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第 32卷第 3期 湖南农业大学学报(自然科学版) Vol.32 No.3
2006年 6月 Journal of Hunan Agricultural University (Natural Sciences) Jun．2006
文章编号：1007-1032(2006)03-0232-05
诸葛菜与芸薹属间花粉与柱头相互作用的研究
王爱云 1，李 栒 1，胡大有 2
(1.湖南农业大学 农学院，湖南 长沙 410128；2.益阳职业技术学院，湖南 益阳 413000)
摘 要：用苯胺蓝染色法，在荧光显微镜下观察了诸葛菜的花粉在甘蓝型油菜、白菜型油菜和芥菜型油菜的柱
头上的黏附、萌发及萌发花粉管在柱头和花柱中的生长、伸长情况．结果表明，诸葛菜花粉很难在 3种类型油菜
的柱头上黏附和萌发，同时在花粉黏附的部位及其附近柱头乳突细胞内产生大量胼胝质；萌发的少量花粉粒，其
花粉管生长迟缓，且发生严重扭曲、肿胀等畸形现象，从而导致其进入柱头也比较困难；少数花粉管能穿过柱头
进入花柱，但时常有异常胼胝质沉积在花粉管中．另外，诸葛菜花粉与 3种类型的油菜柱头的相互作用不同，即
亲和力不同，表明诸葛菜与芸薹属杂交，存在严重的生殖隔离障碍，而且主要是受精前障碍．
关 键 词：诸葛菜；芸薹属；属间杂交；花粉；柱头
中图分类号：S565.4 文献标识码：A
Pollen-Stigma Interaction Between Orychophragmus violaceus
and Brassica Species
WANG Ai-yun 1，LI Xun1，HU Da-you2
(1.College of Agronomy，HNAU，Changsha 410128，China；2 .Yiyang Vocational and Technological College，Yiyang，
Hunan 413000，China)
Abstract：Orychophragmus violaceus used as male parent，with Brassica napus，B．campestris and B.juncea by selfing
the female parent materials．Under fluorescent microscope，the binding degree and germinating rate of pollen grain were
weakened when Brassica napus，B.campestris and B.juncea respectively was pollinated by Orychophragmus
violaceus．The pollen of Orychophragmus violaceus was hardly ever binding to the stigma of B.species which was
respectively used as female parent．The callose easily deposited in papillose cells in the three different combinations．
Germinated pollen tubes grew slowly on the stigma and gave rise to the distortion of pollen tubes，and swelled of their
tops，Thus，the quantities of germinating tubes on the stigmas and that of penetrating stigma were reduced．Sometimes，
