全 文 ：西北农业学报 1 94 9, 3 ( l ) : 3 5~ 3 8
A e t a A g r i心 u l t u r a e B o r e a l i一 co e id e n t a l is S in i e a
白菜与白芥属间花粉— 柱头相互作用的研究 .
巩 振 辉 何 玉 科 ’ `
(西北农业大学园艺 系
王 鸣 王 飞
陕西杨陵 7 1 2 1 0 0 )
摘要 以苯胺兰染 色法 , 在关光显徽 使下 观寨了异源花粉在柱 头上 钻合 、 萌发及花粉 管在柱 头
表面和花柱 中的生长情况 。 结 果表明 ,异源花粉在柱头上 枯合的速度和 数蚤与 白菜 、 白芥自交无 明显
差异 ;异源花粉在柱 头上 萌发缓 慢 , 而 白茉花粉在白芥柱头上较 其反 交萌发的更为缓慢 , 萌发的花粉
管生长迟缓 , 且发 生产重扭 曲 、 分 叉 、 崎形等现象 , 从 而 减 少 了柱 头上异源花粉萌发和进 入花柱的花
粉管数 童 , 推迟 了异涯花粉萌发 和花粉管进入花柱的叶 问 , 降低 了萌发和进入 柱头花粉管的质釜 .
关键词 白菜 ,白芥 ;杂交不育 ;花粉— 柱 头相 互 作用
将近缘种间或属间的抗病基因引入白菜 ( B ar s i ca ca ,nP se tr is s sP , Pek 动。 : 51 L
.
)栽培品种
是育种家十分关注的问题 。 据报道 , 白芥 ( iS , , a P is al l,a L . ) 对丝囊属根腐病 、 根结线虫 、 枯萎
病 、黄萎病 、 黑胚病等有极强的抗性 〔`一 ` , . 据笔者 1 9 8 9~ 19 9 3 年的 田问调查 , 白芥不仅对十字
花科多种病害表现高抗 ,而且还高抗菜青虫 。 如能将白芥的抗病虫基因引入白菜 ,无疑对大 白
菜抗病虫育种有重要意义 。 关于芸苔属种间及近缘属间杂交受精前的障碍 已有报道 二7 ’ 日 , 。 但白
菜与白芥属间杂交时花粉与柱头相互作用的研究 , 国内外尚未见报道 。本试验采用苯胺兰染 色
法 , 在荧光显微镜下观察了异源花粉在柱头上的粘合 、 萌发及其萌发花粉管在柱头上和花柱中
的生长 、 伸长情况 ,试图查 明白菜与白芥属间杂交时花粉管进入胚囊前的障碍 , 为开展白菜与
白芥的远缘杂交育种提供理论依据 。
1 材料与方法
以白菜品种 N W ; 、 白芥品种 J : 。为亲本 ,分 别配制远缘 杂交组 合 N W ; x j l 。 ( D C , )和 J l 。 又
N W
;
( D C
Z
)
。 以 N W ; 和 J ,。株间自交为对照 。 杂交和 自交授粉均在温室进行 ,去雄 、 授粉 、 套袋
等采用常规方法 。 授粉后 3 、 6 、 12 、 2 4 、 4 8 h , 每处理采 20 个子房 , 用卡诺液 (酒精 , 冰醋酸 -
3 : l) 固定 l h ,保存于 70 %酒精中 。 再经 6 m ol / L N a O H 溶液软化 12 h ,用蒸馏水反复冲洗 .
然后在 0 . 1%苯胺兰溶液 (溶于 0 . 1 m o l / L K 3 P O ; 溶液中 )里染色 2 4 h 。 用 O l y m p u s B H F 型荧
光显微镜在紫外光源下观察花粉的粘 合 、 萌发 、柱头乳突细胞的脱服质反应及花粉管在花柱中
的伸长情况二, · “ , 。 授粉亲和指数参考 M a st t : az w a 〔’ 〕的花粉萌发指数公式计算 。
结果与分析
花粉粒在柱头表面的粘合情况
. 国家 自然科学羞金资助项 目 二 现 在上海植 生所 工作收稿 B 期 19 9 3一 0 8一 0 9
·3 6
· 西 北 农 业 学 报 3 卷
试验结果表 明 , 白菜 、 白芥 自交及 白菜与白芥正反交 , 柱头乳突细胞表面及间隙受粉后 3 h
就附着大量花粉粒 (一般 30 。 粒左右 ) , 随后略有下降 ,至 48 h 仍有 10 粒左右 。 各种交配方式
在柱头上粘合花粉的速度和数量无明显差异 。 说 明异属花粉能顺利与柱头乳突细胞表面发生
水合作用而粘合在柱头上 。 这一结果与白菜和甘蓝 、 甘蓝型油菜和黑芥 、 甘蓝型油菜和芥菜型
油菜 、 甘蓝型油菜和埃塞俄 比亚油菜种间杂交及甘蓝型油菜与海甘蓝 、 萝 卜与黑芥属间杂交
中 , 异源花粉在柱头上难以粘合的情 况不同比吕· `。刁。 表明异源花粉难以在柱头上粘 合并不是十
字花科远缘杂交 中的唯一现象 。
2
.
