全 文 ：文章编号: 1007-0435( 2001) 01-0008-08
沙打旺与鹰咀紫云英种间杂交不亲和性研究
李瑞芬1 ,　李　聪2,　苏加楷2
( 1.北京市农林科学院生物技术研究中心,北京 100089; 2.中国农业科学院畜牧研究所,北京 100094)
摘要: 沙打旺抗逆性强, 而鹰咀紫云英品质较好,是黄芪属中优良性状互补的草种。针对二者种间杂交不亲和性现
象, 从不同方面研究杂交不亲和的原因。结果表明, 亲本花粉活力和育性均非杂交不亲和的主要原因, 其主要障碍
在于, 父本花粉不能伸入母本柱头,表现出不亲和异常现象, 如花粉管萌发后盘绕在柱头表面, 花粉管尖端膨大等。
即使父本花粉管进入母本柱头, 因生长缓慢, 沉积胼胝质, 在花柱中受抑制而停止生长。沙打旺和鹰咀紫云英杂交
不亲和的表达部位与亲本自交不亲和的表达部位相似。在此基础上提出克服二者杂交不亲和的措施, 为沙打旺和
鹰咀紫云英杂交育种提供理论基础和依据。
关键词: 沙打旺; 鹰咀紫云英; 种间杂交不亲和性
中图分类号: S 541. 3　　　文献标识码: A
Interspecif ic Cross-Incompatibility Between Astragalus
adsurgens Pall. and A. cicer L.
LI Rui-fen
1
, 　LI Cong2 ,　SU Jia-kai2
( 1. Beijing Academy of Ag ricultural and Forestr y Sciences, Biotechnolog y Resear ch Center , Beijing 100089, China ;
2. Instit ute o f Animal Sciences, CAAS, Beijing 100094, China)
Abstract: The characterist ics o f A stragalus adsurgens Pall. w ith str ong resistance and A . cicer L. with good
quality ar e complementary in the genus A stragalus. Cross-incompat ibility and pollen-st igma interaction
w er e studied in dif ferent sides because hybrids failed to get betw een A . astragalus Pal l. and A . cicer L. . T he
results show ed that parental pollen vigo r and fer tility w er e not the main cause of cross-incompat ibility. It
expressed as fo llow ed: F irst ly , pol len tubes failed to enter into materal st igma, some pollen tubes twined on
the surface of st igma after germination, of ten w ith t ips inf lat ion or burst ing. Secondly, if pol len tubes
entered into st igma, grow th w as retarded w ith callo se plug deposit ion, then they stopped to g row because
of inhibit ion. The expression sites of cro ss-incompat ibil ity betw een A . adsurgens Pall. and A . cicer L. were
sim ilar to ones o f parental self-incompat ibil ity . In acco rding to the r esearch results, methods w hich could
overcome hybridizat ion barriers w er e put forw ard. It w ill of fer foundat ion for hybridizat ion breeding of A .
astragalus Pal l. and A . cicer L.
Key words : A st ragalus adsurg ens Pal l. ; Astr agalus cicer L. ; Interspecific cr oss-incompatibility
　　沙打旺( A stragalus adsurgens Pal l. )原产于黄
河故道地区, 是我国特有的牧草种质资源, 具有广泛
的适应性、顽强的抗逆性和很高的产草量, 是有些牧
草所不具备的[ 1]。但沙打旺粗纤维含量高,生长后期
木质化程度高, 不利于家畜采食和消化,品质上有待
于提高。
　　收稿日期: 2000-06-22; 修回日期: 2000-10-12
　　* 国家“九五”科技攻关专题( 96-016-01-07)内容
