全 文 ：书第 37 卷 第 4 期
2013 年 7 月
南京林业大学学报(自然科学版)
Journal of Nanjing Forestry University (Natural Sciences Edition)
Vol． 37，No． 4
Jul．，2013
收稿日期:2012 － 03 － 16 修回日期:2013 － 04 － 03
基金项目:“十二五”国家科技支撑计划(2012BAD21B03) ;江苏省农业科技支撑项目(BE2010311)
第一作者:樊莉丽，博士生。* 通信作者:彭方仁，教授，博士。E-mail:frpeng@ njfu． edu． cn。
引文格式:樊莉丽，彭方仁，王改萍，等． 楸树自交及种内、种间杂交亲和性的细胞学观察［J］． 南京林业大学学报:自然科学版，
2013，37(4) :1 － 7．
楸树自交及种内、种间杂交亲和性的细胞学观察
樊莉丽1，2，彭方仁1* ，王改萍1，郝明灼1，张雪英1
(1．南京林业大学森林资源与环境学院，江苏 南京 210037;2．河南省林业科学研究院，河南 郑州 450008)
摘要:运用荧光显微技术、整体透明法和石蜡切片法，对楸树自交及种内、种间杂交亲和性进行了显微观察。结
果表明:无论自交或种内、种间杂交花粉均可在柱头萌发，但萌发时间和萌发率存在显著差异。花粉管在柱头分
泌物中生长或穿透乳突细胞沿柱头中部维管束生长，之后进入花柱引导组织胞间隙。大量种内和种间杂交花粉
管于授粉后 12 ～ 24 h迅速生长至花柱基部;48 ～ 72 h进入子房;96 ～ 120 h前后发生双受精，肉眼可见子房发红
膨大。自交授粉后约 36%的花粉管在柱头和花柱上端终止生长;42%的花粉管于授粉后 72 ～ 96 h进入子房;直
到授粉后 120 h花冠脱落为止，少数花粉管能够穿透胚囊，但未见双受精发生，子房无膨大。研究认为:楸树具
有自交不亲和性，而种内和种间杂交是亲和的;其不亲和反应发生的最终位置在子房，时间在合子形成前，为合
子前晚期自交不亲和类型。
关键词:楸树;花粉萌发;花粉管生长;晚期自交不亲和
中图分类号:Q321 文献标志码:A 文章编号:1000 － 2006(2013)04 － 0001 － 07
Cytological observation of fertilization compatibility of Catalpa bungei
after self，intraspecific cross and interspecific cross-pollination
FAN Lili1，2，PENG Fangren1* ，WANG Gaiping1，HAO Mingzhuo1，ZHANG Xueying1
(1． College of Forest Resources and Environment，Nanjing Forestry University，Nanjing 210037，
China;2． Henan Academy of Forestry，Zhengzhou 450008，China)
Abstract:By means of fluorescence microscopic technique，whole stain-clearing technique，and paraffin sectioning pro-
cedure，the fertilization compatibility of Catalpa bungei after self，intraspecific and interspecific cross-pollination were
examined． It was founded that pollens could germinate whether self pollination or intraspecific and interspecific pollina-
tion． But both the germination time and germination rate was significantly different． The pollen tubes either grew in the
secretions of stigmas or penetrated the papilla cells，and then went along the inner vascular bundle，finally grew into the
styles along the intercellular space of transmitting tissues． Most pollen tubes grew quickly to the basement of the style at
12 to 24 hours after intraspecific and interspecific pollination，and entered the ovary after 1 or 2 days entered the ovary．
Double fertilization was observed about 96 to120 hours after cross-pollination． At the same time we saw with naked eyes
that the ovaries turned red and swelling． After self-pollination，36% of pollen tubes ceased on the stigma or in the upper
