全 文 ：第 32卷第 6期
2010年 11月 　
泰 山 学 院 学 报
JOURNALOFTAISHANUNIVERSITY
Vol.32　NO.6
Nov.　2010
部分李属植物种间杂交不亲和性的研究
杨红花 ,刘淑娟 ,秦宏伟
(泰山学院 生物科学与技术系 ,山东 泰安　271021)
[摘　要 ] 　通过常规杂交及荧光显微镜观测等方法 , 对李 、杏种间杂交不亲和性进行了研究.研究结果表
明 ,铃铛花期授粉的坐果率显著高于初花期授粉的坐果率;同一杂交组合 , 正反交坐果率差异显著;母本对远缘
杂交亲和性影响很大 , 父本对远缘杂交亲和性的影响较小;通过具备正常活力及萌芽率的花粉授粉后 , 李杏杂
交存在一定程度的花粉和柱头不亲和及 “拒绝 ”反应 , 以李为母本的杂交不亲和性部位在柱头表面和花柱上
部 ,而以杏为母本的不亲和部位则在花柱中下部.研究结果可为阐释李 、杏种间杂交不亲和机制提供理论依据.
[关键词 ] 　李;杏;种间杂交;不亲和
[中图分类号 ] 　S662.2;S662.3　[文献标识码 ] 　A　[文章编号 ] 　1672-2590(2010)06-0112-05
　[收稿日期 ] 2010-09-20
　[基金项目 ]山东省高校科研发展计划项目(J09LC54);山东省自然科学基金项目(Q2008D01)
　[作者简介 ]杨红花(1976-),女 ,山东章丘人 ,泰山学院生物科学与技术系副教授.
植物的远缘杂交是指种以上分类单位的生物类型之间的杂交 ,包括同属植物的种间杂交(Interspe-
cificcros)和不同属植物的属间杂交(Intergenericcross),是高等植物基因组进化和新物种形成的主要
动力之一 [ 1] .李 、杏为李属(PrunusL.)植物 ,种质资源丰富 ,一方面多数品种为自交不亲和 ,国内外的
研究认为有关李属植物的自交不亲和为配子体不亲和(GSI)[ 2-3] ;另一方面 ,李 、杏种间杂交还存在不
亲和性 ,使得杂交的成功率非常低 [ 2] .通过多年的杂交试验 ,本课题组也发现部分李 、杏杂交组合不能
结果或结果率很低 [ 4] .众多的研究认为 ,杂交不亲和的障碍可表现为花粉粒不能萌发 、花粉管不能进入
柱头 、不能到达子房而完成受精以及杂种不育等 [ 5-7] .国外如 Lewis等人 [ 8]早期的研究认为杂交不亲和
性可能与自交不亲和性相似 ,但由于远缘杂交时双亲的遗传背景相差较远 ,因此其杂交不亲和性表达机
制较自交可能更为复杂.因此探讨李 、杏种间杂交不亲和的原因 ,找寻克服途径 ,提高杂交成功率 ,是李 、
杏种间杂交中亟待解决的问题.
因此 ,本文开展了以李 、杏等树种为代表的李属植物种间杂交不亲和机制的研究 ,通过研究花粉活
力及萌芽率和母本雌蕊发育情况 ,授粉后花粉粒在柱头上的萌发情况 ,以期确定李 、杏种间杂交不亲和
发生的阶段和部位 ,为李属植物的种间杂交提供理论依据.
1 材料与方法
1.1　试验材料
试验于 2009 ～ 2010年在山东泰安司家庄果园以及泰山学院生物科学与技术系生物化学实验室等
进行.试材为泰安水杏 、红丰杏 、新世纪杏 、凯特杏 、总统李 、大石早生李 、莫尔特尼李等李属果树品种 ,树
龄 4 ～ 6年生 ,树势健壮 ,生长结果正常.