　　作者简介:李瑞芬,女, 1971年出生,博士,助研,主要从事植物分子细胞遗传学,分子标记和育种工作
第 9 卷　第 1 期
　Vo l. 9　　No . 1
草　地　学　报
ACT A AGRESTIA SIN ICA
　2001 年　3月
March 　2001
　　鹰咀紫云英( A stragalus cicer L. )是黄芪属中
品质优良的牧草, 主要分布在欧洲中部和南部, 由于
其具有横走的根茎, 利用寿命长,且耐牧[ 2] ,不含有
毒的硝基化合物、单宁、草酸、生物碱等物质 [ 3] , 粗蛋
白含量也较高 [ 4] , 品质较好。但产草量远不及沙打
旺,且对灌溉条件要求较高。
沙打旺与鹰咀紫云英的优缺点具有很大的互补
性,如果能通过杂交将二者的不良性状得以改良,将
会在畜牧业中发挥极其重要的作用。
许多育种实践表明,远缘杂交存在不同程度的
不可交配性( Incro ssibility) ,有人称之为生殖隔离
( Reproduct ion isolat ion)。这是植物育种家进行远
缘杂交以转移优良性状基因的主要障碍。受精前的
生 殖 隔 离 即 通 常 所 称 的 杂 交 不 亲 和 性
( Incompatibility ) ,根据不亲和表达部位,可分成柱
头不亲和、花柱不亲和及胚囊不亲和三种类型。目
前,对芸苔属种间杂交不亲和性研究较多[ 5] ,但对豆
科牧草种间杂交不亲和性研究报道较少。1997年笔
者进行了大量沙打旺与鹰咀紫云英正反种间杂交,
但未收到真杂种[ 6] ,表明二者之间存在种间杂交不
亲和性。
本文基于沙打旺和鹰咀紫云英正反交均未得到
杂种的现象, 分析二者杂交障碍,为进一步采取有效
方法克服这一杂交障碍提供依据。
1　材料和方法
1. 1　花粉育性测定
1. 1. 1　供试材料　取自栽培沙打旺和鹰咀紫云英
开花期成熟花粉。
1. 1. 2　生化法测定
1. 1. 2. 1　0. 3%I-KI 溶液染色, 呈蓝色或深黄色是
有活力花粉粒,呈淡黄色或无色者为不良或无萌发
能力的花粉粒。
1. 1. 2. 2　0. 5% TT C(氯化三苯基四氮唑) , 35℃下
染色 15～20min,呈红色者是有活力的花粉粒, 无色
的是无活力或不育花粉粒。10倍镜下每项观察 10
个视野,计算有活力花粉粒平均值。
1. 1. 3　培养基法测定　随机取 10 个单株花序,
不同小花花粉混合接种于培养基上, 温度 30～
35℃,重复 3次, 每次统计 10个视野。培养基成分
为0. 1% CaCl 2, 0. 1%硼酸, 1%琼脂, 0%～20%蔗
糖。
1. 2　正反交花粉——柱头的相互“识别”
1. 2. 1　实验材料　1997年将沙打旺和鹰咀紫云英
种植成杂交区, 1998年夏季进行自花、异花及种间
杂交授粉试验, 24h 后取样。
1. 2. 2　材料固定于 2%戊二醛中, (用 0. 1mol/ L
pH7. 0) H3PO4 缓冲液洗 3～4 次, 共 30min, 1%锇
酸再固定 2h 后用 H3PO 4 缓冲液冲洗, 30%、50%、
70%、80%、90%、95%、100%乙醇逐级脱水, 每级
15min,脱水后的样品放入醋酸异戊酯中置换过夜,
在 HCP-2型临界干燥器内进行干燥, 用离子喷射仪
真空喷金,在S-450型扫描电镜上观察并照相。每处
理观察 10～15个样品。
1. 3　花粉——雌蕊的相互作用
1. 3. 1　实验材料　1998年夏季, 进行沙打旺和鹰
咀紫云英自花、异花和种间杂交试验,同期人工去雄
授粉,分别于授粉后 1、3、6、12、24h取样。
1. 3. 2　材料置于卡诺固定液(酒精∶冰乙酸= 3∶
1) ,固定 24h, 70%酒精保存备用。蒸馏水冲洗数次。
转入 8mo l/ L NaOH 溶液,在 25℃过夜使组织软化,
彻底冲洗去碱后,在 0. 1%苯胺蓝( 0. 1mol/ L K 3PO 4
pH= 12. 4)中染色 35min, 用蒸馏水漂洗后在载玻
片上滴一滴 80%甘油压片,在 BH-F 型 Olympus 荧
光显微镜 UV -B0530滤光系统下观测并拍照。每处
理观察计数 10枚雌蕊。
1. 4　数据统计
授粉亲和指数的计算参照 Matsuzaw a[ 7]的花粉
萌发指数公式, 根据孟金陵[ 5]的建议并加以修改, 授
粉亲和指数的计算公式为
( Ma+ 3M b+ 9M c+ 27M d) / 100
式中 Ma、Mb、Mc和 Md 分别代表柱头上附着
和萌发的花粉量及进入柱头和花柱的花粉管量, 当
个体观察值为“0、- 、±、+ 、6 ”时, Mi的值( i= a,
b, c, d)分别为 0、1、2、4、8,依据每个个体观察值, 计
算每处理亲和性指数。
2　结果与分析
2. 1　花粉活力及培养基萌发率
9第 1期 李瑞芬等:沙打旺与鹰咀紫云英种间杂交不亲和性研究
亲本花粉活力的高低是杂交种成功的前提,本
试验首先对亲本花粉活力进行生化测定(表 1)。
2. 1. 1　用 I-KI 溶液处理沙打旺和鹰咀紫云英花
粉,在显微镜下呈蓝色或深黄色, 其花粉活力均较
高, 分别为 89. 2%和92. 3%。T TC 法的测定值稍高
于 I-KI测定值,两种方法测定结果共同表明, 沙打
旺和鹰咀紫云英花粉活力均较高(表 1)。
表 1　花粉活力测定
Table 1　Pollen v ig or of A stragalus adsurgens Pall. and A . cicer L .
