全 文 ：2009年 6月
2009, 31(2):122 -126
中国油料作物学报
Chinesejournalofoilcropsciences
甘蓝型油菜与野芥属间体细胞融合杂种
后代种皮纹饰亚微结构研究
伍晓明 1, 2 ,曾长立 3 ,胡　琼2 ,王建波 1 ,宋运淳 1＊
(1.武汉大学生命科学学院 , 湖北 武汉 430072;2.中国农业科学院油料作物研究所 ,
湖北 武汉 430062;3.江汉大学生命科学学院 , 湖北 武汉 430056)
　　摘要:通过扫描电镜观察 ,研究了甘蓝型油菜与野芥属间体细胞融合杂种后代与亲本甘蓝型油菜和新疆野生
油菜(野芥)的种皮纹饰亚微结构特征。结果表明 ,甘蓝型油菜(BrassicanapusL.)、白芥(Sinapisalba)和野芥(Si-
napisarvensis)的种皮纹饰具有种的特异性 ,同一物种内的不同品种具有相同的种皮纹饰亚微结构特征 ,如甘蓝型
油菜黑籽品种中油 821与黄籽品系 YEP011具有十分相似的网 -穴状结构;2份新疆野芥与 2份欧洲来源的野芥都
具有相同的由向心条纹组成的近六边 “回”字型网 -穴状结构 , 表明新疆野芥与欧洲野芥同属一个物种。甘蓝型
油菜与野芥属间体细胞融合杂种 7007-4具有与亲本之一甘蓝型油菜中油 821相同的网-穴状结构;同属白芥属的
野芥(Sinapisarvensis)与白芥(Sinapisalba)的种皮纹饰存在很大差异 ,说明种皮纹饰不具有属的特异性。
关键词:油菜;体细胞融合杂种;种皮纹饰;扫锚电镜
中图分类号:S565.401　　文献标识码:A　　文章编号:1007-9084(2009)02-0122-05
Seedcoatmicrosculpturingfeatureofintergenericsomatichybrids
betweenBrassicanapusandSinapisarvensis
WUXiao-ming1, 2 , ZENGChang-li3 , HUQiong2 , WANGJian-bo1 , SONGYun-chun1＊
(1.ColegeoflifeSciences, WuhanUniversity, Wuhan430072, China;2.OilCropsResearchInstitute
ofCAAS, Wuhan430062, China;3.ColegeofLifeSciences, JianghanUniversity, Wuhan430056 , China)
Abstract:TorevealtheseedsoatmicrosculpturingfeatureofintergenericsomatichybridsbetweenBrassica
napusandXinjiangwildrape(Sinapisarvensis), seedcoatmicrostructurewasvisualizedusingascanningelectron
microscope.Speciesspecialitywasobservedinseedsoatmicrosculpturingfeatures, ablackseededcultivar“Zhongy-
ou821”andayelowseededline“YEP011”ofBrassicanapussharedthesamereticulate-foveatepatern.Twolines
ofXinjiangwildrapeandtwolinesofEuropeanSinapisarvensisdisplayedasimilarnearhexagonalreticulate-foveate
structurewithmanycentripetalruga, suggestingthatXinjiangwildrapebelongstospeciesofSinapisarvensis.The
intergenericsomatichybrids“ 7007-4” exhibitedthesamereticulate-foveatepaternasoneofitsparentalcultivar
“Zhongyou821”.SinapisarvensisandSinapisalbahadverydiferentmicrosculpturingfeatureswhichindicatesthat
seedcoatmicrostructureisnotgenusspecific.