styles． 42% of pollen tubes could grow into the ovaries at 72 to 96 hours after self-pollination． Double fertilization could
not be observed although part of pollen tubes penetrated the ovules． Pistils fell off at 120 hours after self-pollination with-
out presenting any swelling of the ovary． It was clear that C． bungei exhibited self-incompatibility，intraspecific cross-
compatibility，and interspecific cross-compatibility． Because the site of pollen tube termination was in the ovary，and the
time was pre-zygotic，C． bungei was considered to be a pre-zygotic late-acting self-incompatibility type．
Key words:Catalpa bungei;pollen germination;pollen tube growth;late-acting self-incompatibility
楸树(Catalpa bungei C． A． Meyer)是原产我
国的优质用材树种和观赏树种，其分布广、适应性
强［1］。多年来，楸树无性繁育与栽培技术得到广
泛研究和大力推广，而自花不育、人工授粉结实率
低等有性繁殖难题仍未得到解决［2］。因此深入研
究其自花不育机制，广泛开展种内、种间杂交育种
南 京 林 业 大 学 学 报 (自 然 科 学 版 ) 第 37 卷
是实现楸树种质资源创新的有效手段。近年来，有
关楸树花粉活力、杂交育种等方面的研究有所报
道［3 － 6］，但未涉及自花不育机理方面。与众多显花
植物一样，楸树在生长进化过程中形成了一种避免
近亲繁殖和促进异交的种内生殖隔离机制———自
交不亲和性(self-incompatibility，SI) ，表现为雌、雄
蕊发育正常且同熟，自花或相同基因型异花传粉后
却不能结实。关于自交不亲和性的分子机理和生
理生化机制一直是国内外研究的热点之一，在十字
花科、茄科、玄参科、罂粟科等科、属的草本植物研
究中已取得重大进展［7］，而木本植物自交不亲和
性的研究报道相对较少［8］。笔者对楸树自交和种
内、种间杂交后花粉在柱头黏附、萌发，以及花粉管
在花柱、子房中的生长过程进行显微观察，并就其
自交和异交(种内、种间杂交)亲和性问题展开讨
论，从组织形态学角度研究楸树自交不亲和过程，
以期为楸树自交不亲和性生理生化与分子生物学
机制的深入研究奠定细胞学基础，同时为其杂交育
种工作提供理论依据。
1 材料与方法
1． 1 材料来源
楸树授粉母本为连云港云台山黄窝森林公园
内的成年楸树(简称 Q1) ;父本为楸树和滇楸
(C． fargesii Bur． f． duclouxii (Dode)Gilmour)。
用于自交的花粉采自授粉母株 Q1;用于种内杂交
的花粉采自南京老山林场内的成年楸树(简称
Q2) ;用于种间杂交的花粉采自南京林业大学校园
内的滇楸(简称 D)。据调查资料和笔者多年观察
发现，连云港黄窝森林公园和老山林场两地的楸树
很少见自然结实，而位于南京林业大学校园内的滇
楸则能够自然结实。
1． 2 授粉处理
授粉地设在连云港云台山黄窝森林公园内
(119. 28 E，34. 43 N) ，选择长势良好、树形开阔的
成年楸树为授粉母株。自交组合为 Q1 × Q1，异交
组合分别为 Q1 × Q2(种内杂交)和 Q1 × D(种间杂
交)。由于三者花期不遇，故自交所用花粉直接取
自同株自花或异花成熟花药;异交用花粉均于盛花
期采摘成熟未开裂花药，适当阴干后置于离心管
中，4 ℃冰箱保存备用。授粉前对各组合花粉进行
离体萌发实验，以检测花粉活力。培养基及培养条
件参考王改萍等［6］选择的最佳培养方案。受检花
粉均设 3 个重复，每处理取 3 ～ 5 个视野以保证花
粉总数超过 100 粒，取 3 次重复的均值作为最终结
果。与此同时，采用联苯胺 － 过氧化氢法［9］检测
柱头可授性，确保在可授期内实施人工授粉。授粉
时以花序为单位，摘除顶端未开放花蕾，采用点触
授粉法直接用开裂花药或小毛笔蘸取花粉点至二
裂柱头上，授粉后柱头旋即闭合。以大枝为单位挂
牌标记，一部分用于显微结构观测，一部分用于统
计坐果率。
1． 3 取样及样品处理
分别于授粉后 1、2、4、8、12、18、24、36、48、72、
96 和 120 h 各采集 20 朵花的雌蕊，FAA(70%酒
精、冰醋酸、甲醛体积比为 90∶ 5∶ 5)固定，4 ℃冰箱
保存。部分花柱和子房制成常规石蜡切片，爱氏苏
木精整染或番红 －固绿对染;部分子房剥取胚珠用
整体透明法［10］观察授粉后胚囊变化;其余样品参
照文献［11］以改进的脱色苯胺蓝染色法制成压
片。分别在 Leica DM-5000B显微镜明视场和荧光
模式紫外光激发状态下观察、拍照。
花粉管荧光和雌蕊胼胝质反应的观察，分别以
未授粉染色与未染色雌蕊为对照。花粉在柱头的
黏附量、萌发率和花柱中花粉管数目的统计方法