a few of pollen tubles could enter into styles through stigmas，but abnormal callose could deposit in the tubes．In
addition，there were different degrees of compatibility between Orychophragmus violaceus and the different Brassica
species．It could be concluded that the incompatible reaction caused by pollen-stigma interaction could be one of the
main barriers of intergeneric crosse between Orychophragmus violaceus and B.species．
Key words：Orychophragmus violaceus；Brassica；intergeneric crosses；pollen；stigma
远缘杂交是将有利性状转入目标材料从而获
得新物种的有效途径．从 1917 年 Kajanus 第一次
报道甘蓝型油菜(Brassica.napus)与芜菁(B.rapa)种
间杂交以来，芸薹属植物的杂交已涉及到该属的各
个种间以及该属与其邻近的一些属间杂交，并且在
改良其某些性状方面发挥了重要作用，因而远缘杂
交在芸薹属作物育种上得到广泛应用．诸葛菜
(Orychophragmus violaceus，2n=24，OO)又名二月兰，
是十字花科诸葛菜属的一种野生植物，主要作为观
赏植物栽培．有关研究[1，2]表明，诸葛菜属具有许多
优良的遗传性状和经济性状，特别是其种子油品质
优良，且有较好的产量构成因素，因此，研究和开
收稿日期：2005-11-20
基金项目：湖南省科学技术厅项目(05NK3046)
作者简介：王爱云(1964-)，女，湖南桃江人，博士研
究生．
DOI:10.13331/j.cnki.jhau.2006.03.002
第 32卷第 3期 王爱云等 诸葛菜与芸薹属间花粉与柱头相互作用的研究 233
发利用诸葛菜的优良基因资源，通过远缘杂交的方
法将诸葛菜的优良性状导入油用芸薹属种，无疑对
于油菜生产和育种具有重要的意义．然而诸葛菜与
芸薹属油用种亲缘关系较远，存在生殖隔离障碍，
杂交十分困难，一般不易成功．为了探索诸葛菜与
芸薹属油用种远缘杂交生殖隔离发生的主要时期，
提高诸葛菜与芸薹属远缘杂种产生的频率，笔者于
2005 年进行了芸薹属不同种与诸葛菜属间的远缘杂
交，通过荧光显微镜观察了花粉与柱头的相互作用，
以期为油菜远缘杂交育种提供理论依据．
1 材料与方法
1.1 材 料
供试材料包括甘蓝型油菜(Brassica napus，
2n=38，AACC)：湘油 15号；白菜型油菜(B.campestris，
2n=20，AA)：澧临白菜；芥菜型油菜(B.juncea，2n=36，
AABB)：四川黄籽，均由湖南农业大学油料作物研
究所提供．诸葛菜 (Orychophragmus violaceus，
2n=24，OO)由南京植物研究所提供．
1.2 方 法
试验材料于2004年秋季播种，一般栽培管理．
用甘蓝型油菜、白菜型油菜、芥菜型油菜为母本，
诸葛菜为父本进行远缘杂交，同时每个母本进行自
交．杂交和自交均在田间进行．在盛花期采用人工
剥蕾去雄重复授粉的方法，在授粉的前一天于母本
植株上选取约 2 d 后才能开花的花蕾进行人工去
雄，并立即套袋、标记挂牌．分别取授粉后 6，24，
48 h的雌蕊各 10枚左右，用卡诺氏液在 0~4 ℃下
固定 24 h 后保存于 70%乙醇中．雌蕊用 6 mol/L
NaOH处理 12 h，用蒸馏水反复冲洗后，用 0.1%水
溶性苯胺蓝溶液(溶于 0.1 mol/L K3PO4)浸泡 24 h ，
将染色后的子房压片，用 Nikon荧光显微镜在紫外
光源下观察花粉黏附、萌发、柱头乳突细胞的胼胝
质产生及花粉管的生长情况，并拍照．
