全 文 ：园 艺 学 报 2010，37（4）：637–642
Acta Horticulturae Sinica
收稿日期：2010–01–08；修回日期：2010–03–18
基金项目：‘十一五’国家科技支撑计划项目（2006BAD01A18；2006BAD13B07）
﹡ 通信作者 Author for correspondence（E-mail：zqx@bjfu. edu. cn）
紫薇属与散沫花属远缘杂交亲和性的研究
蔡 明 1，孟 锐 1，潘会堂 1,2，张启翔 1,2,*，高亦珂 1,2，孙 明 1,2，王学凤 1，
王晓玉 1
（1北京林业大学园林学院，北京 100083；2国家花卉工程技术研究中心，北京 100083）
摘 要：以紫薇属的紫薇（Lagerstroemia indica）品种‘Bicolor’、‘XTSC3’和尾叶紫薇（L. caudata）
分别与散沫花属的散沫花（Lawsonia inermis）进行远缘杂交，对杂交亲本的花粉和柱头进行了扫描电镜
观察，并对授粉后花粉萌发及花粉管伸长过程进行荧光显微观察。结果表明，紫薇属与散沫花属杂交存
在受精前障碍。散沫花的花粉可以在紫薇品种‘Bicolor’、‘XTSC3’和尾叶紫薇柱头上萌发，但花粉萌
发滞后，花粉管的伸长受到阻碍，难以在 72 ~ 96 h 内伸入子房完成受精。而散沫花作母本时，不亲和性
表现为花粉与柱头间在形态上不匹配，柱头上花粉粒粘附少，柱头胼胝质的生成阻碍了花粉萌发。
关键词：紫薇；尾叶紫薇；散沫花；属间杂交；不亲和；花粉萌发
中图分类号：S 685.99 文献标识码：A 文章编号：0513-353X（2010）04-0637-06

Intergeneric Cross-compatibility Between Lagerstroemia and Lawsonia
CAI Ming1，MENG Rui1，PAN Hui-tang1,2，ZHANG Qi-xiang1,2,*，GAO Yi-ke1,2，SUN Ming1,2，WANG
Xue-feng1，and WANG Xiao-yu1
（1College of Landscape Architecture，Beijing Forestry University，Beijing 100083，China；2China National Engineering
Research Center for Floriculture，Beijing 100083，China）
Abstract： In order to study the cross-compatibility between Lagerstroemia and Lawsonia，
Lagerstroemia indica cultivars‘Bicolor’，‘XTSC3’and Lagerstroemia caudata were used to cross with
Lawsonia inermis respectively. Then pollen shape and stigma form of both parents，as well as pollen tube
behavior after pollination were observed. Results indicated that the pre-fertilization barriers caused the
sterility of the distant crosses between Lagerstroemia and Lawsonia. Although pollens of Lawsonia
inermis were able to germinate on the stigma of any female parents that were used，pollen tube elongating
was hindered，which lead to the failure of fertilization in 72 to 96 h after pollination. The incompatibility，
when Lawsonia inermis acted as the female parent，was due to the mismatch of pollen shape and stigma
form. Moreover，only a small amount of pollens were adhered on the stigma and the germinations were
impeded by callose depositon.
Key words：Lagerstroemia indica；Lagerstroemia caudata；Lawsonia inermis； intergeneric
hybridization；incompatibility；pollen germination