Keywords:Rapeseed;Somatichybrids;Seedcoatmicrosculpturing;Scanningelectronmicroscope
收稿日期:2008-12-08
基金项目:基金项目:国家 “十一五 ”科技支撑项目(2006BAD13B05-2), 国家高技术研究发展计划(“ 863”计划)(2006AA10Z1E4)
作者简介:伍晓明 ,研究员 ,主要从事油菜基因资源研究
＊通讯作者:宋运淳 ,教授 ,博士生导师 , Email:ycsong1936@yahoo.com.cn
　　种皮是种子胚胎与外界环境间的重要生物屏
障 ,种皮在保护胚胎免受各种生物(病虫 、病原微生
物)和非生物逆境危害方面具有特别重要的意
义 [ 1, 2] 。研究表明 ,不同物种植物的种皮纹饰亚微
结构特征存在种的特异性[ 3 ～ 7] ,表明种皮纹饰特征
是稳定可遗传的 ,是植物长期系统进化的结果。鉴
于种皮具有多重重要的生物学功能 ,按人类需求对
种皮进行定向遗传改良具有潜在应用价值 ,研究种
皮形态结构变异对深入了解并进一步指导这一重要
植物学性状的遗传改良具有重要意义 。
新疆野生油菜或野芥(Sinapisarvensis)由于具
有抗虫 、抗旱 、耐裂果等优良特性 ,成为育种家改良
油菜主要栽培种甘蓝型油菜(BrasicanapusL.)的
重要野生基因资源 ,新疆野生油菜与甘蓝型油菜分
属不同属 ,有性杂交十分困难 , Hu等利用体细胞融
合技术获得了新疆野生油菜与甘蓝型油菜的属间杂
种 ,并从中选择出甘蓝型油菜的 NSa细胞质雄性不
育系[ 8] 。由于不同种属植物具有各自不同种皮纹
饰特征 ,令人感兴趣的是当不同物种间形成种间或
属间杂种时 ,杂种种皮纹饰会发生何种变化。因此 ,
本研究比较分析了属间杂种与亲本种皮纹饰特征 ,
期望了解通过体细胞融合属间杂种种皮纹饰的变化
规律。
1　材料与方法
1.1　植物材料
新疆野生油菜与甘蓝型油菜的属间杂种 7007-4
(系野油 18号与中油 821对称融合杂种自交二代种
子);甘蓝型油菜(BrasicanapusL.)品种:中油 821
(黑籽), YEP011(黄籽);新疆野生油菜 (Sinapis
arvensis):野油 5号 ,野油 18号;欧洲野芥(Sinapis
arvensis):CR2066-96 , CR420 -95;白芥(Sinapisal-
ba):白芥籽。
1.2　种皮纹饰的扫描电镜观察
将成熟种子固定于用 0.1 mol/L磷酸缓冲液
(pH7.2)新配制的 3%戊乙醛溶液中 ,室温下固定
3h。种子通过一系列乙醇脱水后 ,在异戊醋酸酯中
交换后 ,通过二氧化碳临界点干燥 ,然后用双面胶把
样品粘在样品座上 ,镀金后在 HITACHIS-450扫描
电子显微镜下观察。为保证可比性和统一性 ,近轴
面种子中部位置是扫描观察的位置。
2　结果与分析
2.1　不同种属油菜种子种皮纹饰特征
根据 Murley[ 9] 、Koul[ 10]和 Zeng等 [ 7]所采用的
种皮表面雕纹的描述术语 ,在低倍(×60, ×100, ×
140)下观察 ,种皮纹饰通常可以划分成网状 、穴状 、
皱纹状和水疱状 4种类型。这四种类型在高倍(×
250, ×1 000)下 ,可以进一步划分为 12种类型:网
状 、穴状 、皱纹状 、网状 -穴状 、网状 -水疱状 、浅小
坑状 、水疱状 、丘疹状 、水疱 -丘疹状 、丘疹 -穴状 、
皱纹 -穴状和嚼烂状。
依据上述描述术语 ,在低倍(×60, ×70)下观
察 ,发现甘蓝型油菜(BrasicanapusL.)、白芥(Sina-
pisalba)与新疆野生油菜和野芥(Sinapisarvensis)的
种皮表面纹饰存在一定差异 ,但同一物种内不同材
料间种皮表面纹饰无明显差异(图 1),从图中可以
看出:甘蓝型油菜(BrassicanapusL.)二个品种中油
a)中油 821(×60);b)YEP011(×60);c)属间杂种 7007K-4(×60);d)白芥籽(×60);
e)野油 5号(×60);f)野油 18号(×70);g)CR420-95(×70);h)CR2066-96(×70)
a)Zhongyou821(×60);b)YEP011(×60 );c)IntergenericSomaticHybrids7007-4(×60);