花粉粒、花粉管观察的计数方法：每个处理取
10个雌蕊，每个雌蕊在显微镜下取 3个不同的视野
分别计数，取 3次的平均数为该雌蕊的花粉粒和花
粉管数．
2 结果与分析
2.1 花粉粒在柱头表面的黏附
远缘杂交中，花粉授到目标柱头上以后，花粉
与柱头表面的乳突细胞发生水合作用而黏附到柱
头上，是二者相互识别反应的第一步，也是关键的
一步．花粉粒在柱头表面黏附的速率和数量，反映
出柱头和花粉粒相互作用的强弱，也是评价二者亲
和性的重要指标．
3种不同类型的油菜(甘蓝型油菜、白菜型油菜
和芥菜型油菜)自交以及诸葛菜花粉授到 3 种不同
类型油菜柱头上，其花粉在柱头上黏附的数量明显
不同(表 1，图 1-1，2)．甘蓝型油菜、白菜型油菜
和芥菜型油菜自交，6 h 后柱头上附着有大量花粉
粒，平均每个柱头上黏附的花粉粒分别达 115.0，
41.0和 50.3粒；24 h后，柱头上黏附的花粉粒达到
高峰，平均达 162，93.5 和 134.7 粒．三者相比，
表1 诸葛菜与芸薹属不同杂交方式柱头上黏附、萌发的花粉粒数
Table 1 Number of pollen grains attached to and germinated on the stigma in different types of pollination between Brassica species and O.violaceus
黏附花粉数/粒 萌发花粉数/粒 组 合
授粉后 6 h 授粉后 24 h 授粉后 48 h 授粉后 6 h 授粉后 24 h 授粉后 48 h
甘蓝型油菜⊕ (115.0±18.8)A (162.9±21.7)A (117.5±11.4)A (98.0±8.4)A (117.8±6.8)A (113.6±5.7)A
甘蓝型油菜×诸葛菜 (27.2±12.5)DE (60.0±8.1)D (30.0±7.0)D 0C (6.2±2.3)C (1.9±1.4)D
白菜型油菜⊕ (41.0±6.6)BCD (93.5±11.7)C (92.6±27.2)B (81.6±5.1)B (104.9±10.9)B (92.1±7.7)B
白菜型油菜×诸葛菜 (18.1±7.1)E (37.5±8.0)E (25.7±6.5)D 0C (8.0±1.6)C (1.9±1.6)D
芥菜型油菜⊕ (50.3±14.1)B (134.7±14.9)B (83.3±19.0)B (78.5±4.9)B (99.8±8.5)B (84.4±3.7)C
芥菜型油菜×诸葛菜 (33.7±4.7)CD (86.4±5.0)C (61.8±8.7)C 0C (10.8±3.2)C (1.8±1.3)D
不同大写字母表示 0.01水平下差异极显著．
234 湖南农业大学学报(自然科学版) 2006年 6月
1.甘蓝型油菜自交授粉 6 h后，大量花粉粒黏附在柱头上，并已萌发进入乳突细胞间隙，有胼胝质反应；2.甘蓝型油菜授诸葛菜花粉 6 h
后，黏附的花粉粒少；3.甘蓝型自交授粉 24 h后，大量花粉管从珠被进入胚珠附近；4.甘蓝型油菜授诸葛菜花粉 24 h后，一些花粉粒萌发，
花粉管在柱头表面缠绕，少数花粉管进入花柱；5.芥菜型油菜自交授粉 48 h后，花粉管进入胚珠；6.芥菜型油菜授诸葛菜花粉 48 h后，花
粉管在柱头表面缠绕，极少数花粉管进入花柱；7.白菜型油菜授诸葛菜花粉 48 h后，花粉管在柱头表面萌发生长，胼胝质反应强烈
图1 诸葛菜与芸薹属间杂交授粉以及芸薹属自花授粉后花粉粒黏附、萌发和花粉管的生长情况
Fig.1 Pollen attachment，germination and pollen tube growth of Orychophragmus violaceus× Brassica species on the stigma
甘蓝型油菜柱头上黏附的花粉粒最多，芥菜型油菜
次之，白菜型油菜最少．在甘蓝型油菜×诸葛菜、
白菜型油菜×诸葛菜和芥菜型油菜×诸葛菜的远
