紫斑牡丹雜交授粉后胚珠的形態(tài)學(xué)觀察

孫銘+高丹丹+鞠志新

摘要：選取性狀優(yōu)良的紫斑牡丹為母本，與16個(gè)芍藥屬品種進(jìn)行雜交，采用徒手切片法，對(duì)其中父本為胡紅、洛陽紅、紅蓮、芍藥的4個(gè)雜交組合授粉后的胚珠分期進(jìn)行形態(tài)學(xué)觀察，研究了正常胚珠和敗育胚珠的形態(tài)學(xué)發(fā)育過程。結(jié)果表明，結(jié)種率較高的雜交組合，授粉后胚珠的敗育率較低，大部分胚珠能夠正常發(fā)育，胚珠的發(fā)育依次經(jīng)過單核胚囊、二核胚囊、四分體至八核胚囊、合子胚、多游離核原胚、原胚細(xì)胞化、棒形胚、心形胚，最終到達(dá)子葉形胚；結(jié)種率較低的雜交組合，授粉后胚珠的敗育率較高，胚珠內(nèi)無胚和胚乳，敗育胚珠主要停留在原胚細(xì)胞化階段。

關(guān)鍵詞：紫斑牡丹；雜交；胚珠；敗育

中圖分類號(hào)：S685.110.3 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1002-1302（2014）08-0169-03

紫斑牡丹（Paeonia suffrutic var. papavercea）屬芍藥科芍藥屬，1987年被列為國家三級(jí)保護(hù)植物，是牡丹家族中重要的成員，也是中國牡丹品種群的原始種之一。紫斑牡丹具有植株高大、花色艷麗、香味濃郁、抗旱耐寒、病蟲害少等優(yōu)良特性，是既可觀賞，又能藥用和食用的名貴花卉。它喜冷涼干燥氣候，對(duì)低溫及干旱適應(yīng)性強(qiáng)，特別能適應(yīng)北方大部分較寒冷的地區(qū)，因此適宜推廣和用來做親本培育新品種，但其與其他牡丹品種的雜交親和力不同^[1]。本試驗(yàn)選取性狀優(yōu)良的紫斑牡丹作母本，分別與16個(gè)芍藥屬品種進(jìn)行雜交試驗(yàn)，通過對(duì)授粉后的胚珠進(jìn)行形態(tài)學(xué)觀察，試圖找到雜交受精障礙發(fā)生的時(shí)期，以便采取及時(shí)的措施來克服，從而提高結(jié)實(shí)率，進(jìn)而為今后探索克服雜交不親和性與不育性所要采取的措施提供理論指導(dǎo)，為培育牡丹新品種奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

雜交母本為紫斑牡丹實(shí)生苗，雜交父本材料有中原牡丹品種群的趙粉、首案紅、胡紅、妖黃、洛陽紅、二喬6個(gè)品種，紫斑牡丹品種群的玉瓣繡球、早熟禾、和平蓮、藍(lán)荷、夜光杯、桃花三轉(zhuǎn)、紅蓮7個(gè)品種，江南牡丹鳳丹、混合花粉、芍藥。試驗(yàn)材料由吉林農(nóng)業(yè)科技學(xué)院牡丹基地、吉林市牡丹園、洛陽牡丹園提供。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 花粉采集、貯藏與生活力的測定

父本的花在露色期采回，在室內(nèi)摘下花藥，放在干燥、無陽光直射的環(huán)境下陰干24 h?；ㄋ庨_裂后，收集，花粉裝入硫酸紙袋中，袋外注明父本品種名稱、日期，封口保存于冰箱內(nèi)。在授粉前檢測花粉的活力，將花粉放在配制好的半固體培養(yǎng)基（配制方法：稱 10 g 蔗糖、1 mg 硼酸，0.25 g的瓊脂與 90 ml 蒸餾水放入燒杯中，在 100 ℃水浴中熔化，加水定容至 100 mL，冷卻后備用）上培養(yǎng)，培養(yǎng)條件為22 ℃，24 h光照培養(yǎng)，每個(gè)品種設(shè)3次重復(fù)，OLYMPUS顯微鏡（×40）觀察并拍照，統(tǒng)計(jì)萌發(fā)率。每個(gè)重復(fù)統(tǒng)計(jì)3個(gè)視野，連續(xù)測定3 d直至萌發(fā)率趨于穩(wěn)定^[2]。萌發(fā)標(biāo)準(zhǔn)為花粉管長度大于等于花粉粒直徑；萌發(fā)率=萌發(fā)的花粉數(shù)/花粉總數(shù)×100%。