为:截取每个时间处理的 10 枚雌蕊各部位图像，用
DT2000 图像分析程序合成每个雌蕊的完整图像，
再统计雌蕊不同部位花粉粒或花粉管数目。每个
雌蕊每部位测量时截图 3 次，取平均值，每个时间
处理黏附量和萌发率取 10 枚雌蕊的平均值。有关
数据用 Excel、SPSS程序进行统计分析。
1． 4 花粉管在雌蕊中生长进程的表示方法
利用花芽分化指数表示花芽分化进程［12］，用
花粉管在雌蕊各部位的分布率表示其在雌蕊中的
生长进程，绘制花粉管生长进程曲线。将整个雌蕊
长度设为单位 1，经测量，花柱与子房的长度比约
为4∶ 1，而柱头约占花柱总长的 15%，故以纵轴表
示雌蕊长度，则 0 ～ 0. 8 段代表花柱，＞ 0. 8 ～ 1段代
表子房，0 ～ 0. 12 段代表柱头。按授粉后时间顺序
分别截取每个时间处理 10 枚雌蕊的柱头，花柱顶
端、1 /4、1 /2、3 /4 和基部，以及子房图像，统计各部
位的花粉管数，合并 10 枚雌蕊各部位花粉管总数，
计算各部位花粉管通过率(通过率 =观测部位花粉
管数 /柱头萌发花粉管总数 ×100%) ，而在该部位以
上区间停止生长的花粉管分布率 =1 －通过率。
2 结果与分析
2． 1 楸树柱头可授期及花粉离体萌发率
2． 1． 1 柱头可授期检测
楸树柱头舌状、二裂、不等长。用联苯胺 －过
2
第 4 期 樊莉丽，等:楸树自交及种内、种间杂交亲和性的细胞学观察
氧化氢法检测柱头可授性发现:开放当天的花朵柱
头尚未张开，经检测只有柱头尖端被染色，周围无
明显气泡产生;开放 2 ～ 4 d 的花朵柱头裂片自然
张开呈“Y”字形，柱头周围反应产生大量气泡且被
染成深蓝色，具较强的可授性;开放 5 d 及以后的
花朵，柱头裂片逐渐向下翻卷，经检测过氧化物酶
活性减弱，气泡减少、染色较浅，可授性逐步减弱;
一般楸树花朵 6 ～ 7d即整体脱落(图 1 － 1)。与开
花 1 ～ 6 d柱头染色的情况对比，发现第 2 ～ 4 天柱
头所产生的气泡量最为丰富，且染色较深，是开展
人工授粉的最佳时期。因此实验中选用花期第 2
天的花进行人工授粉。
2． 1． 2 花粉离体萌发率
离体培养 8 h，受检花粉的萌发率趋于稳定
(表 1)。由表 1 可知，Q1、Q2和 D 三者均达到了较
高的萌发率，且彼此之间没有显著差异。因此，可
认为用于各授粉组合的花粉本身均具备较强活力，
不会对此次授粉实验的结果造成影响。
表 1 不同培养时间花粉离体萌发率
Table 1 Pollen germination rate in different culture
times %
t /h Q1 Q2 D
4 45． 3 ± 7． 6 Aa 56． 3 ± 5． 9 Aa 49． 3 ± 6． 2 Aa
6 76． 3 ± 5． 4 Aa 82． 6 ± 6． 1 Aa 87． 8 ± 3． 7 Aa
8 81． 1 ± 4． 7 Aa 81． 7 ± 3． 5 Aa 86． 3 ± 3． 1 Aa
注:表中数值为均值 ±标准差。大、小写字母分别表示同行数
据在 0． 01 和 0． 05 水平下差异显著。下同。
2． 2 楸树自交、异交柱头花粉黏附量比较
花粉 －柱头识别是受精作用的第 1 步，被接
受的花粉在柱头上黏附、水合，长出花粉管。花
粉在柱头上的黏附是识别反应的开端，它具有高
度的特异性，并与花粉壁及柱头表面的糖蛋白有
密切关系［13］。从表 2 可以看出，自交柱头花粉黏
附量随时间的增加而增加，并先后在授粉后 24 h
和 96 h前后出现两次高峰;异交两组合在授粉后
4 ～ 8 h 之内黏附量迅速增大，达高峰后有所减
小。自交和两异交组合柱头花粉黏附量在授粉
后 24 h以内差异显著;之后的若干小时 3 个授粉
组合黏附量几乎无显著差异;直到授粉后 96 h，
自交柱头黏附量较异交有所增大。由此可见:
(1)楸树柱头能够在较短时间内迅速黏附大量异
交花粉，尤其是种间杂交花粉，但对自交花粉的
黏附识别反应时间较长; (2)不考虑时间因素，比
图 1 楸树自交及种内、种间杂交亲和性显微观察
Fig． 1 Microscopic observation of fertilization
compatibility of Catalpa bungei(Bignoniaceae)
after self，intraspecific and interspecific
cross-pollination
注:1． 从左到右依次示花期 1 ～ 6 d柱头可授性检验染色结
果;2． 自交授粉后 4 h 柱头，箭头示乳突细胞上少量胼胝质沉
积;3． 自交授粉后12 h柱头;4． 自交授粉后8 h柱头切片;5． 自
交授粉后 12 h花粉粒黏附极少的柱头，示乳突细胞表面沉积的
胼胝质;6． Q1 × D授粉后8 h柱头;7． Q1 × Q2授粉后96 h柱头切
片;8． 自交授粉后 96 h柱头切片;9． 自交授粉后 24 h 柱头和花
柱;10． Q1 × Q2授粉后 48 h花柱中上部;11． 自交授粉后 48 h花
柱中上部，箭头处示花粉管顶端膨大停止生长;12． Q1 × Q2授粉后
48 h子房;13． Q1 × Q2授粉后72 h子房;14． Q1 × D授粉后96 h胚
珠整体透明装片(明视场) ，示合子及初生胚乳核;15． Q1 × D授粉
后 120 h胚珠整体透明装片(相差) ，示细胞质索、初生胚乳核分
裂;16． 自交授粉后 72 h子房;17． 自交授粉后 120 h的胚珠整体
透明装片(明视场) ，示花粉管进入胚囊但未进行双受精;18． 从左