种名
Species
方法
M ethods
条件
C ondit ion
花粉活力( % )
Percentage of vig or pollens
平均
Mean
沙打旺
A . ad sur gens Pall .
I-KI
TT C
30℃ 30sec
35℃ 15min
89. 2
91. 7 90. 1
鹰咀紫云英
A . cic er L.
I-KI
TT C
30℃ 30sec
35℃ 15min
92. 3
94. 5 93. 4
2. 1. 2　用生化法测定花粉活力表示花粉所具有的
潜在发芽能力,但花粉能否发芽,尚需一定的外界条
件(水分、糖类乃至激素)。本文用蔗糖含量为 0%、
5%、10%、15%、20% 5种培养基测定沙打旺和鹰咀
紫云英花粉萌发率及其在培养基上花粉管生长情
况,为人工适时授粉及初步判断受精时间提供依据。
2. 1. 3　从表 2中可知,沙打旺和鹰咀紫云英花粉粒
均在蔗糖含量 15%的培养基上萌发率最高,该培养
基适于二者花粉粒的萌发, 而且鹰咀紫云英花粉在
不同蔗糖浓度培养基上萌发率都比沙打旺高, 进一
步表明沙打旺和鹰咀紫云英种间杂交授粉时, 花粉
活力不是影响二者杂交不亲和的主要因素。
表 2　蔗糖浓度与花粉粒萌发率( 30～32℃ 1h)
Table 2　Percentag e of pollen g rains g ermination in m edia containing differ ent concent rat ion o f sucro se( 30～32℃ 1h)
种名
Species
蔗糖浓度及萌发率( % )
Concent rat ion of su crose and percentage of pol len gr ains germin at ion
0% 5% 10% 15% 20%
沙打旺
A . ad su rgens Pal l.
1. 8
( 1%～3% )
3. 4
( 2%～5% )
47. 6
( 40%～55% )
65. 8
( 50%～80% )
7. 8
( 5%～10% )
鹰咀紫云英
A . ci cer L.