d)Baijiezi(×60);e)YeyouNo.5(×60);f)YeyouNo.18(×70);g)CR420-95(×70);h)CR2066-96(×70)
图 1　在低倍(×60, ×70)下观察种皮表面纹饰特征
Fig.1　SEMmicrographsofseedsurfaceatlow(×60, ×70)magnification
123伍晓明等:甘蓝型油菜与野芥属间体细胞融合杂种后代种皮纹饰亚微结构研究
821(图 1a)与 YEP011(图 1b)种皮表面纹饰均为典
型的网状结构 ,并有清晰的筛状小穴 , 黄籽 YEP011
与黑籽中油 821种皮表面纹饰差别不明显 。
白芥(Sinapisalba)地方品种 -白芥籽种皮表面
纹饰呈现皱纹状(图 1d)。
二份新疆野芥野油 5号(图 1e)与野油 18号(图
1f)的种皮表面纹饰与二份来源于欧洲的野芥
CR2066-96(图 1h)和 CR420-95(图 1g)的种皮纹饰完
全一致 ,均为中央略下陷的网状结构 ,但无筛状小穴 。
在高倍(×250)下观察 ,发现甘蓝型油菜(Bras-
sicanapusL.)、白芥(Sinapisalba)与新疆野芥和欧
洲野芥(Sinapisarvensis)间种皮表面纹饰特征差异
更为明显 ,从图 2中可以看出:甘蓝型油菜(Brassica
napusL.)二个品种中油 82 1(图 2a)与 YEP0 11
a)中油 821;b)YEP011;c)属间杂种 7007-4;d)白芥籽;e)野油 5号;f)野油 18号;g)CR420-95;h)CR2066-96
a)Zhongyou821;b)YEP011;c)IntergenericSomaticHybrids7007-4;d)Baijiezi;
e)YeyouNo.5;f)YeyouNo.18;g)CR420-95;h)CR2066-96
图 2　在高倍(×250)下观察种皮表面纹饰特征
Fig.2　SEMmicrographsofseedsurfaceathigh(×250)magnification
a)中油 821;b)YEP011;c)属间杂种 7007-4;d)白芥籽;e)野油 5号;f)野油 18号;g)CR420-95;h)CR2066-96
a)Zhongyou821;b)YEP011;c)IntergenericSomaticHybrids7007-4;d)Baijiezi;
e)YeyouNo.5;f)YeyouNo.18;g)CR420-95;h)CR2066-96
图 3　在高倍(×1 000)下观察种皮表面纹饰特征
Fig.3　SEM micrographsofseedsurfaceathigh(×1 000)magnification
124 中国油料作物学报　2009, 31(2)
(图 2b)种皮表面纹饰均为绳状隆起皱纹交织形成
的网 -穴状结构 。黄籽 YEP011的绳状隆起较黑籽
中油 821粗 ,形成的穴状结构也稍大。
白芥(Sinapisalba)地方品种 -白芥籽种皮表面
纹饰呈现无明显规律皱纹状突起(图 2d)。
二份新疆野芥野油 5号(图 2e)与野油 18号
(图 2f)的种皮表面纹饰与二份来源于欧洲的野芥
CR2066-96(图 2h)和 CR420-95(图 2g)的种皮纹饰
完全一致 ,具有非常独特的种皮纹饰特征 ,即由向心
条纹组成的近六边型网 -穴状结构。
在高倍(×1 000)下观察 ,可以更清晰地看出 ,
同一物种种皮表面纹饰特征基本相同 ,而不同种属
种皮表面纹饰明显不同见图 3。
甘蓝型油菜(BrasicanapusL.)二个品种中油
821(图 3a)与 YEP011(图 3b)种皮表面纹饰在高倍
下呈现穴状结构 ,且多个穴状结构组成中央略下陷
的网 -穴状结构 。
白芥(Sinapisalba)地方品种 -白芥籽种皮表面
纹饰为不规则扭曲状皱纹突起(图 3d)。
二份新疆野芥野油 5号(图 3e)与野油 18号
(图 3f)的种皮表面纹饰与二份来源于欧洲的野芥
CR2066-96(图 3h)和 CR420-95(图 3g)的种皮纹饰
完全一致 ,向心条纹组成的近六边型网 -穴状结构
呈 “回”字型 ,中央略为下陷 。
2.1　属间体细胞融合杂种后代与其亲本的种皮纹
饰特征
在低倍 (×60 , ×70)下观察 ,属间体细胞融合
杂种后代 7007-4(图 1c)与其亲本种甘蓝型油菜
(BrassicanapusL.)中油 821(图 1a)与 YEP011(图
1b),以及新疆野芥野油 5号(图 1e)与野油 18号