2 花粉粒的萌发及花粉管与柱头表面的相互作用
白菜自交后 3 h 柱头表面附着的花粉粒有 2 3/ 萌发 , 花粉管与花粉粒直径等长 ; ,6 h 柱头
表面的花粉粒全部萌发 , 花粉管生长正常 ,约为花粉粒直径的 2 倍 , 且未见花粉管和柱头乳突
细胞有脐眠质反应 , 部分花粉管 已穿入柱头 ; 12 h 花粉管大部分穿入柱头 (图版 I 一 1 . 2 ) ; 24
一 4 8 h 后柱头表面只有极个别花粉管 。
白芥 自交花粉粒的萌发 , 花粉管与柱头表面的相互作用和白菜自交类似 (图版 I 一 3 , 4 ) 。
白菜 丫 白芥授粉 3 h 后仅有个别花粉粒萌发 , 6 h 附着在柱头上的花粉粒有近 1 5/ 萌发 ,
但萌发的花粉管大 多呈尖端膨大 、 分叉 、 扭 曲等畸形现象 , 并伴有脱肌 质积 累 。 授粉后 12 ~
24 h有 2 5/ 花粉粒萌发 , 但多数为不正常花粉管 , 仅有少数能进入花柱 (图版 I 一 5一 7 ) 。
白芥 x 白菜授粉 3 h 后未发现有花粉粒萌发 , 6 h 仅有个别萌发 ; 2[ h 萌发 l 5/ , 但花粉管
长度未超过花粉粒直径的 2 倍 ,且大多畸形扭 曲 、 尖端膨大或分叉 , 并在乳突细胞 内积累大量
脐眠质 。到 24 h ,萌发的花粉粒占附着在柱头上的花粉粒的 13/ 左右 ,且大多数花粉管畸形 , 仅
有少数花粉管进入花柱 (图版 I 一 9一 1 1 ) 。
2
.
3 花粉管与花柱的相互作用
表 1表 明 , 和 白菜 、 白芥 自交 比较 ,异属花粉管进入花柱时间滞后 ,且在供试时间范 围内 ,
最终进入花柱的花粉管少 (图版 I 一 8 , 图版 I 一 1 0 。 按花粉管进入花柱的速度和数量 , 不同交
配方式的排列顺序是 : 白菜⑧ > 白芥⑧> D C : > D C : 。 白菜花柱和白芥花柱对异属花粉管的进
入 、 生长有明显的抑制作用 ; 且白芥花柱对 白菜花粉管的进入 、 生长的抑制作用大于 白菜花柱
对白芥花粉管的进入 、生长 。 这与笔者试验 白菜 义 白芥比其反交亲和力好的结论一致 。
T a b le
表 l 不同交配方式进人花柱的平均花粉管数
A v e r a g e P o l l e n t u悦 5 eP r s t y l e o f d i f f e r e n t m a t e P a t t e r n s
交配方式
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投粉 )言时间 ( l 、 )
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3 6 1 2 2 4 4 8
( X 士 S D ) ( X 士 S D ) ( X 士 S D ) ( X 士 S D ) ( X 士 S D )
白菜自交
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白荞 自交
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又W . 义 J一。 ( 【犯 , )
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3
.
8士 2 . 9 1 17 . 7士 4 . 7 9 2 5 . 1士 3 . 7 7 2 9 . 6士 5 . 96 3 4 . 7士 7 . 3 7
0
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0士 0 . 0 0
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0 士 2 . 5 8
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6士 1 . 6 7
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.
2士 4 . 4 0
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0 士 3 . 4 5
1 2
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3士 5 . 0 4
8
.
1士 5 . 2 7
2
.