3. 2
( 0%～5% )
9. 7
( 5%～10% )
68. 5
( 65%～75% )
83. 1
( 75%～85% )
13. 8
( 10%～20% )
2. 2　正反交花粉与柱头的相互“识别”
2. 2. 1　花粉和柱头形态观察　沙打旺花粉两极稍
圆,呈椭圆形,花粉外壁网孔之间有脊。鹰咀紫云英
两极平齐、长椭圆形,外壁网纹结构细致,网孔平整。
鹰咀紫云英花粉粒大于沙打旺花粉粒,二者均具 3
个萌发沟。
沙打旺和鹰咀紫云英的柱头由众多的乳突组
成,柱头成熟时分泌粘液,是湿柱头。乳突呈长圆柱
形,顶端钝圆,初期生长较短,排列紧密,随着柱头的
成熟逐渐伸长,基部膨大。这些特点为花粉附着和萌
发提供了必要条件。
2. 2. 2　正反交花粉与柱头的相互识别　沙打旺与
鹰咀紫云英正反交试验,分别以其自花、异花授粉作
对照进行电镜扫描观察花粉与柱头的相互识别情
况。结果表明, 种间正反交授粉后,花粉在柱头上附
着量相对较少,即使有花粉附着, 花粉萌发迟, 不伸
入柱头乳突细胞,花粉管盘绕在柱头表面(图 1) , 或
花粉管扭曲膨大(图 2) , 或与异种柱头不亲和而呈
萎缩状态(图 3)。各种情况表明,沙打旺和鹰咀紫云
英种间正反杂交均存在一定程度的花粉和柱头不亲
和“拒绝”反应。在自花授粉后,相同基因型的花粉在
柱头上也表现出一定的不亲和现象, 有的与乳突细
胞接触不紧密, 有的花粉即使伸入柱头乳突细胞, 因
有的花粉管分叉(图 4) ,表明沙打旺、鹰咀紫云英存
在一定的自交不亲和性。沙打旺、鹰咀紫云英异花授
粉组合中,花粉在柱头表面粘合较多,萌发的花粉管
直接进入乳突细胞, 二者紧密接触,这可能是亲和花
粉迅速释放出花粉外壁蛋白与乳突细胞相互作用产
生“认可”识别反应。
10 草　地　学　报 第 9卷
图 1　花粉萌发后盘绕在柱头表面( 400×)
F ig . 1　A . astr ag alus Pall.×A . cicer L . , show ing po llen binding to
and tw ining on the sur face of stigma after g erminat ion( 400×)
图 2　花粉萌发后花粉管尖端膨大( 3000×)
Fig. 2　A . cicer L . ×A . astr ag alus Pall. , show ing po llen germination but tips of tubes inflat ion( 3000×)
图 3　花粉萌发后花粉管未伸入柱头而萎缩( 2000×)
F ig . 3　A . astr agalus Pall. ×A . cicer L . , show ing pollen germination
but po llen tubes depauper ation befo re enter ing int o stigma ( 2000×)
图 4　花粉管进入乳突细胞, 但尖端分叉( 3000×)
Fig. 4　A . cicer L . self-po llination, show ing po llen tubes enter ing into papillate , but tips bur st ing ( 3000×)
2. 3　不同授粉方式下,花粉与雌蕊的相互作用
2. 3. 1　花粉粒与柱头表面的粘合　花粉与柱头
上乳突细胞发生水合作用而粘合在柱头上, 是花
粉——雌蕊相互作用的第一步 [ 8]。沙打旺、鹰咀紫
云英异花授粉时, 授粉 1h 后开始有较多花粉粘合
在柱头表面, 授粉 3h 后柱头上粘合的花粉达到高
峰,而它们在人工自花授粉3h 后才有花粉粘合在柱
头上, 授粉后 6h 粘合花粉增多。当沙打旺与鹰咀紫
云英正反杂交时, 花粉粘合情况与其自交情况一样
(表 3)。
2. 3. 2　花粉粒的萌发及花粉管与柱头表面的相互
作用　沙打旺和鹰咀紫云英是湿柱头, 其分泌物为
花粉萌发提供了必需的物质基础。从表3可以看出,
11第 1期 李瑞芬等:沙打旺与鹰咀紫云英种间杂交不亲和性研究
表 3　花粉与雌蕊相互作用
Table 3　Pollen-pist il interaction by differ ent po llination methods
授粉方式
Poll inat ion meth ods
观测项目及时间( h)
Ob served items and t imes ( h)
粘合在柱头表面的花粉
Pol len s binding to
st igma surface
柱头表面萌发的花粉
Germinat ion pol len
gr ains on st igm a surface
伸入柱头的花粉管
Pollen tubes entering
into st igma
进入花柱的花粉管
Pollen tubes in
styles
1 3 6 12 24 1 3 6 12 24 1 3 6 12 24 1 3 6 12 24
沙打旺自花授粉
A . adsurg ens Pall .
self-pollinat ion
- + + + + - ± + + + 0 ± + + + 0 ± + + +
沙打旺异花授粉
A . adsurg ens Pall .
cros s-poll ination
+ 6 6 6 6 + 6 6 6 6 + 6 6 6 6 + 6 6 6 6
沙打旺×鹰咀紫云英
A . adsurg ens Pall .×
A . cicer L .
