粒。
‘红菱 ’自交授粉0．5、1 h取样时，每个柱头粘附花
粉粒最多达5粒，平均分别为0．8和1．2粒；授粉后
4 h，每个柱头上附着花粉粒达到最高，平均 1．8粒，
最大花粉附着数 5粒。可见，栽培菊花自交与杂交
相比，花粉粒粘附速度慢，平均每个雌蕊柱头上粘附
的花粉粒要少得多。
表 5 授粉后不同时间花粉的附着与萌发
Table 5 Polen adhesion and germination
at diferent days after polination
授粉后
时间
DAP(h)
‘黄荷’ב红菱’ ‘黄荷’ב黄荷’ ‘红菱’ב红菱’
Husghe’בHo|Igling’‘Husghe’בHuanghe’‘Hongling’בHongling
A(粒) B(粒) A(粒) B(粒) A(粒) B(粒)
注：A．平均每柱头附着花粉数；B，平均每柱头晚发花粉效。
Notes：A．Average adhered polen of per stigma；B，Average
germinated pollen of per stigm a．
2．3．2 花粉萌发
授粉后不同时间花粉的萌发情况见表5。结实
组合‘黄荷’ב红菱’授粉0．5 h后，20％的柱头上
有花粉萌发；授粉 1 h后花粉萌发数量达到最高，每
柱头上几乎都有花粉粒萌发，数量一般从几粒到几
O O 2 8 O l 2 O 2 3
8 2 8 8 8 9 7 5 l 7
L L L L
O O 2 O O l O O O O
l 3 3 O 2 8 3 3 l 2
4 3 5 2 3 O l 4 6 6
O l l l l l 2 l 2 l
l 6 2 9 9 8 3 7 6 4
5 l 6 l 2 4 8 2 2 3
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第6期 李辛雷等：菊花自交不亲和性初步研究 595
授粉 24 h内，任何时间取样，均可快速、准确测定菊
花自交不亲和性。
孢子体型自交不亲和植物花粉母细胞细胞质分
裂类型为同时型且形成三核花粉粒，其雌蕊柱头一
般是干性柱头，花粉粒被抑制部位通常在柱头 J。
本试验结果表明，菊花 自交不亲和的反应部位存在
于雌蕊柱头，自交授粉后柱头上花粉的附着与萌发
数量少、胼胝质过多沉淀、花粉管异常生长难以进人
柱头，这与孢子体型自交不亲和植物甘蓝、白菜的研
究结果一致-4 ，说明菊花属于孢子体自交不亲和
类型。采用柱头涂抹生理盐水、生理盐水 +硼酸及
植物激素赤霉素未能有效抑制柱头的识别物质及促
进花粉粒萌发，蕾期授粉亦未能结籽，可能由于菊花
具较强 自交不亲和性；切割柱头授粉亦未发现子房
受精膨大，自交亦不结实，具体原因有待于进一步研
究。
自交不亲和性研究表明，S糖蛋白是雌蕊一花
粉的识别所必须的，在柱头或花柱内分解花粉管
RNA，抑制花粉管的继续伸长而导致 自交不亲
和 m]。孢子体自交不亲和的花粉行为受授粉植株
二倍体基因(即孢子体基因)的支配，当花粉的．s基
因与雌蕊的．s基因的表现型相同时，就引发 自交不
亲和反应ul’ J。目前，在菊花上尚未鉴定出．s基因
特异蛋白，关于其自交不亲和性的分子机理有待于
进一步深入研究。本试验中‘黄英’x‘红菱’品种
间杂交具亲和性，能够结实，但其花粉萌发过程亦有
胼胝质出现，部分花粉管异常生长，说明其柱头也存
在识别、抑制物质，这主要 由于菊花为异源多倍
体-1 ，杂交父母本可能具有部分相同的．s等位基
因，柱头．s基因表达产物与带有相同．s基因的花粉
被中的特异蛋白质相互作用 ，从而抑制花粉萌
发、诱导胼胝质生成及花粉管异常生长。
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