到右依次示未授粉雌蕊和 Q1 × Q1、Q1 × Q2、Q1 × D 授粉后 96 h
雌蕊的变化。cc． 中央细胞;cs． 细胞质索;ds．被穿透的助细胞;
e．卵细胞;en．初生胚乳核;pt．花粉管;z．合子。
较自交和种内、种间杂交柱头花粉最大黏附量，
可见柱头捕获自交和异交花粉的能力是相当的;
(3)与异交不同，自交柱头在花冠即将脱落前(即
授粉后 96 ～ 120 h)花粉黏附量有所增加，这可能
与其具有延迟自交倾向有关。
3
南 京 林 业 大 学 学 报 (自 然 科 学 版 ) 第 37 卷
表 2 授粉后不同时间各授粉组合柱头花粉黏附量
Table 2 The average number of pollen grains attached to the
stigma after pollination in different combinations
授粉后时间 /h
time after
pollination
花粉黏附量
average number of pollen grains attached
Q1 × Q1 Q1 × Q2 Q1 × D
1 0． 2 Aa 3． 7 Bb 6． 0 Cc
2 6． 0 Aa 25． 7 Bb 65． 5 Cc
4 16． 8 Aa 84． 6 Bb 96． 3 Bb
8 44． 0 Aa 93． 7 Bb 76． 4 Bb
12 48． 3 Aa 81． 5 Bb 84． 8 Bb
18 52． 8 Aa 77． 0 Bb 82． 3 Bb
24 82． 8 Aa 86． 7 Aa 89． 5 Aa
36 61． 2 Aa 80． 5 Ab 74． 0 Aab
48 63． 5 Aa 70． 7 Aa 67． 0 Aa
72 73． 1 Aa 75． 5 Aa 71． 8 Aa
96 82． 2 Ab 72． 7 Aab 63． 3 Aa
120 85． 0 Bb 70． 7 ABa 61． 7 Aa
2． 3 楸树自交、异交花粉原位萌发的比较
无论自交、异交花粉粒均能在柱头萌发，只是
萌发时间和萌发率存在一定差异(表 3)。由表 3
可见，两异交组合于授粉后 2 h 均开始萌发，而自
交授粉后 4 h 才有少量花粉萌发;异交组合 Q1 ×
D、Q1 × Q2，分别于授粉后 4 h 和 8 h 达最大萌发
值，而自交于授粉后 18 ～ 24 h 才到达萌发高峰。
可见自交柱头与花粉的识别耗时较长。就萌发率
而言，授粉后 8 h 以内 3 个授粉组合差异极显著，
之后仅自交与异交间存在差异，两异交组合之间并
无显著差异(0. 1 ＜ p ＜ 1. 0)。另外，两异交组合最
表 3 不同授粉组合授粉后柱头花粉萌发率
Table 3 The germination rate of pollen grains on the
stigma after pollination in different combinations
授粉后时间 /h
time after
pollination
花粉萌发率 /%
germination rate of pollen grains
Q1 × Q1 Q1 × Q2 Q1 × D
1 0 Aa 0 Aa 0 Aa
2 0 Aa 24． 0 Bb 54． 5 Cc
4 22． 9 Aa 76． 6 Bb 93． 5 Cc
8 33． 4 Aa 95． 4 Bb 92． 0 Bb
12 49． 0 Aa 90． 7 Bb 89． 4 Bb
18 64． 2 Aa 83． 5 Bb 89． 1 Bb
24 76． 7 Aa 88． 0 Bb 90． 3 Bb
36 70． 3 Aa 90． 2 Bb 91． 5 Bb
48 74． 5 Aa 89． 7 Bb 92． 7 Bb
72 69． 7 Aa 85． 3 Bb 87． 4 Bb
96 60． 4 Aa 89． 7 Bb 91． 2 Bb
120 62． 1 Aa 86． 8 Bb 89． 6 Bb
大萌发值均达 90%以上，高于离体培养最大萌发
值;自交最大萌发率为 76. 7%，小于离体培养最大
萌发值。可见，楸树柱头分泌物有利于异交花粉萌
发和花粉管生长，而对自交花粉萌发不利。
荧光压片和石蜡切片观察发现:自交授粉后
2 ～ 4 h柱头上很少有花粉粒黏附，但乳突上有少量
胼胝质沉积(图 1 － 2) ;8 ～ 18 h柱头花粉黏附量增
大，一部分柱头样品中观察到花粉粒萌发，但生长
方向杂乱(图 1 － 3) ，且在一些柱头的切片中看到
少部分萌发的花粉管扭曲盘结、顶端肿胀停止生长
(图 1 － 4) ;另外有部分柱头花粉黏附量很小，乳突
上积累了厚厚的胼胝质(图 1 － 5)。与之相比，异
交组合花粉在柱头上能够迅速萌发，未见柱头有明
显的胼胝质沉积，花粉管生长整齐有序，花粉管内
间隔有序地出现胼胝质塞(图 1 － 6)。柱头乳突上
的胼胝质沉积通常被认为是花粉与柱头不亲和的
重要表现［14］。通过楸树自交、异交萌发率对比，以
及自交柱头上明显的胼胝质沉积，说明自交花粉在
柱头上的萌发和生长受到一定的阻碍，但并不影响
大部分花粉管继续生长进入花柱、子房。
关于授粉后 96 h 自交柱头花粉黏附量有所增
加而萌发率却降低，笔者对比观察了同时期异交柱
头的石蜡切片，发现此时异交柱头已严重萎蔫，多
数花粉粒中内含物已流出，仅剩空壳(图 1 － 7) ;而
自交柱头萎蔫程度相对较轻，仍可见部分未萌发花
粉粒(图 1 － 8)。可见，此时自交柱头与部分花粉
间的识别反应仍在继续，有些花粉粒还处于萌发初
期;而异交柱头的萎蔫与花粉粒空壳说明大量花粉