- + + 6 6 0 ± + + + 0 - ± + + 0 - ± ± ±
鹰咀紫云英自花授粉
A . cicer L . s el f-p ol linat ion
± ± + + + 0 ± + + + 0 - ± + + 0 - ± + +
鹰咀紫云英异花授粉
A . cicer L . cross-
poll inat ion
+ 6 6 6 6 + 6 6 6 6 + 6 6 6 6 + 6 6 6 6
鹰咀紫云英×沙打旺
A . cicer L .×A . ad surgens
Pal l.
- ± + + + 0 ± ± + + 0 ± ± + + 0 - ± + +
　　注: 6 、+ 、±、- 和 0分别表示雌蕊的花粉粒或花粉管数> 50, 11～50、6～10、1～5和< 1
Note: 6 、+ 、±、- and 0 represent number of pol len grains or tubes on each pis t il are more than 50, 11～50, 6～10, 1～5 and less than 1,
respect ively
异花授粉 1h 后花粉很快萌发, 3h 后大量花粉管进
入柱头表面的乳突细胞,花粉管生长无任何异常现
象。沙打旺与鹰咀紫云英种间正反交授粉时,花粉在
柱头表面上的萌发随着大量花粉粘合时间的延迟而
推迟, 授粉 3h后异源花粉开始萌发,萌发的花粉迟
迟不伸入柱头乳突细胞,在柱头表面盘绕(图 5) ,授
粉 6h后萌发花粉增多,有少部分异源花粉管伸入柱
头,并表现出花粉管沉积大量胼胝质的现象(图 6) ,
这些胼胝质在荧光显微镜下激发出的亮黄色荧光常
常呈流星状。沙打旺和鹰咀紫云英自花授粉后花粉
萌发量及进入柱头的花粉管与种间杂交授粉情况基
本相似。
2. 3. 3　花粉管在花柱中的生长情况　沙打旺、鹰咀
紫云英异花授粉时,花粉管在柱中仍生长迅速, 授粉
6h 后花粉管已进入子房完成受精作用。而自花授粉
后 6h,花粉管大部分仍在花柱中部, 24h 才到达到
花柱基部,极个别花粉管能穿过花柱基部进入子房
(表 4) , 并可能实现受精, 产生自交种子,这与人工
去雄授粉获得少量自交种子事实相符。从表 4观察
结果可知,种间正反杂交授粉后,在花柱中生长的花
粉管量不但少, 还沉积胼胝质塞, 6h 后沙打旺×鹰
咀紫云英花粉管大部分在花柱上部, 12h 才到达中
部,并停止生长。鹰咀紫云英×沙打旺授粉 6h花粉
管已到花柱中部, 12～24h 大部分仍停留在中部, 仅
极个别到达基部, 表明沙打旺和鹰咀紫云英进行种
间杂交时,花粉管和异种花柱发生拮抗作用。花粉管
在花柱中生长受到抑制可能是沙打旺与鹰咀紫云英
杂交不亲和的主要障碍之一。
2. 3. 4　授粉亲和性　柱头上附着的花粉量、花粉萌
发量及柱头、花柱中花粉管的多少,都不同程度地反
映了不同授粉组合的授粉亲和性。为了综合反映各
授粉组合的亲和性高低, 计算授粉亲和指数(表 4)。
从表 4可以看出,授粉 6h 后沙打旺×鹰咀紫云英及
鹰咀紫云英×沙打旺的亲和指数相对较低,分别为
1. 032 和 1. 34; 二者自花授粉的亲和指数分别为
1. 60和 1. 36。总之,沙打旺与鹰咀紫云英杂交亲和
性指数较低,在一定程度上反映了二者杂交的不亲
和程度。
12 草　地　学　报 第 9卷
图 5　花粉萌发 6h 后盘绕在柱头表面
F ig . 5　A . astr agalus Pall. ×A . cicer L . ( 6h) , show ing pollen t wining on the surface o f stigma after germination
图 6　6h 后伸入花柱的花粉管沉积胼胝质
F ig . 6　A . cicer L .×A . astragalus Pall. ( 6h) , show ing callo se plugs depo sitio n after po llen tubes enter ing into styles
3　结论
3. 1　本文通过 I-KI 法测定花粉粒淀粉含量, TT C
法测定花粉粒呼吸酶含量及花粉在培养基上的萌发
情况。结果表明,沙打旺和鹰咀紫云英花粉活力和育
性不是影响二者杂交困难的主要因素。
3. 2　电镜扫描和胼胝质荧光反应观测结果表明,沙