1.2.2 母本去雄、授粉

在母本花蕾開始變軟時(shí)，花藥呈綠或綠黃色時(shí)，用手輕輕地剝開花蕾去掉花瓣，然后用鑷子徹底剔去花中的雄蕊。去雄后立即套上亞硫酸紙袋，用曲別針夾住袋口。掛上標(biāo)簽標(biāo)明去雄套袋日期。在去雄后2～3 d，待母本雌蕊柱頭分泌黏液而發(fā)亮?xí)r，即可授粉。授粉于上午10點(diǎn)之前進(jìn)行，每天授粉1次，連續(xù)授粉3 d，確保授粉成功。授粉后立即將紙袋套上，折好封緊。授粉后在其莖稈上套上標(biāo)簽，用鉛筆在標(biāo)簽上注明雜交組合、授粉日期等。14 d后柱頭萎蔫，已無受精的可能時(shí)，將套袋去除，以免妨礙果實(shí)生長^[3]。

1.2.3 胚珠的形態(tài)學(xué)觀察

以父本為胡紅、洛陽紅、紅蓮、芍藥的4個(gè)雜交組合為材料，連續(xù)觀察記錄4個(gè)組合的胚珠發(fā)育情況，以最后1次授粉當(dāng)天為1 d，分期觀察授粉后1、4、7、15、22、29、36、45、60 d的胚珠外觀，并用徒手切片法，將其切成薄而均勻的片狀，低倍鏡下選取薄且透明，組織結(jié)構(gòu)完整的切片。將選取的切片放在番紅試劑中整染一段時(shí)間，將染色后的切片依次經(jīng)過無水乙醇，無水乙醇和二甲苯的混合液，二甲苯溶液三級(jí)透明，然后移入潔凈的載玻片水滴中，蓋上蓋玻片，在顯微鏡下觀察，拍照^[4]。

1.2.4 結(jié)實(shí)情況統(tǒng)計(jì)及采收

當(dāng)母本果實(shí)心皮變?yōu)樾伏S色且微裂時(shí)摘下，觀察統(tǒng)計(jì)結(jié)果數(shù)、心皮膨大和結(jié)種情況，將種子從心皮里剝出來，去除發(fā)育不良的癟種、空種后統(tǒng)計(jì)每個(gè)雜交組合的結(jié)種數(shù)，計(jì)算結(jié)種率^[5-6]。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同品種花粉的萌發(fā)率

從表1看出鳳丹和妖黃的花粉萌發(fā)率最高，達(dá)到了60%以上，說明花粉具有較高的活性，其次為胡紅、首案紅、芍藥、玉瓣繡球，萌發(fā)率40%以上，桃花三轉(zhuǎn)的萌發(fā)率最低，為12%，說明不同品種間的花粉活力不同，在雜交育種授粉時(shí)應(yīng)根據(jù)測定的花粉活力指標(biāo)采取不同的授粉方法，活力低的花粉可采取多次多量的方法來提高結(jié)種率。

2.2 胚珠發(fā)育的形態(tài)

以父本為胡紅、洛陽紅、紅蓮、芍藥的4個(gè)雜交組合為材料，分別于授粉后l、4、7、15、22、29、36、45、60 d，剖開子房，觀察胚珠發(fā)育情況。

2.2.1 胚珠正常發(fā)育的形態(tài)學(xué)觀察 從表2看出，正常胚珠的發(fā)育從授粉后開始逐漸長大，胚和胚乳逐漸形成，最終發(fā)育成完整的種子。胚珠內(nèi)胚的發(fā)育依次經(jīng)過單核胚囊、二核胚囊、四分體至八核胚囊、合子胚、多游離核原胚、原胚細(xì)胞化、棒形胚、心形胚、最終到子葉形胚。

2.2.2 胚珠敗育的形態(tài) 從表3看出：一部分?jǐn)∮呐咧樵谑诜酆蟮? d左右開始皺縮，29 d左右完全皺縮；一部分胚珠正常膨大，但內(nèi)部中空，胚和胚乳在發(fā)育過程中退化，敗育的胚珠最終停留在原胚細(xì)胞化階段。