1.2　试验方法
1.2.1　花粉的采集 、去雄及授粉
根据父母本的花期 ,分别进行温室催花或采集田间铃铛花期的花粉 ,室温条件下阴干 ,于 -20℃的
第 6期 杨红花等:部分李属植物种间杂交不亲和性的研究
冰箱中保存备用.花粉萌芽率的测定参照李玉晖 [ 9]等的方法 ,接种后 4 ～ 12小时在显微镜下统计萌发花
粉数 ,计算萌芽率.去雄采用陈学森 [ 10]等连被去雄法人工去雄 ,去雄后用棉棒授粉 ,最后挂牌标记.
1.2.2　不同组合处理下李 、杏杂交不亲和强度的测定
不同的组合处理包括:①分别在铃铛花期 、初花期进行杂交试验 ,探讨此处理下李杏杂交不亲和的
强度差异;②不同种 、品种之间正反交组合处理对李杏不亲和性的强度的影响;③母本自交亲和的强度
及雌蕊长度的差异对李杏杂交不亲和强度的影响.各个处理分别授粉后 4周统计坐果数 ,利用 DPS统
计软件进行相关数据分析.
1.2.3　花粉与雌蕊相互作用的荧光显微镜观测
试材为授粉后不同时期的泰安水杏与大石早生李的花柱 ,用 FAA液固定后 ,放于 4℃冰箱中保存备
用.荧光染色及观察步骤如下:将固定在 FAA中的花柱取出 ,用蒸馏水清洗 ,去除固定液 ,冲洗干净后放
于 8M的 NaOH溶液中 ,置于 60℃下软化花柱 ,用镊子随时检查软化效果;将软化好的花柱用蒸馏水冲
洗掉残留的 NaOH溶液 ,放于含有 K2HPO4的缓冲液溶解的苯胺蓝(浓度为 0.1%)的玻璃瓶中 ,黑暗中
染色 24小时;将染色好的花柱 ,置于载玻片上 ,滴一滴甘油 ,盖上盖玻片 ,用镊子稍加压力 ,使花柱展开 ,
奥特 BK-FL型号荧光显微镜下观察并拍照.
2 结果与分析
2.1 授粉时期影响李 、杏杂交不亲和的相关性分析
从不同杂交授粉时期的坐果率数据来看(表 1),各杂交组合于铃铛花期授粉的坐果率显著高于初
花期授粉的坐果率 ,以凯特杏为母本的杂交组合的坐果率差异达极显著 ,除了泰安水杏与莫尔特尼李杂
交组合坐果率差异未达到显著外 ,其他杂交组合的坐果率均达到了显著水平 ,说明授粉时期影响李 、杏
的杂交不亲和性.以自交亲和的凯特杏以及自交不亲和的红丰杏为母本的杂交组合均得到同样的结果 ,
说明不同授粉时期对克服杂交不亲和性的效应存在差异 ,选择铃铛花期授粉 ,容易克服远缘杂交的不亲
和性 ,从而获得较多的远缘杂交种.
表 1 不同授粉时期对李 、杏杂交不亲和性的影响
Tabel1　Efectsofpollinationstagesoncross-incompatibilitybetweenplumandapricot
杂交组合 铃铛花期 初花期授粉花数 坐果数 坐果率(%) 授粉花数 坐果数 坐果率 (%)
凯特杏 ×大石早生李 145 54 37.2＊＊ 120 10 0.83
大石早生李 ×凯特杏 135 23 17.0＊＊ 150 5 0.3
红丰杏 ×总统李 127 68 53.5＊ 120 16 13.3
总统李 ×红丰杏 140 10 7.1＊ 100 5 0.5
泰安水杏 ×摩尔特尼李 135 3 2.2 125 1 0.08
摩尔特尼李 ×泰安水杏 125 15 12＊ 157 5 3.9
　　注:＊表示 0.05水平差异显著性 , ＊＊表示 0.01水平差异显著性.杂交组合中前者为母本 , 后者为父本 ,下同.