打旺和鹰咀紫云英种间杂交障碍在受精前有两个抑
制部位, 一是异种花粉在柱头上萌发后不能伸入母
本柱头, 表现出花粉管盘绕,沉积胼胝质,尖端膨大
等多种异常现象; 另一是花粉管在花柱中受到抑制
而停止生长。
3. 3　沙打旺和鹰咀紫云英种间杂交不亲和表达部
位与其亲本自交不亲和表达部位相似。
13第 1期 李瑞芬等:沙打旺与鹰咀紫云英种间杂交不亲和性研究
表 4　花粉管到达部位及授粉亲和指数( 6、12、24h)
Table 4　Pollen tubes reaching lo cat ion and index of compat ibility by
differ ent po llination methods( 6、12、24h)
授粉方式
Poll inat ion meth ods
花粉管到达部位
Pollen tubes r eaching locat ion
6 12 24　　( h)
授粉亲和指数
In dex of compat ibil it y
6 12 24(h ) 平均( mean)
沙打旺自花授粉
A . adsur gens Pall . self-
poll ination
花柱中部
At the mid dle of
styles
花柱基部
个别花柱中部
At the b as e of
s tyles , a few in th e
midd le of s tyles
花柱基部极
个别进入子房
At the base of
styles, very a few
entering into ovary
1. 60 1. 60 1. 60 1. 60
沙打旺异花授粉
A . adsur gens Pall . cross-
poll ination
子房
Ovary
子房
Ovar y
子房
Ovary
3. 20 3. 20 3. 20 3. 20
沙打旺×鹰咀紫云英
A . adsur gens Pall .×
A . cice r L.
花柱上部
少数花柱中部
At th e top of s tyles
few in the m iddle
of styles
花柱中部
At the m iddle of
s tyles
花柱中部
At th e middle of
styles
0. 88 1. 10 1. 10 1. 03
鹰咀紫云英自花授粉
A . cice r L. self-pollinat ion
花柱中部
At the mid dle of
styles
花柱中部
At the m iddle of
s tyles
花柱基部
At the bas e of s tyles
0. 88 1. 60 1. 60 1. 36
鹰咀紫云英异花授粉
A . cice r L. cros s-poll inat ion
子房
Orary
子房
Orary
子房
Orary
3. 20 3. 20 3. 20 3. 20
鹰咀紫云英×沙打旺
A . cice r L.×A .ad surg ens
Pall.
花柱中部
At the mid dle of
styles
花柱中部极
个别到花柱基部
At the m iddle of
s tyles , ver y a few at
the b ase of styles
花柱中部到花柱
基部停止生长
At th e middle of
styles, s top grow ing
af ter reach ing the
bas e of s tyles
0. 82 1. 60 1. 60 1. 34
4　讨论
4. 1　种间杂交障碍及其原因
弄清种间杂交障碍的表达部位和产生原因,对
克服远缘杂交障碍, 获得远缘杂种具有重要意义。
Heslop-Harrison
[ 9]指出牧草花粉在结构和功能上具
有不同程度的特异性, 花粉是否具有育性及其生活
力的强弱都将可能影响种间杂交的成败。因此, 研究
亲本花粉育性和生活力是探讨沙打旺与鹰咀紫云英
种间杂交障碍的第一步。但结果表明,二者杂交困难
的原因并不在此。自从胼胝质荧光染色法问世以来,
人们广泛研究了自交和种间远缘杂交中胼胝质在花
粉、雌蕊组织中的特异性[ 10] ,使得自交不亲和及远
缘杂交不亲和现象的表达部位鉴定成为可能。通过
电镜扫和胼胝质荧光反应观测研究结果表明,沙打