粒吸取柱头水分、养分用于萌发，导致柱头枯萎。
2． 4 楸树自交、异交花粉管在花柱和子房中生长
进程的比较
楸树花柱介于中空和实心之间，萌发的花粉管
先在柱头分泌物中穿行，并逐渐向柱头中部两列维
管束附近汇总，在两柱头裂片合拢处完成集结，沿
花柱中央引导组织胞间隙或维管束两侧向下生长
直至子房。从花粉管生长进程(图 2)中可以看出:
两异交组合花粉管在花柱中生长速度较快，授粉后
4 h已有大量花粉管进入花柱;经过 4 ～ 8 h 迅速生
长，种间杂交组合 Q1 × D 和种内杂交组合 Q1 × Q2
分别于授粉后 8 h 和 12 h 到达花柱中部;授粉后
18 h前后均到达花柱基部;授粉后 36 ～ 48 h 进入
子房。与之相比，自交花粉管大量进入花柱的时间
是授粉后 24 h。在未来 1 d 内大多数花粉管一直
在柱头和花柱接合处上下区域内缓慢生长，少部分
花粉管于授粉后 48 h 到达花柱中部或基部，直到
4
第 4 期 樊莉丽，等:楸树自交及种内、种间杂交亲和性的细胞学观察
授粉后 72 ～ 96 h 才发现大量花粉管进入子房。虽
然最终进入子房的自交花粉管数量明显少于两异
交组合，但依然有 42% 的自交花粉管能够进入
子房。
对比自交、异交花粉管在花柱和子房中生长的
荧光压片和整体透明装片发现:在花柱顶端两柱头
裂片合拢处，常见自交授粉后 24 h 前的花柱组织
中沉积斑点状胼胝质(图 1 － 9) ，且荧光强度高、持
续时间较长，直到授粉后 48 h 的样品中才观察不
到此部位花柱组织的荧光。同时期的两异交样品
中，偶尔也会观察到该部位有少量胼胝质沉积，但
一般这些样品的柱头花粉黏附量相对较少。通过
此区域的花粉管数量与柱头花粉萌发量相比，自交
减少了 25%左右，两异交组合也分别减少了 5%和
10%，可见此处是阻碍花粉管顺利进入花柱的关键
区域。进入花柱上端，异交花粉管壁内开始均匀地
出现胼胝质塞(图 1 － 10) ，胼胝质栓塞的存在将花
粉管的后部内腔堵死，使花粉管内腔成为不连续系
统，同时防止管内原生质倒流，从而保证花粉管的
顶端生长［15］。而自交花粉管中胼胝质塞的数量较
少，且观察到小部分花粉管顶端胼胝质异常积累而
膨大，终止生长(图 1 － 11)。自交和两异交花粉管
在花柱中、下部的生长除数量上的区别外，无明显
结构特征上的差异。花粉管大量进入子房的时间，
种内杂交组合 Q1 × Q2在授粉后 36 h 前后;种间杂
交组合 Q1 × D 是授粉后 48 h 前后(如图 1 － 12 所
示大量异交花粉管呈束状沿胎座进入子房)。在
授粉后 72 h的样品中看到异交组合多数胚珠被花
粉管穿透(图 1 － 13) ;根据观察到的种种迹象推测
双受精发生在授粉后 96 ～ 120 h。如图 1 － 14、
1 － 15所示:珠孔处可见花粉管进入的痕迹，退化助
细胞被花粉管穿透，染色较深，因此很难观察到精
卵融合，但从卵细胞与中央细胞间存在的细胞质
索，似间接说明了精子的运动轨迹，而且，从两个极
核与另外一个精子融合形成体积明显增大的初生
胚乳核，以及后来的初生胚乳核分裂，可判断胚囊
内发生了双受精。自交花粉管大量进入子房的时
间晚于异交，数量明显少于异交，而且一些花粉管
进入子房后，在胎座上即顶端膨大停止生长，不能
穿透胚珠(图 1 － 16)。少数自交花粉管能够穿透
胚珠进入胚囊，但并未见胚囊内形成体积明显增大
的初生胚乳核，也未见后续的胚乳核分裂
(图 1 －17)。依此，判断其未能完成双受精。
图 2 楸树自交与种内、种间杂交花粉管在雌蕊中的生长进程
Fig． 2 The process of pollen tube growth in self，intraspecific，and interspecific cross-pollinated pistils
of C． bungei
注:图中用 1 个黑点表示 1%的分布率，黑点越密，表示该时刻生长至该区域的花粉管比率越高。
2． 5 楸树自交、异交坐果率比较
授粉后 96 h，对比未授粉雌蕊发现异交雌蕊
柱头发黄，花柱底部变红，子房略显膨大;而自交
雌蕊除柱头萎蔫外未见其他明显变化(图
1 － 18)。96 h之后，自交花冠开始失水枯萎，有
的脱落仅剩子房，有的连同子房一起脱落，脱落
的子房未见明显膨大。于授粉后 14 d 统计坐果
率发现:种内杂交组合 Q1 × Q2最高，为 71. 5%;
种间杂交组合Q1 × D 次之，为 64. 3%;自交坐果
率则为 0。
3 讨 论
3． 1 楸树自交、异交亲和性的比较
植物的授粉受精是一个复杂的过程，从花粉落
在柱头上开始，经过黏附、水合、萌发，花粉管在花
柱内生长，直至到达子房发生双受精作用，整个过
程受到严格的遗传控制和细胞控制［16］。该研究楸
树自交和异交授粉后花粉萌发和花粉管生长均呈
现较大差异。总体表现为:自交花粉在柱头上黏附
总量少、识别反应时间长、萌发率低于异交;花粉萌
发过程中柱头出现胼胝质沉积;花粉管在花柱中的
5
南 京 林 业 大 学 学 报 (自 然 科 学 版 ) 第 37 卷
生长速度慢于异交;约 36%的花粉管在柱头和花
柱上部受到抑制停止生长，约 42%的花粉管能够
到达子房，但不能进入胚珠或进入胚珠而不能完成
双受精。两异交组合 Q1 × D和 Q1 × Q2人工授粉后
均能够大量结实，两者无论在花粉萌发率、花粉管
生长速度以及坐果率等方面均无本质差别。只是
花粉 D 在楸树柱头上萌发花费的时间少于花粉
Q2，而花粉管在花柱中生长却比 Q2耗费更多时间。
比较两者的坐果率，种内杂交组合 Q1 × Q2略大于