缘杂交组合中，授粉 6 h后，荧光观察附着在柱头
上的花粉粒少，仅见花粉粒发出的荧光，而未见其
萌发(图 1-2)．授粉后 24 h其花粉附着量达到高峰，
但平均每个柱头上黏附的花粉粒仅 60.0，37.5 和
86.4粒．另外还发现，在 3个杂交组合中也是以甘
蓝型油菜为母本的花粉附着量最多，以白菜型油菜
为母本的最少．与甘蓝型油菜、白菜型油菜和芥菜
型油菜自交相比，在相同时期，杂交组合黏附在柱
头上的花粉粒远远低于其自交的．
2.2 花粉粒的萌发和花粉管与柱头表面的相互
作用
花粉黏附到柱头上以后，能否很好地萌发是柱
头－花粉相互作用极为重要的环节．柱头上萌发的
花粉粒及穿入柱头的花粉管数量则反映了花粉与
柱头的亲和能力．花粉粒的萌发通常是以花粉的萌
发孔突出花粉管为萌发的标志．花粉管通过乳突细
胞的壁向下生长进入柱头，此时柱头内的花粉管数
为进入柱头的花粉管数．甘蓝型油菜、白菜型油菜
和芥菜型油菜自花授粉 6 h，柱头上花粉萌发量分
别达 98.0，81.6和 78.5粒，进入柱头的花粉管分别
为 23.3，21.0和 22.2条；授粉后 24 h，黏附在 3种
类型的油菜上的花粉粒几乎全部萌发，进入柱头的
花粉管数量大幅度增加(表 1，表 2)．有的花粉管穿
过珠被已到达胚珠附近(图 1-3)．3种类型的油菜自
交时，发现柱头乳突细胞有胼胝质产生，这种现象
可能与它们均有弱的自交不亲和性有关．与 3种类
型油菜自交相比，在甘蓝型油菜×诸葛菜、白菜型
油菜×诸葛菜和芥菜型油菜×诸葛菜的远缘杂交
组合中，诸葛菜花粉几乎难以在 3种类型油菜柱头
上萌发，即使萌发，其萌发也明显推迟．在授粉后
6 h 的柱头上未观察到萌发的花粉粒，仅见花粉粒
发出的荧光(图 1-2)；24 h后，3种类型的油菜柱头
上均有极少量的花粉粒萌发，萌发的花粉粒仅能伸
出很短的花粉管，其长度一般不超过花粉粒的直
径．即使伸长的花粉管有的尖端膨大，有的在柱头
表面缠绕弯曲，很难伸入柱头乳突细胞(图 1-4)．另
外，在花粉管与柱头乳突细胞接触的部位观察到二
者均沉积有大量胼胝质，胼胝质在荧光显微镜下发
出黄绿色荧光(图1-4，7)．这种胼胝质的形成是花粉
管生长及进入柱头的一种障碍，这与许多学者研究
的结果相同[4～13]．
1
5
2
6
3
7
4
第 32卷第 3期 王爱云等 诸葛菜与芸薹属间花粉与柱头相互作用的研究 235
表2 诸葛菜与芸薹属不同杂交方式进入柱头、花柱的花粉管数
Table 2 Number of pollen tubes in the stigma and style in different types of pollination between Brassica species and O. violaceus
进入柱头花粉管/条 进入花柱花粉管/条 组 合
授粉后 6 h 授粉后 24 h 授粉后 48 h 授粉后 6 h 授粉后 24 h 授粉后 48 h
甘蓝型油菜⊕ (23.3±8.5)A (95.7±8.3)A (109.9±10.1)A (0.4±0.7)a (22.8±4.3)A (46.1±6.8)A
甘蓝型油菜×诸葛菜 (0.4±1.0)B (6.8±5.9)C (13.1±3.9)C 0b (0.8±1.0)C (2.1±1.7)B
白菜型油菜⊕ (21.0±4.2)A (93.6±9.4)A (113.3±4.9)A (0.5±0.7)a (13.7±2.0)B (48.8±8.0)A
白菜型油菜×诸葛菜 0B (1.6±1.8)C (6.9±2.8)C 0b (0.2±0.4)C (1.6±1.4)B
芥菜型油菜⊕ (22.2±3.4)B (83.7±5.6)B (115.8±6.5)B (0.4±0.5)a (13.7±3.4)B (49.7±7.0)A
芥菜型油菜×诸葛菜 (1±1.5)A (8.1±5.2)C (15.8±3.7)C 0b (2.5±1.6)C (6.7±2.5)B
不同大写字母表示 0.01水平下差异极显著；不同小写字母表示 0.05水平下差异显著．