2.3 以紫斑牡丹為母本的雜交組合結(jié)種率

以紫斑牡丹為母本時(shí)，運(yùn)用常規(guī)的授粉方法對(duì)母本紫斑牡丹與所選的16個(gè)父本品種進(jìn)行品種間雜交。

從表4看出：以紫斑牡丹實(shí)生苗為母本，授粉花數(shù)為73朵，共結(jié)種551粒，平均結(jié)種率達(dá)7.54粒/朵。結(jié)實(shí)率最高的組合為紫斑牡丹實(shí)生苗×胡紅，平均結(jié)種率高達(dá) 15.20粒/朵，最低的組合為紫斑牡丹實(shí)生苗×芍藥，為 0粒/朵。結(jié)種率高的雜交組合，種子的敗育率較低，大部分胚珠能正常發(fā)育完全；結(jié)種率低的雜交組合，種子敗育率較高，大部分胚珠在發(fā)育過程中早已敗育，表現(xiàn)為種子畸形或內(nèi)部中空，無胚和胚乳。紫斑牡丹與芍藥的結(jié)種率為0，說明它們雜交不親和，存在遠(yuǎn)緣雜交障礙。

3 討論

研究結(jié)果表明，相較于正常發(fā)育的胚珠，一部分?jǐn)∮呐咧閺牡? d就開始皺縮，胚和胚乳在發(fā)育過程中逐漸退化，到29 d左右基本上就完全皺縮了， 還有一部分?jǐn)∮呐咧樵诎l(fā)育的過程中雖沒有皺縮，但發(fā)育的過程中不能形成完整的胚和胚乳，最終停留在原胚細(xì)胞化階段。結(jié)合雜交結(jié)種率可以看出，結(jié)種率高的雜交組合，授粉后胚珠敗育率低，大部分胚珠發(fā)育完好，而結(jié)種率低的雜交組合，授粉后存在較多的胚敗育或無胚形成的情況。

通過對(duì)胚珠的形態(tài)學(xué)觀察及結(jié)種率的統(tǒng)計(jì)，推測紫斑牡丹與其他品種雜交結(jié)實(shí)率低的原因可能是受精障礙，絕大多數(shù)胚珠都沒有完成受精就很快敗育，極少數(shù)胚珠可能受精不正?；蚴芫蟀l(fā)育一段時(shí)間敗育，建議在今后的雜交育種中應(yīng)采取各種措施克服受精障礙，以獲得雜交后代。

參考文獻(xiàn)：

[1]成仿云. 美國牡丹芍藥協(xié)會(huì)與美國牡丹芍藥的發(fā)展[J]. 西北師范大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，1997，33（1）：110-115.

[2]何桂梅. 牡丹遠(yuǎn)緣雜交育種及其胚培養(yǎng)與體細(xì)胞胚發(fā)生的研究[D]. 北京：北京林業(yè)大學(xué)，2006.

[3]成仿云，李嘉玨，陳德忠. 中國野生牡丹自然繁殖特性研究[J]. 園藝學(xué)報(bào)，1997，24（2）：77-81.

[4]郝 青，劉政安，舒慶艷，等. 中國首例芍藥牡丹遠(yuǎn)緣雜交種的發(fā)現(xiàn)及鑒定[J]. 園藝學(xué)報(bào)，2008，35（6）：853-858.

[5]胡適宜，朱 澂. 高等植物受精作用中雄性核和雌性核的融合[J]. 植物學(xué)報(bào)，1979，21（1）：1-10.

[6]郝 捷，劉 勝. 紫斑牡丹栽培品種小孢子發(fā)育過程的細(xì)胞遺傳學(xué)研究[J]. 生物學(xué)雜志，2000，17（3）：16-18.

2.3 以紫斑牡丹為母本的雜交組合結(jié)種率

以紫斑牡丹為母本時(shí)，運(yùn)用常規(guī)的授粉方法對(duì)母本紫斑牡丹與所選的16個(gè)父本品種進(jìn)行品種間雜交。

從表4看出：以紫斑牡丹實(shí)生苗為母本，授粉花數(shù)為73朵，共結(jié)種551粒，平均結(jié)種率達(dá)7.54粒/朵。結(jié)實(shí)率最高的組合為紫斑牡丹實(shí)生苗×胡紅，平均結(jié)種率高達(dá) 15.20粒/朵，最低的組合為紫斑牡丹實(shí)生苗×芍藥，為 0粒/朵。結(jié)種率高的雜交組合，種子的敗育率較低，大部分胚珠能正常發(fā)育完全；結(jié)種率低的雜交組合，種子敗育率較高，大部分胚珠在發(fā)育過程中早已敗育，表現(xiàn)為種子畸形或內(nèi)部中空，無胚和胚乳。紫斑牡丹與芍藥的結(jié)種率為0，說明它們雜交不親和，存在遠(yuǎn)緣雜交障礙。