(图 1f),种皮表面纹饰均呈现出网状结构 ,但与体
细胞融合杂种的网状结构存在筛状小穴 ,与甘蓝型
油菜更为相似。
在高倍(×250)下观察 ,属间体细胞融合杂种
后代 7007-4(图 2c)与其亲本种甘蓝型油菜(Brassi-
canapusL.)中油 821(图 2a)与 YEP011(图 2b)的
种皮纹饰均为绳状隆起皱纹交织形成的网 -穴状结
构 , 但杂种网-穴状结构下陷程度较甘蓝型油菜明
显;但与另一亲本种新疆野芥的由向心条纹组成的
近六边型网 -穴状结构明显不同。
在高倍(×1 000)下观察 ,属间体细胞融合杂种
7007-4(图 2c)与其亲本种甘蓝型油菜(Brasicana-
pusL.)中油 821(图 2a)与 YEP011(图 2b)的种皮
纹饰相似 ,由多个穴状结构组成中央略下陷的网 -穴
状结构 ,不过杂种的网 -穴状结构下陷较甘蓝型油菜
明显 ,清晰地显示出网-穴状结构。与另一亲本种疆
野芥向心条纹组成的近六边 “回 ”字型网 -穴状结
构不同。
3　讨论
对不同种属油菜种皮纹饰的电镜观察进一步证
实 ,十字花科植物物种种皮纹饰亚微结构特征存在
种特异性 ,同一物种内不同材料间种皮表面纹饰无
明显差异;但不具有属的特异性 , 本研究结果表明 ,
同属白芥属的新疆野芥或欧洲野芥 (Sinapisarven-
sis)与白芥(Sinapisalba)的种皮纹饰存在很大差异。
因此 ,十字花科植物物种种皮纹饰亚微结构特征 ,可
作为植物种间分类鉴定的可靠和重要形态结构指
标。 Vaughan提出在确定十字花科植物亲缘关系
中 ,种皮可能是最有价值的分类学指标 [ 11] 。新疆
野生油菜是我国重要的野生油菜资源 ,具有丰富的
遗传变异 ,准确地确定其分类地位对油菜起源进化
及野生种的利用都具有特别重要的意义 ,为已从形
态解剖学 、细胞遗传学 、生化与分子生物学等角度开
展了大量研究 ,确定新疆野生油菜就是野芥(Sinapis
arvensis)[ 12 ～ 15] ,本研究结果表明 ,新疆野生油菜与
欧洲的野芥的种皮纹饰亚微结构特征基本相同 ,为
新疆野生油菜的分类提供了新的证据。
比较甘蓝型油菜黄籽与黑籽的种皮纹饰亚微结
构 ,黄籽品系 YEP011的绳状隆起较黑籽品种中油
821粗 ,形成的穴状结构也稍大 ,可能与黄籽油菜种
皮较薄有关。
鉴于种皮纹饰亚微结构特征存在种特异性 ,而
种皮在保护胚胎免受各种生物(病虫 、病原微生物)
和非生物逆境危害方面又具有特别重要的意义 ,了
解具有不同种皮纹饰的物种形成属间杂种后 ,杂种
后代种皮纹饰的变异具有重要的理论意义和应用价
值。本项研究结果表明 ,甘蓝型油菜与野芥之间形
成的属间体细胞融合杂种后代 7007-4的种皮纹饰 ,
基本与亲本种甘蓝型油菜一致 ,但其网 -穴状结构
下陷较甘蓝型油菜明显 ,略具有新疆野芥网 -穴状
结构中央下陷的特征。导致种皮纹饰偏向甘蓝型油
菜的原因 ,可能是因为 7007-4选育过程中 ,育种家
偏向于选择形态与甘蓝型油菜相似的单株 ,而这些
单株的遗传组成以甘蓝型油菜的 A或 C染色体为
主;对 7007-4进行的基因组原位杂交(Genomicin-
situhybridization, GISH)分析显示 , 减数分裂过程中
7007-4染色体组成包括 15 ～ 19条甘蓝型油菜来源
的染色体 ,和 4 ～ 9条新疆野生油菜来源的染色体 ,
处于以甘蓝型油菜染色体为主的非整倍体状态(结
125伍晓明等:甘蓝型油菜与野芥属间体细胞融合杂种后代种皮纹饰亚微结构研究
果待发表)。由于 7007-4系野油 18号与中油 821
对称融合杂种自交二代种子 ,这表明在体细胞对称
融合杂种的分离后代中 ,种皮纹饰特征与植株形态
是关联的 ,依据植株形态进行定向选择 ,体细胞对称
融合杂种后代的种皮纹饰特征能迅速偏向一个亲
本 。这一结果与油菜基本种与复合种种皮纹饰的比
较研究结果一致 ,复合种种皮纹饰一般偏向一个亲
本 ,如芥菜型油菜种皮纹饰一般与其二倍体祖先种
之一的白菜型油菜相似 [ 7, 9] ,暗示种皮纹饰具有较
高的保守性 ,创造具有新种皮纹饰特征的种质可能
是困难的。
参考文献:
[ 1] 　Mohamed-YasseenY, BarringerSA, SplitstoesserW E,
etal.Theroleofseedcoatsinseedviability[ J] .BotRev,
1994, 60:426-439.