紫薇（Lagerstroemia indica）原产中国，是夏季主要的木本观赏花卉。目前已报道的紫薇品种

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约 260 个（Zhang，1991；Dix，1999；张启翔和田苗，2008），但尚无芳香品种。国外的紫薇育种
研究多集中在提高观赏性（Pounders et al.，2007）和抗病性（Egolf，1981，1987）上，关于芳香育
种的研究国内外均无报道。通过远缘杂交可以将其它物种的芳香性状转入目标植物中，创造开花芳
香的新类型，此类报道已见于地被菊（孙明，2007）、百合（Rhee & Kim，2008）和仙客来（Ishizaka，
2008）等植物中，也有获得属间芳香杂种后代的报道（Egerton-Warburton et al.，1998）。据中国植物
志记载，散沫花（Lawsonia inermis）具有明显的花香，与紫薇同科异属，且形态近似（中国科学院
中国植物志编辑委员会，1983）。通过紫薇属植物和散沫花的杂交，有可能将散沫花的香花性状转入
紫薇中，得到开花芳香的杂种后代。
本试验中利用紫薇属的紫薇和尾叶紫薇（L. caudata）与散沫花进行属间杂交，对各亲本花粉与
柱头形态进行扫描电镜观察，并对紫薇、尾叶紫薇与散沫花杂交授粉后花粉在柱头上的萌发和花粉
管伸长进行观察，以探讨紫薇与散沫花杂交获得香花紫薇品种的可能性，为远缘杂交亲本选配及克
服杂交不亲和障碍等提供依据。
1 材料与方法
1.1 材料
试验所用散沫花引自福建漳州，尾叶紫薇引自湖北襄樊，与紫薇品种‘Bicolor’和‘XTSC3’
共同栽植于国家花卉工程中心（北京小汤山）种质资源圃，植株生长良好，可正常开花结实。尾叶
紫薇通过移栽和修剪延迟花期。
1.2 去雄和授粉
试验分别在 2008 年 7 月 7—20 日，2009 年 7 月 31 日—8 月 12 日进行。
采集各亲本未散粉的花药置于变色硅胶中干燥 6 h，紫薇、尾叶紫薇长、短雄蕊的花药混合采集。
用 80 目分子筛收集花粉，4 ℃保存。授粉前用悬滴法测定各亲本花粉生活力，培养基为 150 g · L-1
蔗糖 + 20 mg · L-1 H3BO3 + 20 mg · L-1 CaCl2 + 100 g · L-1 PEG4000，25 ℃培养 6 h。各亲本花粉生活
力均大于 35%，可用于授粉。
选择当天开花量大的花序，于 5：00—7：00 剖开即将开放的花朵，去掉花冠、花药和未开的
花蕾，套袋隔离。选择亲本柱头大量分泌粘液的时间，即紫薇和尾叶紫薇于 9：00—10：30、
散沫花于 14：00—15：30 进行人工授粉。授粉后继续套袋，一周后去袋，3 周后统计数据（Pounders
et al.，2006）。将两年数据相加后计算结果率，结果率（%）=（总结果数/总授粉花朵数）× 100。
1.3 花粉萌发和花粉管伸长的荧光显微观察
花柱压片参照 Kho 和 Baёr（1968）的方法。分别于授粉后 1、2、3、4、6、8、12、24、48 和
72 h 取雌蕊放入 FAA 固定液中固定 24 h 以上，随后在 8 mol · L-1 NaOH 溶液中常温处理 10 h，蒸馏
水冲洗后以含 0.1 mol · L-1 K3PO4 的 0.1%水溶性苯胺蓝溶液染色 1 h。雌蕊用甘油压片，在 ZEISS
Axioskop.A1 型荧光显微镜下观察花粉和柱头并拍照。每个处理 5 ~ 10 个雌蕊，重复 2 次。
1.4 花粉和柱头的扫描电镜观察
花粉经硅胶干燥，雌蕊经 FAA 固定、酒精梯度脱水、临界点干燥后，固定于样品台。离子溅射
仪镀金后，在 QUANTA 200 扫描电镜下观察、拍照。每次选 5 个花粉或柱头，重复 3 次，利用 Image-Pro
Plus 6.0、Photoshop CS 分析和处理图像数据。
4 期 蔡 明等：紫薇属与散沫花属远缘杂交亲和性的研究 639