4 授粉亲和指数
白菜自交的授粉亲和指数为 3 . 0 7 , 白芥 自交 的授粉亲和指数为 3 . 。 。 , D C : 授粉亲和指数
1期 巩振辉等 白菜与白芥属间花粉— 柱头相互作用的研究 · 3 7·
为 1. 37, D C Z 授粉亲和指数为 0 . 89 。 方差分析表 明 , D C ; 和 D C Z 组合的授粉亲和指数均极显著
( P 一 0 . 01 )低于白菜和 白芥 自交授粉亲和指数 ; D C , 组合授粉亲和指数显著 ( P 一 。 . 0 5) 高于
D C
: 。 说明白菜与白芥属间杂交亲和性差 , D C : 较 D C I 杂交亲和性更差 。 因此 , 在进行白菜与白
属间杂交时 ,选用白菜只 白芥可能更有利于获得属间杂种 。
3 讨论
在芸墓属种间及近缘属间杂交受精前的障碍研究中 ,孟金陵报道 , 以甘蓝型油菜做母本与
白菜 、 甘蓝 、 黑芥 、 芥菜型油菜和埃塞俄比亚油菜杂交时 ,花粉枯合程度减弱 ,花粉管常常不能
穿入柱头 ,与花粉管接触的柱头乳突细胞 内普遍产生拼胀质 , 少数异源花粉管能穿过柱头进入
花柱 , 但时有异常脱肌质沉积在花粉管中 ,海甘蓝的花粉很难粘合在甘 蓝型油菜柱头上 L“ 。 巩
振辉等研究表明 ,甘蓝 x 白菜杂交的主要障碍在于白菜萌发的花粉管难 以伸进柱头 ,并与柱头
表面发生严重的彤r月氏质反应 ,使花粉管扭曲 、 尖端膨大 ,难以生长 ” 。 K e r h o a s 。 t al 在甘蓝型油
菜与白芥的属间杂交中也发现授粉后 ,柱头乳突细胞内沉积有大量拼肌质 , 阻碍花粉管穿入柱
头 [J ’ 一 。 本试验表明 , 白菜与 白芥属间正反交 ,异源花粉在柱头上粘合情况与 白菜 、 白芥 自交无
明显差异 , 但异属花粉在柱头上萌发缓慢 , 萌发的花粉管生长迟缓 , 且发生严重的扭 曲 、 分叉 、
尖端膨大现象 。
在白菜与白芥属 间杂交中 , 最终萌发并穿入花柱的异源花粉管数已接近母本 白菜胚珠数
的半数或大于母本白芥的胚珠数 ,而有多少花粉管能正常参与受精形成合子尚不明确 。 因此 .
有必要对 白菜与 白芥属间杂交受精过程作进一步探讨 。 笔者通过杂种子房培养 、 胚珠培养技术
获得 了一批白菜与白芥的属间杂种 , 成功地将 白芥的黑腐病 、 黑斑病抗性基因引入了白菜与 白
芥的属间杂种 (另有报道 ) ,这一事实说明白菜与白芥属间杂交 , 不仅存在受精前的障碍 , 还同
时存在着胚胎发育的障碍 ,欲获得白菜与白芥属间高产杂种植株 ,应从克服受精前和胚胎发育
障碍同时入手 。
参 考 文 献
1 C a u b e l 砂 t a l
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,
( 12 )
: 9 0
7 巩振辉等 . 甘蓝 x 白菜种 问花粉一 柱头相互 作用的研 究 . 西 北农业大学学报 , 1 9 9 2 , 2 ( )( 3 ) : 1~ 6
8 孟金陵 . 甘蓝型油莱与近缘种 、 属杂交 时花粉一 雌蕊相 互作用的研究 . 作物学报 , 1 9 0 , 16 ( 1) : 19 ~ 24
9 M
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1 9 8 3
,
5 2 ( 4 )
: 5 9 7~ 60 2
3 8西 北 农 业 学 报 3 卷
S TU I E DS O N PO E L L N— S I TG M A I E A N T RC I TO E N B T、 E E V NC HI E S E C A A G E A N B B N DW I H TE M U S TA R D
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.
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p e r io d s a f t e r p o l l i n a t i o n w e r e e o l l e e t e d a n d s t a i n e d w i t h a n i l i n e b l u e
.
T h e d e g r e e s o f p o l l e n
-
s t ig m a b i n d i n g
,
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a n d s t y l e w e r e o b s e r v e d u n d e r f l u r o s e e n t m ie
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A l l o p o l le n g e r m i n a t e d s l o w l y o n t h e s t i g m a a n d t h e s p e e d o f
C h i n e s e e a b b a g e p o l l e n g e r m i n a t e d o n w h i t e m u s t a r d s t i g m a m o r e s l o w l y t h a n t h a t o f w h i t e
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G e r m i n a t e d p o l l e n t 、一b e s g r e w s l o w l y o n a l l o s t ig
-
m a a n d g a v e r i s e t h e d i s t o r t i o n o f p o l l e n t u b e s
, a n d s w e l l e d a n d d i
v e r g e d o f t h e i r t o p s
.