2.2 正 、反交对李 、杏杂交不亲和的影响
对参试的李杏等品种进行正反交 ,第四周坐果率统计结果见表 2.从表 2可以看出 ,同一杂交组合 ,
正反交坐果率存在差异或差异显著;不同杏品种做母本对远缘杂交坐果率影响较大 ,差异显著 ,父本对
远缘杂交亲和性影响较小 ,其中以自然坐果率高的红丰杏和自交亲和性强的凯特杏作母本的杂交组合
坐果率较高 ,明显高于自交亲和性弱或自然坐果率低的新世纪杏及泰安水杏 ,反交组合则没有上述规
律.研究结果表明 ,父本对远缘杂交亲和性的影响较小 ,母本对远缘杂交亲和性影响较大.品种及种自身
的坐果率高低在一定程度上影响着远缘杂交坐果率的高低 ,选择自交亲和性强及自然坐果率高的品种
及种为杂交母本 ,容易克服远缘杂交不亲和性 ,进而获得较多的远缘杂种.
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表 2　李 、杏不同品种正反交坐果率统计
Table2　Positiveandreversecrosssetingpercentagebetweendiferentcultivarsofplumandapricot
杂交组合 正交坐果率 (%) 反交坐果率 (%)
红丰杏(SI)×总统李(SI) 53.5 7.1
新世纪杏(SI)×总统李(SI) 5.4 6.7
泰安水杏(SI)×总统李(SI) 0.3 2.3
凯特杏(SC)×总统李(SI) 32.7 3.6
红丰杏(SI)×大石早生李(SI) 27.7 0.4
新世纪杏(SI)×大石早生李(SI) 9.5 0.2
泰安水杏(SI)×大石早生李(SI) 1.7 2.9
凯特杏(SC)×大石早生李(SI) 37.2 17.0
红丰杏(SI)×莫尔特尼李(SI) 23.5 2.1
新世纪杏(SI)×莫尔特尼李(SI) 12.6 0.93
泰安水杏(SI)×莫尔特尼李(SI) 2.2 12.0
凯特杏(SC)×莫尔特尼李(SI) 13.5 3.4
　　注:SI表示该品种为自交不亲和 , SC表示该品种自交亲和.
2.3　雌蕊长度和花粉活力的差异对李 、杏杂交不亲和强度的影响
参试李 、杏不同品种之间花粉活力及萌芽率存在差异(图 1).由图 1可以看出 , 3个杏品种的花粉
活力及萌芽率均明显高于李 ,其中凯特杏的花粉萌芽率最高 , 新世纪杏次之 ,大石早生李最低 ,仅为
7.5%.不同品种雌蕊长度之间存在差异(图 2), 3个杏品种的花柱均较李品种的花柱长.以花粉萌芽率
高的品种作父本容易获得较高的杂交坐果率 ,但并不存在显著的相关性.一般花柱越长及花粉粒越大 ,
花粉萌芽率越高 ,进入柱头的有效花粉管数增多 ,有利于提高杂交受精能力.因此在杂交组合选择花粉
活力或萌芽率高的品种作父本 ,容易提高杂交坐果率.参试品种的雌蕊在授粉前发育正常 ,同时花粉活
力及萌芽率均符合育种要求 ,从而对种间杂交结实率影响不大.