种间杂交组合 Q1 × D;比较两者与 Q1的亲缘关系，
D远于 Q2。可见，花粉管生长速度与坐果率、亲和
性呈正相关关系，而它们又受交配亲本亲缘关系远
近的影响。楸树种内杂交的亲和性优于种间杂交，
这与郝明灼等［2］、王苏珂等［3］对楸树杂交组合及
杂种性状的研究结果相一致，也符合植物系统进化
规律，即种、属间杂交存在的不亲和性有利于保持
物种的稳定性［17］。生产中可利用这一规律，选择
不同品种、类型的楸树以及亲缘关系相对较近的滇
楸、灰楸等进行种内、种间杂交，利用杂种优势，实
现种质创新。
3． 2 楸树自交不亲和的类型及特征
传统意义上的自交不亲和机制包括 3 种类型，
即同型孢子体自交不亲和(SSI)、同型配子体自交
不亲和(GSI)和异型自交不亲和(SI)［18］。它们通
过基因控制或生物化学机制抑制花粉在柱头萌发
或花粉管在花柱中生长。然而 Seavey 等［19］发现，
除上述几种不亲和的类型外，在一些植物中存在着
花粉管能够长入子房并穿透胚珠，但却不能坐果的
现象。他们共列举了 16 科 20 种具有这一现象的
植物，并把这种现象命名为晚期作用的自交不亲和
“late-acting self-incompatibility”(LSI)或者更中性
一点的叫法为“ovarian self-incompatibility”(OSI)。
晚期作用的自交不亲和既可以是合子前(pre-
zygotic)也可以是合子后(post-zygotic)的作用机
制。合子前的晚期自交不亲和机制中，自交花粉管
能生长至子房或穿透胚珠，但不发生受精作用。如
Acacia retinodes自交花粉的花粉管被珠心组织阻断
而不能进入胚囊［20］;Theobroma cacao 自交花粉管
能生长进入胚囊，但雄配子未能与卵结合［21］;合子
后的晚期自交不亲和是指自交花粉的精细胞能与
卵细胞结合形成合子，但在受精作用发生后很短的
时间内，母本基因型与合子基因型相互作用发生主
动的败育［22］。如紫葳科的 Tabebuia［23］，虽然发生
了双受精作用，但来自自交授粉的受精卵不能分
裂。Valtuena 等［24］在研究 Cytisus multiflorus 自交
不亲和类型时提出了胚珠穿透率和双受精率是判
断合子前作用还是合子后作用的重要参数。胚珠
被穿透的判断标准是观察到花粉管穿过珠孔。双
受精发生的判断标准是: (1)助细胞退化染色加
深，而在卵细胞与中央细胞间形成胞质环;(2)有 1
个或多个胚乳细胞核;(3)合子或胚胎的形成。笔
者观察发现，少部分楸树自交花粉管能够进入胚珠
并穿透胚囊，但由于退化的助细胞染色较深，并未
观察到精卵是否融合，参照 Valtuena 的判断标准，
笔者认为楸树未能完成双受精，为合子前 LSI 类
型。这与紫葳科大多数具有 LSI 类型的植物［25］表
现不同，通常它们的自交与异交花粉管在柱头和花
柱中的生长并无显著差异，大多数胚珠能被花粉管
穿透，只不过穿透的时间要迟于异交。花粉管进入
胚囊释放精子完成双受精，但通常在初生胚乳核分
裂或合子分裂阶段发生败育，表现出典型的合子后
LSI特征。楸树的这种合子前 LSI 类型，在紫葳科
植物中尚未见报道。
虽然楸树自交花粉管最终停止生长的位置在
子房，但从花粉在柱头萌发开始，自交花粉管在柱
头和花柱中的生长无论数量还是速度均弱于异交，
柱头对花粉粒萌发和花粉管生长的阻碍作用，似乎
是引发后续一系列事件缓慢进行的主要原因。具
体表现为柱头乳突在花粉萌发过程中沉积大量胼
胝质，一些花粉管出现扭曲盘旋和顶端膨大停止生
长的现象，这些特征常出现在十字花科、菊科、旋花
科等孢子体自交不亲和(SSI)的植物中［26］。还有
部分花粉管在花柱中，特别是花柱上端，出现顶端
积累胼胝质而停止生长的现象，这又是茄科、蔷薇
科和玄参科等配子体自交不亲和(GSI)植物表现
出的特征［27 － 28］。但与它们相比而言，楸树的自交
花粉管在柱头和花柱中的受抑制程度较低，大部分
花粉能够在柱头正常萌发，42%的花粉管能够顺利
通过花柱进入子房。楸树的这种表现与配子体型
自交不亲和植物甜菜有几分相似［29 － 30］，对甜菜自
交不亲和的遗传学机理研究认为其自交不亲和性
并非受单一位点控制，而是由 2 个以上，很可能是
4 个互补互作的位点控制，也可能是更多位点控
制，只是因为以隐性纯和形式存在而未被发现［31］。
那么楸树 LSI的本质如何，以及是否也是由多位点
S 基因控制的识别与拒绝体系，这将有待进一步
研究。
参考文献:
［1］郭从俭，钱士金，王连卿，等． 楸树栽培［M］． 北京:中国林业
6
第 4 期 樊莉丽，等:楸树自交及种内、种间杂交亲和性的细胞学观察
出版社，1988．
［2］郝明灼，彭方仁，王改萍，等． 楸树人工杂交授粉试验及种实
分析［J］．南京林业大学学报:自然科学版，2008，32(5) :131
－ 134．
Hao M Z，Peng F R，Wang G P，et al． Artificial pollination test
and analysis of hybrid seed of Catalpa bungei［J］． Journal of Nan-
jing Forestry University:Natural Sciences Edition，2008，32(5) :
131 － 134．
［3］王苏珂，王军辉，张守攻，等． 楸树不同交配组合种子发芽特
性的研究［J］．林业科学研究，2008，21(2) :275 － 278．
Wang S K，Wang J H，Zhang S G，et al． Study on seed germinating