T h u s
,
t h e q u a n t i t ie s o f g e r m i n a t i n g t t 一b e s o n a l l o s t i g m a a n d o f p e n e t r a t i n g s t i g m a w e r e r e d u e e d
,
t h e g e r m i n a t i o n o f a l l o p o l l e n a n d g e r m i n a t e d t u b e s t o p e n e t r a t e s t i g m a w a s d e l a y e d
, a n d t h e
q u a l it y o f g e r m i n a t i n g t t
一
b e s a n d o f p e
一, e t r a t i n g s t i g m a p o l l e n t t , b e s w a s p o o r
.
K e y w o r d s C h i n e s e e a b b a g e ; W h i t e m L l s t a r d ; C r o s s s t e r i l i t y ; P o l l e n 一 s t ig m a i n t e r a e -
t i o n
图 版 说 明
1
. 白莱 自交 授粉 6 卜 , 示大 t 花粉萌发并穿入 柱头 , x 2 0 0 : 2 . 白莱 自交授粉 12 卜, 示大量花粉进入花柱组织 , x Z Oo ; 3 . 白荞 自
交授粉 6 卜 , 示大量花粉萌发并穿入 柱头 , x 2 0 0 . 4 . 白荞 自交授粉 12 卜 , 示大 t 花粉 进入 花柱组 织 , X 2 o 0 . 5汪犯 , . 杂 交授粉
6 卜 ,有 少教花粉 拉萌发 . x Zo o ; 6工洲二, , 杂交投粉 12 卜 , 萌发花粉 拉尖端膨大 、 分叉 , x Z o o ; 7 . IX二, , 杂交投粉 24 卜 ,约 3 5/ 的花
粉 拉尚未萌发 , x Zo o ; 8江尤 . , 杂交投粉 4 8 卜 , 有 少 数白养 花粉管进入花柱组 织 , x 2 0 。 ; 9汪兀 : , 杂交投粉 6 卜 , 仅有极 个别花
粉 杜萌发 , x Z o o ; 10 注兄 : , 杂交投粉 12 h , 花粉 柱尖端膨 大 , 分又 , x 4 。。 , 1 1 . 〔( : 杂交投粉 24 h , 少数花粉 萌发穿入柱 头 . 义
20 0
; 1 2
. 】) 二: ,杂交投粉 48 h , 有个别 白莱花粉 管进入花柱 组 织 。
E x P la n a t io n o f P la t e s
1
.
s h o w i n g m a n 丫 p o l l e n g r a i n g e r m i n a t i n g a n d p o l l e n t t一be , p e n e r r a r i n g i n s r i g rn a a f r e r s e l f p o l l i n a t i o n ( A S P ) 6 h i n C l l i -
n e s e c a b b a g e
, X 2 0 0 ; 2
.
S l
l o w i n g m
a n y p o l l e n t u b七 5 e n t e r i n g i n 宜0 s r y l e A S P 1 2 h i n C l、 i n e s e e a b b a g e , x 2 0 0 ; 3 . S l l o w i n g
m a n y p o l l
e n g r a i n g e r m i n a t i
n g a n d p o l l e n t u b e
s p e n e t r a t i n g in s t i名m a A S P 6 h i n w ll i t e m u s r a r d , 又 2 00 ; 4 . 5 1飞o w i n g r n ;` n y
p o l l e n t u b e
s e n t e r i n g i n t o s r y l e A S P 1 2 h i n w 卜i t e m u s t a r t l , X 2 0 0 ; 5 . S h o w i n g 1 1、e rn i n o r i t y o f p o l l e n g r a i n g e rm i n a t i o n a f r e r
p o l l i
n a t i o n ( A P ) 6 h i n e
r o s s o f L尤 , X 2 00 ; 6 . P o l le n t u b e s s w e l l e d a n d d i v e r g e d o f t h e i r r o p s A P 1 2 h i n e r o s s o f I X二一 , X Z () 0 ;
7
.
A bo u t 3 / 5 o f 因 l le n g r a i n w i r h o u r g e r m i n a t io n A P 2 4 h i n c r o s s o f I X二l , x Z o o ; 8 . T h e m i n o r i r y o f p o Il e n r u be s e n t e r i n g i n -
t o s t y l e A P 4 8 h i n e r o s s o f l火二1 . x Z o o 书 9 . 0 n Iy a f e w p o IIe n g r a i n g e r m i n a t i o n A P 6 h i n e r o s s o f r城二: , x Z o o ; l o . P o l l e n
r u be s s w e l l e d a n d d iv e r g e d o f i t s r o p A P 1 2 h i n e r o
s s o f 【兀 : . x 4 o o , 1l . T h e m i n o r i t y o f p o Il e n g r a i n g e r m i n a t i o n a n d p e n e -