2 结果与分析
2.1 杂交亲本花粉和柱头的扫描电镜观察
紫薇、尾叶紫薇和散沫花在花粉和柱头形态上存在明显差异（表 1）。紫薇品种‘Bicolor’、
‘XTSC3’（图版，2）和尾叶紫薇花粉粒的极轴长为 40.7 ~ 45.9 µm，赤道轴长为 23.7 ~ 29.0 µm，
属中型花粉（Erdtman，1978）；散沫花花粉粒（图版，1）的极轴长约为 21.9 µm，赤道轴长约为 12.8
µm，属小型花粉。
紫薇品种‘Bicolor’、‘XTSC3’和尾叶紫薇（图版，4）柱头表面直径为 395.6 ~ 557.3 µm；散
沫花柱头直径较小（图版，3），约为 227.8 µm。紫薇属各亲本柱头乳突细胞的长度为 61.9 ~ 87.8 µm；
散沫花乳突细胞长度仅为 29.6 µm。
虽然各亲本柱头结构有明显差异，但其乳突细胞长度均大于各自花粉粒的极轴长度，其比值为
1.4 ~ 1.9。当紫薇和尾叶紫薇作为母本，散沫花作父本时，母本乳突细胞和花粉极轴长度之比为 2.8 ~
4.0，母本较长的乳突细胞可能延迟父本花粉管穿过柱头进入花柱的过程。反交时，散沫花柱头乳突
细胞的长度小于父本花粉粒的极轴长度，其比值仅为 0.6 ~ 0.7，父本的大花粉粒可能无法有效的附
着在母本的小柱头上，造成杂交不亲和。
表 1 花粉和柱头的形态数据
Table 1 Morphology data of pollen and stigma
花粉粒/ µm Pollen 柱头/ µm Stigma
亲本 Parents 赤道轴
Equatorial axis
极轴
Polar axis
乳突细胞
Papilla cells
直径
Diameter
乳突细胞长/极轴长
Papilla cells/Polar axis
散沫花 Lawsonia inermis 12.8 ± 0.9 21.9 ± 0.8 29.6 ± 7.9 227.8 ± 13.0 1.4
尾叶紫薇 L. caudata 23.7 ± 1.3 40.7 ± 1.3 61.9 ± 16.4 395.6 ± 34.7 1.5
紫薇‘Bicolor’L. Indica‘Bicolor’ 29.0 ± 3.0 41.2 ± 5.7 70.3 ± 6.3 495.3 ± 96.8 1.7
紫薇‘XTSC3’L. indica‘XTSC3’ 27.4 ± 2.8 45.9 ± 3.0 87.8 ± 8.1 557.3 ± 86.6 1.9
2.2 远缘杂交结果率
紫薇品种‘Bicolor’、‘XTSC3’与散沫花杂交表现出严重的不亲和，正反交结果率均为 0。尾
叶紫薇 × 散沫花得到少量果实，结果率为 1.47%，反交未得到果实（表 2）。
表 2 紫薇属与散沫花属远缘杂交结果率
Table 2 The pod set of different cross combinations between Lagerstroemia and Lawsonia
杂交组合 Cross combination 授粉花朵数
Number of pollinated flowers
结果数
Number of pods
结果率/%
Pod set
紫薇‘Bicolor’× 散沫花 L. indica‘Bicolor’ × Lawsonia inermis 106 0 0
散沫花 × 紫薇‘Bicolor’ Lawsonia inermis × L. indica‘Bicolor’ 117 0 0
紫薇‘XTSC3’ × 散沫花 L. indica‘XTSC3’ × Lawsonia inermis 243 0 0
散沫花 × 紫薇‘XTSC3’ Lawsonia inermis × L. indica‘XTSC3’ 212 0 0
尾叶紫薇 × 散沫花 L. caudata × Lawsonia inermis 136 2 1.47
散沫花 × 尾叶紫薇 Lawsonia inermis × L. caudata 137 0 0

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图版说明：1. 散沫花花粉赤道面观；2.‘XTSC3’长雄蕊花粉赤道面观；3. 散沫花柱头；4. 尾叶紫薇柱头；5.‘Bicolor’× 散沫花授粉 3
h 后花粉萌发（↑）；6.‘XTSC3’× 散沫花授粉 10 h 后花粉管伸入花柱；7. 尾叶紫薇 × 散沫花授粉 72 h 后少量花粉管（↑）进入子房；
8. 授粉 4 h 内散沫花柱头乳突细胞内大量胼胝质（↑）沉积；9.‘Bicolor’× 散沫花授粉后柱头乳突细胞中大量胼胝质沉积（↑），花粉管
缠绕乳突细胞生长；10. 花粉管扭曲生长，管内出现不规则胼胝质沉积（↑）；11. 花粉管末端膨胀或分叉（↑）；12. 花粉管末端破裂（↑）；
13. 尾叶紫薇 × 散沫花授粉 48 h 后少量花粉管（↑）至花柱基部；14. 授粉 72 h 后散沫花花粉管至‘Bicolor’花柱约 1/3 处（↑）。OU.胚珠。
Explanation of plates：1. The pollen of Lawsonia inermis in equatorial view；2. Antesepalous pollen of ‘XTSC3’ in equatorial view；3. The stigma
of Lawsonia inermis；4. The stigma of Lagerstroemia caudata；5. 3 h after the cross between ‘Bicolor’ and Lawsonia inermis，pollens began to
germinate as arrowheads indicating the pollen tubes；6. Pollen tubes of Lawsonia inermis stretched into the style of ‘XTSC3’ 10 h after pollination；
7. 72 h after the pollination，a few pollen tubes of Lawsonia inermis entered the ovary of Lagerstroemia caudata. Arrowheads showed the tubes；8. A
large quantity of callose deposite appeared on the stigma of Lawsonia inermis in the following 4 h after pollination，as indicated by arrowheads；9.
Callose deposite made the pollen tubes wind around papilla cells in the cross of ‘Bicolor’ × Lawsonia inermis，as showed by arrowheads；10.
Spiralling tubes and irregular callose distribution showed by the arrowhead；11. Swollen and branching tube tips indicated by arrowheads；12. Burst
tip pointed out by arrowhead；13. A few pollen tubes arrived at the basal part of the style 48 h after the pollination of L. caudata × Lawsonia inermis
as tube ends indicated by arrowheads；14. Pollen tubes of Lawsonia inermis reached at the 1/3 part of the style of ‘Bicolor’ 72 h after hybridization，
as tube ends indicated by arrowheads. OU. ovule.
4 期 蔡 明等：紫薇属与散沫花属远缘杂交亲和性的研究 641