3 討論

研究結(jié)果表明，相較于正常發(fā)育的胚珠，一部分?jǐn)∮呐咧閺牡? d就開始皺縮，胚和胚乳在發(fā)育過程中逐漸退化，到29 d左右基本上就完全皺縮了， 還有一部分?jǐn)∮呐咧樵诎l(fā)育的過程中雖沒有皺縮，但發(fā)育的過程中不能形成完整的胚和胚乳，最終停留在原胚細(xì)胞化階段。結(jié)合雜交結(jié)種率可以看出，結(jié)種率高的雜交組合，授粉后胚珠敗育率低，大部分胚珠發(fā)育完好，而結(jié)種率低的雜交組合，授粉后存在較多的胚敗育或無胚形成的情況。

通過對(duì)胚珠的形態(tài)學(xué)觀察及結(jié)種率的統(tǒng)計(jì)，推測紫斑牡丹與其他品種雜交結(jié)實(shí)率低的原因可能是受精障礙，絕大多數(shù)胚珠都沒有完成受精就很快敗育，極少數(shù)胚珠可能受精不正常或受精后發(fā)育一段時(shí)間敗育，建議在今后的雜交育種中應(yīng)采取各種措施克服受精障礙，以獲得雜交后代。

參考文獻(xiàn)：

[1]成仿云. 美國牡丹芍藥協(xié)會(huì)與美國牡丹芍藥的發(fā)展[J]. 西北師范大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，1997，33（1）：110-115.

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2.3 以紫斑牡丹為母本的雜交組合結(jié)種率

以紫斑牡丹為母本時(shí)，運(yùn)用常規(guī)的授粉方法對(duì)母本紫斑牡丹與所選的16個(gè)父本品種進(jìn)行品種間雜交。

從表4看出：以紫斑牡丹實(shí)生苗為母本，授粉花數(shù)為73朵，共結(jié)種551粒，平均結(jié)種率達(dá)7.54粒/朵。結(jié)實(shí)率最高的組合為紫斑牡丹實(shí)生苗×胡紅，平均結(jié)種率高達(dá) 15.20粒/朵，最低的組合為紫斑牡丹實(shí)生苗×芍藥，為 0粒/朵。結(jié)種率高的雜交組合，種子的敗育率較低，大部分胚珠能正常發(fā)育完全；結(jié)種率低的雜交組合，種子敗育率較高，大部分胚珠在發(fā)育過程中早已敗育，表現(xiàn)為種子畸形或內(nèi)部中空，無胚和胚乳。紫斑牡丹與芍藥的結(jié)種率為0，說明它們雜交不親和，存在遠(yuǎn)緣雜交障礙。

3 討論

研究結(jié)果表明，相較于正常發(fā)育的胚珠，一部分?jǐn)∮呐咧閺牡? d就開始皺縮，胚和胚乳在發(fā)育過程中逐漸退化，到29 d左右基本上就完全皺縮了， 還有一部分?jǐn)∮呐咧樵诎l(fā)育的過程中雖沒有皺縮，但發(fā)育的過程中不能形成完整的胚和胚乳，最終停留在原胚細(xì)胞化階段。結(jié)合雜交結(jié)種率可以看出，結(jié)種率高的雜交組合，授粉后胚珠敗育率低，大部分胚珠發(fā)育完好，而結(jié)種率低的雜交組合，授粉后存在較多的胚敗育或無胚形成的情況。

通過對(duì)胚珠的形態(tài)學(xué)觀察及結(jié)種率的統(tǒng)計(jì)，推測紫斑牡丹與其他品種雜交結(jié)實(shí)率低的原因可能是受精障礙，絕大多數(shù)胚珠都沒有完成受精就很快敗育，極少數(shù)胚珠可能受精不正?；蚴芫蟀l(fā)育一段時(shí)間敗育，建議在今后的雜交育種中應(yīng)采取各種措施克服受精障礙，以獲得雜交后代。

參考文獻(xiàn)：

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[5]胡適宜，朱 澂. 高等植物受精作用中雄性核和雌性核的融合[J]. 植物學(xué)報(bào)，1979，21（1）：1-10.

[6]郝 捷，劉 勝. 紫斑牡丹栽培品種小孢子發(fā)育過程的細(xì)胞遺傳學(xué)研究[J]. 生物學(xué)雜志，2000，17（3）：16-18.