characteristics among different combination of Catalpa bungei
［J］． Forest Research，2008，21(2) :275 － 278．
［4］王小艳，赵鲲，赵牧峰，等． 楸树杂交育种初报［J］． 河南林业
科技，2008，28(2) :16 － 18．
［5］贾继文，王军辉，张金凤，等． 梓树属花粉生活力的研究［J］．
西北植物学报，2009，29(5) :867 － 873．
Jia J W，Wang J H，Zhang J F，et al． Pollen vitality of Catalpa
Scop．［J］． Acta Botanica Boreali － Occidentalia Sinica，2009，29
(5) :867 － 873．
［6］王改萍，杨红宁，倪果果，等．楸树等 4 种梓属树种花粉离体培
养条件的研究［J］．植物资源与环境学报，2009，18(2) :34 －42．
Wang G P，Yang H N，Ni G G，et al． Study on in vitro culture con-
ditions of pollens from four tree species of Catalpa Scop． including
Catalpa bungei［J］． Journal of Plant Resources and Environment，
2009，18(2) :34 － 42．
［7］Lai Z，Cui H Y，Yang H J，et al． Molecular biology of self and
non-self pollen recognition in flowering plants［J］． Development
and Reproductive Biology，1999，18(2) :65 － 70．
［8］陈晓流，束怀瑞，陈学森．核果类果树自交不亲和性研究进展
［J］．植物学通报，2004，21(6) :755 － 764．
Chen X L，Shu H R，Cheng X S． Studies on self － incompatibility
in stone fruit trees［J］． Chinese Bulletin of Botany，2004，21
(6) :755 － 764．
［9］刘林德，张洪军，祝宁，等． 刺五加花粉活力和柱头可授性的
研究［J］．植物研究，2001，21(3) :375 － 379．
Liu L D，Zhang H J，Zhu N，et al． Pollen viability and stigma re-
ceptivity of Eleutherococcus senticosus (Araliaceae) ［J］． Bulletin
of Botanical Research，2001，21(3) :375 － 379．
［10］杨弘远，周嫦．植物有性生殖实验研究四十年［M］． 武汉:武
汉大学出版社，2001．
［11］胡适宜．植物胚胎学实验方法(五) :检查花粉在柱头上萌发
和花粉管在花柱中生长的制片法［J］． 植物学通报，1994，11
(1) :58 － 60．
Hu S Y． Method of preparation of slides used to examine the pol-
len germination on the stigma and pollen tube growth in the style
［J］． Chinese Bulletin of Botany，1994，11(1) :58 － 60．
［12］王彩云，高莉萍，鲁涤非，等．‘厚瓣金桂 桂花花芽形态分化
的研究［J］．园艺学报，2002，29(1) :52 － 56．
Wang C Y，Gao L P，Lu D F，et al． A Study on morphological dif-
ferentiation of flower bud of Osmanthus fragrans‘Houban Jingui’
［J］． Acta Horticulturae Sinica，2002，29(1) :52 － 56．
［13］杨杰，于小艳，李玉花．植物亲和受精过程中花粉管的黏附和
定向生长［J］．植物生理学通讯，2004，40(6) :659 － 665．
Yang J，Yu X Y，Li Y H． Adhesion and directional growth of pol-
len tubes in the compatible pollination of plant［J］． Plant Physi-
ology Communications，2004，40(6) :659 － 665．
［14］张桂玲，王超，温四民．甘蓝自交不亲和性的快速测定［J］． 东
北农业大学学报，2003，34(2) :142 － 147．
Zhang G L，Wang C，Wen S M． Identification of the self-incompat-
ibility of cabbage by fluorescence microscopy［J］． Journal of
Northeast Agricultural University，2003，34(2) :142 － 147．
［15］Krichevsky A，Kozlovsky S V，Tian G W，et al． How pollen tubes