2.3 远缘杂交授粉后花粉管的显微观察
杂交组合‘Bicolor’× 散沫花、‘XTSC3’× 散沫花花粉萌发和花粉管生长的过程相似。授粉
后 3 h，散沫花花粉开始萌发（图版，5）。6 h 后花粉大量萌发，花粉管伸长至柱头基部。10 h 后花
粉管成簇伸入花柱（图版，6）。此后花粉管不断伸长，72 h 后到达花柱约 1/3 处（图版，14）。
尾叶紫薇 × 散沫花授粉后 3 h，散沫花花粉在柱头上少量萌发。8 h 后花粉管伸入花柱。48 h
后少量花粉管生长至花柱基部（图版，13）。授粉 72 h 后有少量花粉管伸入子房（图版，7），但未
观察到有花粉管伸入胚珠。
以散沫花为母本，紫薇品种‘Bicolor’、‘XTSC3’和尾叶紫薇为父本进行杂交时，观察到散沫
花柱头上粘附的花粉粒较少，柱头产生大量胼胝质沉积（图版，8），无花粉萌发。
散沫花的花粉能在紫薇品种‘Bicolor’、‘XTSC3’和尾叶紫薇柱头上萌发，花粉管可以伸人花
柱，并且可以穿过尾叶紫薇花柱，进入子房。但花粉萌发和花粉管伸长受到了一定程度的阻碍，具
体表现为：（1）授粉后，花粉萌发与花粉管伸长的速度相对于紫薇自交（Pounders et al.，2006）滞
后。（2）授粉后至花粉大量萌发前，柱头乳突细胞出现胼胝质拒绝反应（图版，9），使花粉萌发缓
慢。（3）花粉萌发后，花粉管缠绕柱头乳突细胞螺旋生长（图版，9）。（4）花粉管在伸长过程中出
现扭曲，管内出现大量不规则胼胝质沉积（图版，10）。（5）花粉管尖端出现膨胀（图版，11）、分
叉（图版，11）或破裂（图版，12）等异常现象。
试验观察到紫薇品种‘Bicolor’、‘XTSC3’和尾叶紫薇在开花后 72 ~ 96 h 内未受精，雌蕊萎蔫
并脱落。授粉 72 h 后，散沫花的花粉管仅到达‘Bicolor’、‘XTSC3’花柱约 1/3 处，无法完成受精，
造成雌蕊脱落。散沫花花粉管在尾叶紫薇花柱中伸长虽受到一定程度的阻碍，但在授粉后 72 ~ 96 h
内，花粉管可以穿过花柱、进入子房，并有可能完成受精，获得果实。
3 讨论
本试验发现散沫花与尾叶紫薇杂交存在受精前隔离（即杂交不亲和，孟金陵 等，1995）。在散
沫花为父本的杂交组合中，散沫花的花粉能被紫薇和尾叶紫薇的柱头粘附，花粉也可萌发和伸长，
但母本巨大的柱头结构阻碍了花粉管的穿行，使其无法顺利伸入花柱。另外，通过荧光观察发现在
此过程中母本柱头和花柱内均出现了一定程度的不亲和反应，花粉管在生长过程中出现先端膨胀、
分叉、破裂等，这与王文和等（2007）、张秦英等（2009）观察到的现象一致。这些形态和生物学上
的原因可能共同导致了杂交组合结实率低甚至不结果。在散沫花为母本的杂交组合中，紫薇、尾叶
紫薇的花粉粒较大，母本的柱头和乳突细胞较小，这种结构差异使父本花粉无法有效地在柱头上附
着和萌发，造成杂交不亲和。李红等（2003）对苜蓿雄性不育系的花粉和柱头形态进行了观察，发
现不育系柱头小且下陷，柱头的毛状体细胞相对少并紧包乳突状细胞，这些形态特征导致杂交制种
结实率低。因此，在选配亲本时应选择紫薇属植物作为远缘杂交的母本，并且尽量选取小花型、花
柱较短的品种与散沫花进行杂交，以提高杂交成功率。另外，可以利用尾叶紫薇作为媒介进行杂交
育种或采取花柱短截、试管受精、外源 DNA 导入等方法开展紫薇属与散沫花属间育种。
本试验通过尾叶紫薇与散沫花杂交，仅得到了少量果实，推测该组合除了存在受精前隔离外，
亦有可能存在一定程度的受精后隔离（Tanaka & Watanabe，1972）。因此，在紫薇属植物与散沫花
的杂交育种中，有必要通过幼胚胚挽救技术来克服远缘杂交受精后障碍，提高育种效率（Buitendijk
et al.，1995；李辛雷和陈发棣，2006）。另外，上述果实内具有正常的种子，但种子是否能正常萌发，
杂种后代是否可育等问题有待进一步研究解决。

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