图 1　部分李杏品种花粉活力及萌芽率大小 图 2　部分李 、杏品种雌蕊长度比较
Fig.1　Polenviabilityandgerminationrateofsomeplumandapricot Fig.2　Contrastofpistillengthofsomeplumandapricot
2.4 李 、杏杂交授粉后花粉在柱头萌发及花粉管生长情况
通过苯胺蓝染色及荧光显微镜检测等方法观察了授粉后不同时间泰安水杏与大石早生李正反交组
合的花粉萌发情况 ,具体统计结果见图 3.由图 3可以看出 ,在授粉初期即授粉后 3 ～ 6小时 ,大石早生
李 ×泰安水杏杂交组合平均有 13粒花粉萌发.随着授粉时间的延长 ,柱头上萌发的花粉数开始缓慢上
升 ,但趋势不明显 ,如 12 ～ 36小时 ,平均柱头上有 16粒花粉萌发.而在授粉 36小时后 ,花粉萌发数量有
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第 6期 杨红花等:部分李属植物种间杂交不亲和性的研究
轻微降低趋势 ,观测到柱头上萌发的花粉粒的花粉管生长都很正常 ,并且都能穿透柱头表面(图 4,箭头
a所示),在花柱中段有大量明亮的胼胝体积累(图 4,箭头 b所示).对于泰安水杏 ×大石早生李反交组
合 ,在授粉初期 ,花粉萌发数均明显低于正交组合 ,随着时间的延长 ,花粉粒萌发数量上升缓慢 ,并且花
粉在柱头上的萌发情况大多不正常 ,出现弯曲生长情况(图 4,箭头 c所示),且多数在花柱中部停止生
长 ,且有大量亮度较高的胼胝体产生(图 4,箭头 d所示).从花粉管生长趋势 ,表明为以泰安水杏为母本
的杂交不亲和性部位在花柱中下段 ,而以大石早生李为母本的杂交不亲和性部位表现在柱头表面和花
柱中段 ,尤以柱头表面不亲和强度最强(图 4).
3 讨论
众多研究者对李属植物自交和种间不亲和的研究表明 ,花粉与柱头的互作时均发现在授粉后花粉
管在花柱内的生长受到抑制 ,后因品种及不亲和程度分别停止在花柱的某一位置 ,并且花粉管顶端膨
大[ 11-12] ,与本文在李 、杏远缘杂交试验上的观测结果也存在相似点.所不同的是远缘杂交花粉管受抑制
的程度加剧 ,在柱头上不亲和的现象开始较早 ,首先花粉粒的萌发在柱头上就受到抑制 ,往往表现萌发
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泰 山 学 院 学 报 第 32卷
数量少 ,并且成团缠绕生长 ,进入柱头后不规则弯曲缠绕 ,导致其伸长速度慢 ,在花柱的某一位置停止生
长.鉴于此 ,果树的自交不亲和性现象与远缘杂交不亲和性现象存在共性 ,其机理可能与远缘杂交机理
相似 ,可能也主要受 S基因控制.研究认为 ,决定自交不亲和的 S基因在种间杂交亲和性中也起着一定
的作用[ 12] ,这种作用主要表现在雌蕊方面.因此在今后的研究中可以借鉴自交不亲和的研究方法及结
果 ,进一步阐明果树远缘杂交不亲和的机理 ,但是由于远缘杂交涉及到的植物生殖过程很复杂 ,李 、杏种
间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的遗传机制同时在起作用.远缘杂
交不亲和性的机制目前尚不十分清楚 ,至今尚未有定论 ,因此亟待新的研究技术和方法的突破 ,亦将是
植物学家进一步深入探讨的方向 ,必将成为一个新的研究热点.
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InterspecificCrossIncompatibilitybetweensomeCultivarsofPlumandApricot
YANGHong-hua, LIUShu-juan, QINHong-wei
(DepartmentofBiologicalScienceandTechnology, TaishanUniversity, Taian, 271021, China)
Abstract:Interspecificcrossincompatibilitywasinvestigatedbetweenplumandapricotusingtechniqueof
normalcrossandfluorescencemicroscopy.Itwasfoundthatthesetingpercentageinbloomingstagewasobvi-
ouslyhigherthanthatinearlybloomingstage;Thediferencesoffruitsetbetweenpositiveandreversecrosses
weresignificant;Femaleparentafectedcrosscompatibilitymoreremarkablythanmaleparentindistanthy-
bridization.Itwasfoundthattheincompatibilityandrejectionresponseshadoccurredinacertainextentwhen
polinatedwithpolenwhichhadnormalvigorandgerminationrate.Thesiteofcrossincompatibilitywasinthe
stigmasurfaceandthetopofthepistilusedtheplumasthefemaleparent, whilethesiteofcrossincompatibil-
itywasinthebotomofthepistilusedtheapricotasthefemaleparent.Theresultcanproducetheoreticbasis
toexplainthecrossincompatibilitybetweenplumandapricot.
Keywords:plum;apricot;interspecificcross;incompatibility
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