旺与鹰咀紫云英种间杂交中萌发的花粉管有许多异
常现象,且沉积大量胼胝质,这为研究二者杂交不亲
和的表达部位提供了依据。Wang 等[ 11]研究认为, 当
适宜花粉管进入花柱后刺激花柱引导组织表皮细胞
死亡,可为花粉管生长发育提供营养物质和空间。但
在种间杂交中, 花粉管和异种花柱引导组织间存在
不协调性( Inharmony ) [ 9] ,有可能使异种花粉管得
不到营养物质。在有些远缘杂交中,这种不协调表现
在花粉与花柱引导组织细胞的渗透压不平衡, 或在
亲 本 双 方 生 殖 器 官 结 构 不 协 调 ( Physical
maladjustment )。沙打旺和鹰咀紫云英杂交中花粉
管与花柱之间存在不协调性, 使其在花柱中生长受
到抑制,是二者杂交主要障碍之一。关于种间杂交不
亲和遗传机制目前不十分清楚,解释这种不亲和现
象有三种假说。早在 1931年, Ander son 等提出种间
杂交不亲和与自交不亲和相似, 它们都是由 S 基因
控制。Pashkarnath提出种间杂交是由 S 基因与其
它基因互作所控制。而孟金陵[ 5]认为种间杂交不亲
和性是受独立于 S 基因的多基因控制。本文观察到
沙打旺和鹰咀紫云英种间杂交不亲和表达部位与亲
14 草　地　学　报 第 9卷
本自交不亲和表达部位相似, 只是种间杂交授粉后
花粉管在花柱中被抑制程度比自交不亲和更强烈,
发生得更早些。由此表明,沙打旺和鹰咀紫云英杂交
不亲和可能主要由 S 基因控制, 但植物生殖过程是
个复杂的过程,沙打旺和鹰咀紫云英杂交不亲和的
遗传机制也是复杂多样的,可能存在两种或两种以
上遗传机制同时在起作用。
4. 2　远缘杂交不亲和现象的克服方法及其应用
研究中发现沙打旺和鹰咀紫云英种间杂交不亲
和表达部位与亲本自交不亲和表达部位相似,因此
可用克服自交不亲和的方法来克服种间杂交不亲和。
4. 2. 1　改变染色体倍性水平　有研究表明,改变染
色体倍性水平后, 在相同倍性水平上进行杂交, 有时
能使杂交不亲和变为亲和。沙打旺 2n= 2x= 16,鹰
咀紫云英 2n= 8x= 64, 二者染色体倍性水平差异较
大, Lat ter ell 等[ 12 ]已获得鹰咀紫云英单倍体植株
( Polyhaploid plant , 2n = 4x= 32) , 并对其染色体减
数分裂进行分析。结果表明,八倍体鹰咀紫云英是由
两组分化明显的基因组构成,即 AAAABBBB[ 13] ,可
能与欧亚黄芪属二倍体种有一定亲缘关系。基于上
述情况,如果将沙打旺加倍成四倍体与已获得的单
倍体鹰咀紫云英( 2n= 32)杂交, 在一定程度上可能
会打破由S基因控制的不亲和机制。从理论上讲,可
克服沙打旺与鹰咀紫云英由于染色体倍性水平差异
造成的杂交不亲和现象。一般而言,以染色体数多的
种为母本杂交容易成功,但本文以鹰咀紫云英为母
本杂交,授粉后小花脱落较严重,杂交不亲和现象明
显,这可能与其自交不亲和遗传机制有关。
4. 2. 2　辐照花粉　辐照父本花粉后授于母本柱头,
可获得常规方法不易得到的杂种。目前关于辐照花
粉克服不亲和性的机理还不清楚, 有研究认为辐照
花粉可使花粉中某些酶类激活, 改变膜透性,从而促
进了花粉萌发和花粉管生长。辐照沙打旺或鹰咀紫云
英花粉能否克服二者杂交不亲性,尚待进一步研究。
4. 2. 3　用生理活性物质处理雌蕊　沙打旺和鹰咀
紫云英杂交的主要障碍之一在于受精前花柱不亲
和,采用赤霉素( GA 3 )这类主要促进杂种胚和胚乳
发育的物质, 可能不会起到预期作用。因此,今后可
选用如油菜素内酯等一些生理活性物质处理雌蕊柱
头再授粉,可能会促进花粉管在花柱中的生长而到
达子房实现受精。
4. 2. 4　试管授粉　这是在无菌条件下对置于培养
基上的雌蕊及胚珠授粉, 使花粉管在培养条件下到
达胚囊实现受精,波兰的 Zenkteler [ 14]应用这种方法
在克服十字花科植物远缘杂交不亲和方面起到很好
效果,但这种方法对实验条件,培养技术要求严格,
一般不容易操作。还有其他如热助、电助授粉物理方
法, 这些方法对克服沙打旺与鹰咀紫云英杂交不亲
和性可能会有一定作用。
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15第 1期 李瑞芬等:沙打旺与鹰咀紫云英种间杂交不亲和性研究