grow［J］． Developmental Biology，2007，303:405 － 420．
［16］孙颖，孙大业．花粉萌发和花粉管生长发育的信号转导［J］．
植物学报，2001，43(12) :1211 － 1217．
Sun Y，Sun D Y． Signal transduction in pollen germination and
tube growth［J］． Acta Botanica Sinica，2001，43(12) :1211
－ 1217．
［17］胡适宜，杨弘远． 被子植物受精生物学［M］． 北京:科学出版
社，2002．
［18］Barrett S C H． The Evolution，Maintenance，and Loss of Self-in-
compatibility Systems［M］． Oxford:Oxford University Press，1988．
［19］Seavey S R，Bawa K S． Late-acting self-incompatibility in angio-
sperms［J］． The Botanical Review，1986，52:195 － 219．
［20］Kenrick J，Kaul V，Williams E G． Self-incompatibility in Acacia
retinodes:site of pollen-tube arrest is the nucellus［J］． Planta，
1986，169:245 － 250．
［21］Knight R，Rogers H H． Incompatibility in Theobroma cacao［J］．
Heredity，1955，9:69 － 77．
［22］Lipow S R，Wyatt R． Single gene control of postzygotic self-incom-
patibility in poke milkweed［J］． Genetics，2000，154:893 － 907．
［23］Bittencourt N S，Semir J． Late-acting self-incompatibility and other
breeding systems in Tabebuia (Bignoniaceae) ［J］． Plant Sci-
ence，2005，166:493 － 506．
［24］Valtuena F J，Rodriguez-Riano T，Espinosa F，et al． Self-sterility
in two Cytisus species (Leguminosae，Papilionoideae)due to ear-
ly-acting inbreeding depression［J］． American Journal of Botany，
2010，97:123 － 135
［25］ Gibbs P E，Bianchi M B． Does late-acting self-icompatibility
(LSI)show family clustering two more species of Bignoniaceae
with LSI:Dolichandra cynan-choides and Tabebuia nodosa［J］．
Annals of Botany，1999，84:449 － 457．
［26］胡适宜． 被子植物生殖生物学［M］． 北京:高等教育出版
社，2005．
［27］Takayama S，Isogai A． Self-incompatibility in plants［J］． Annual
Review of Plant Biology，2005，56:467 － 489．
［28］蓝兴国，于晓敏，李玉花．配子体自交不亲和信号转导的研究
进展［J］．遗传，2005，27(4) :677 － 685．
Lan X G，Yu X M，Li Y H． Progress in study on signal transduc-
tion of gametophytic self-incompatibility［J］． Hereditas，2005，27
(4) :677 － 685．
［29］Savitsky H I． A method of determining self-fetility and self-sterility
in sugar beets，based upon the stage of ovule development shortly
after flowering［J］． Suagr beet Technol，1950，1:198 －201．
［30］吕政恒．甜菜自交不亲和性识别机制的初步研究［D］． 哈尔
滨:哈尔滨工业大学，2010．
Lyu Z H． The primary study of self-incompatibility recognition mode
in sugar beet［D］． Harbin:Harbin Institute of Technology，2010．
［31］Larsen K． Self-incompatibility in Beta vulgaris L． I． Four gameto-
phytic complementary S-loci in sugar beet［J］． Hereditas，1977，
85(2) :227 － 248．
( 责任编辑 郑琰燚)
7