2.3 花粉管与花柱的相互作用
花粉管穿入柱头后，继续向下生长进入花
柱．甘蓝型油菜、白菜型油菜和芥菜型油菜自交时，
授粉 6 h内很少有花粉管进入花柱；24 h后进入花
柱的花粉管数有所增加；授粉 48 h后，花粉管大量
地进入花柱基部，平均每花柱分别有花粉管 46.1，
48.8和 49.7条．有些花粉管到了胚珠附近，个别胚
珠受精．明亮的胼胝质呈颗粒状，间或出现在长长
的花粉管中(图 1-5 )．
在甘蓝型油菜×诸葛菜、白菜型油菜×诸葛菜
和芥菜型油菜×诸葛菜的远缘杂交组合中，花粉管
均很难进入花柱组织．授粉后 6 h，在 3 种类型的
油菜上均未观察到进入花柱的花粉管；授粉后 24 h
才见有极少的几条花粉管在各自的花柱中延伸，同
时发现有大量胼胝质产生；即使授粉后 48 h，在花
柱中仅能发现 1～2条花粉管(图 1-6，7)．相对而言，
进入芥菜型油菜花柱的异种花粉管较多，进入白菜
型油菜的最少，这也许是与芥菜型油菜和诸葛菜的
亲缘关系相对近些有关．
3 小结与讨论
通过苯胺蓝染色法对诸葛菜与芸薹属间的远
缘杂交的花粉－柱头互作研究表明，诸葛菜与芸薹
属间的远缘杂交不亲和的原因主要是存在严重的
受精前障碍，因此，在进行诸葛菜与芸薹属间的远
缘杂交育种工作中，必须采取措施以克服花粉－柱
头间的不亲和．诸葛菜与芸薹属间远缘杂交时，诸
葛菜的花粉很难在油菜的柱头上黏附和萌发，而且
黏附到柱头上的时间也较自交大大推迟，即使有少
量花粉萌发，由于在花粉黏附的部位及其附近柱头
乳突细胞内产生大量胼胝质，花粉管很难生长进入
柱头，造成受精困难．在形态上，花粉管发生严重
扭曲、膨大，因此通过试管受精以及在柱头表面喷
施某些生理活性物质，或切断柱头等方法有可能成
为克服诸葛菜与芸薹属间远缘杂交受精前障碍的
有效途径．孟金陵等[3~5]在以甘蓝型油菜为母本，
与白菜、甘蓝、黑芥、埃塞俄比亚芥和芥菜型油菜
作父本的远缘杂交、巩振辉等[6，7]在甘蓝与白菜、
白芥与白菜的远缘杂交、王幼平等[8]在诸葛菜与白
菜型油菜和芥菜型油菜的远缘杂交、戴林建等[9]在
油菜与芸芥的远缘杂交、魏琴等[10]在比较芸薹族 6
种油料作物与油菜萝卜胞质不育系OguCMS杂交以
及孙万仓等[11]在芸芥与芸薹属 3个油用种的远缘杂
交中都发现了类似现象，如花粉黏附程度降低，花
粉黏附时间推迟，异源花粉柱头上萌发缓慢，花粉
管生长迟缓，且发生严重扭曲、分叉畸形，与花粉
管接触的柱头乳突细胞与花粉管中普遍产生胼胝
质，花粉管常常难以穿入柱头等现象，导致杂交不
亲和[12]．
本试验中，油菜柱头接受诸葛菜的花粉后，萌
发高峰出现在授粉后 24 h，这与瞿波等[13]发现的萌
发高峰期在授粉后 7~10 h不同，这可能是由于 2005
年 3－4月气温偏低，从而导致花粉萌发延迟．
从本研究中发现，无论是从花粉粒的黏附、萌
发率还是进入柱头及花柱的花粉管数看，芥菜型油
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菜×诸葛菜的远缘杂交组合的受精前亲和性最好．
这与王幼平等[8]在诸葛菜与芸薹属间杂交时花粉－
雌蕊相互作用的研究中发现的甘蓝型油菜和诸葛
菜远缘杂交受精前亲和，而白菜型油菜、芥菜型油
菜和诸葛菜存在受精前不亲和结果不一致，可能是
由于试验所用品种不同而造成，因此，在进行远缘
杂交时最好选用不同基因型作母本，不可草率对种
间或属间的可交配性进行定论．
本试验中，尽管油菜柱头和诸葛菜花粉存在严
重不亲和，但却能产生少量种子．能否把这种成功
的杂交看作是蕾期授粉的结果？推测可能在油菜柱
头对诸葛菜异种花粉建立起有效的不亲和防御机制
之前，有少量诸葛菜花粉提早萌发并进入了柱头．
目前由少量 F1种子所获得的 F1植株在形态上
基本属于偏母植株．对于 F1代的分子鉴定和细胞遗
传学研究将在后续论文中报道．
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责任编辑：苏爱华
英文编辑：罗文翠