[ 2] 　WeberH, BorisjukL, WobusU.Controllingseeddevelop-
mentandseedsizeinViciafaba:aroleforseedcoat-asso-
ciatedinvertasesandcarbohydratestate[ J] .PlantJ,
1996, 10:823-834.
[ 3] 　钱秀珍 , 伍晓明 ,徐秀珍.芸薹属油菜及其近缘属作物
种皮纹饰亚微结构研究 [ J] .作物学报 , 1998, 24:338-
344.
[ 4] 　ButhGM, AraR, NarayanA.Seedandseedcoatanatomy
ofsomemembersoftribeArabideae(Brassicaceae)[ J] .
Phytomorphology, 1987, 37:341-348.
[ 5] 　CarolinRC.PaternofseedsurfaceofGoodeniaandre-
latedgenera[ J] .AustJBot, 1980, 28:123-137.
[ 6] 　LinskensHF, PfahlerPL, KnuimanEL.Identificationof
soybeancultivarsbythesurfacereliefoftheseed-coat
[ J] .TheorApplGenet, 1977, 50:147-150.
[ 7] 　ZengChang-li, WangJian-Bo, LiuAi-hua, etal, Seedcoat
microsculpturingchangesduringseeddevelopmentindip-
loidandamphidiploidBrassicaspecies[ J] .AnnalsofBot-
any, 2004, 93:555-566.
[ 8] 　HuQ, AndersenSB, DixeliusC, etal.Productionoffer-
tileintergenericsomatichybridsbetweenBrassicanapus
andSinapisarvensisfortheenrichmentoftherapeseed
genepool[ J] .PlantCelRep, 2002, 21:147-152.
[ 9] 　MurleyMR.SeedsoftheCruciferaeofnortheasternNorth
America[ J] .AmerMidlNat, 1951, 46:1-81.
[ 10] 　KoulKK, NagpalR, RainaSN.Seedcoatmicrosculp-
turinginBrassicaandalliedgenera(subtribesBrassici-
nae, Raphaninae, Moricandiinae)[ J] .AnnBot, 2000,
86:385-397.
[ 11] 　VaughanJG, WhitehouseJM.Seedstructureandthe
taxonomyoftheCruciferae[ J] .BotJLinnSci, 1971,
64:383-409.
[ 12] 　伍晓明 , 许　鲲 , 王汉中 , 等.新疆野生油菜 、野芥和
黑芥的遗传分化及系统演化研究 [ J] .中国油料作物
学报 , 2001, 23(4):1-6.
[ 13] 　杜　伟 , 王兆木 ,孙卫琳 , 等 , 新疆野生油菜体细胞染
色体核型的研究 [ J] ,西北农业学报 , 1992, 1(2):8 -
10.
[ 14] 　肖成汉.新疆野生油菜和西德黑芥核型的比较研究
[ J] .华中农业大学学报 , 1989, 8(4):297-301.
[ 15] 　官春云.新疆野生油菜与野芥遗传性状的比较研究
[ J] .作物学报 , 1996, 22(2):214-219.
126 中国油料作物学报　2009, 31(2)