芍藥雜交親和性的細胞學研究.pdf

1、雜交組合的親和性及其細胞學機理研究是定向培育芍藥新品種、改良芍藥種質(zhì)資源的重要基礎研究內(nèi)容,為此,本研究選取芍藥(屬)內(nèi)性狀優(yōu)良的4個品種開展相關研究。雜交親本主要包括:芍藥(Peaonia lactiflora Pall.)品種'粉玉奴'('Fen Yu Nu')、'紫鳳羽'('Zi Feng Yu')、'紅盤托金'('Hong Pan Tuo Jin'):牡丹品種'鳳丹'（P.ostii)。具體雜交組合則為:'紫鳳羽'(C)×'紅盤

2、托金'(E)、'粉玉奴'(C)×'紅盤托金'(E)、'紫鳳羽'(C)×'粉玉奴'(E)3個種內(nèi)雜交組合、'粉玉奴'(C)×'鳳丹'(E)、'紫鳳羽'(C)×'鳳丹'(E)2個種間雜交組合。授粉前通過對父本花粉進行活力、萌發(fā)率的測定和雄蕊發(fā)育進程的觀察來探討父本育性;授粉后分別對雜交受精過程和雜交胚胎發(fā)育過程進行熒光顯微觀察和細胞學觀察,并結合雜交結實率,闡明雜交親和或不親和的細胞學機理,為提高雜交親和性提供最直接的理論依據(jù),進而為芍藥雜

3、交育種提供理論指導。
　　 一、從花粉活力和雄蕊發(fā)育過程探討父本育性
　　 1.授粉前,半固體瓊脂培養(yǎng)基法對'粉玉奴'、'紅盤托金'和'鳳丹'3種父本花粉進行了形態(tài)學的顯微觀察、活力和萌發(fā)率的測定。結果表明:
　　 (1)3個品種的花粉粒形態(tài)一致,分為正?；ǚ酆彤惓；ǚ邸Ｇ罢叱蕡A球形,體積較大,具萌發(fā)孔,能進行正常萌發(fā),屬于有活力花粉;后者體積明顯較小,不能進行正常萌發(fā)。
　　 (2)'紅盤托金'和'鳳丹

4、'的活力花粉所占比例高達92.4％和91.2％,花粉平均萌發(fā)率最高時可達85.1％和88.0％,故雜交時能提供足夠的成熟父本花粉,花粉不會成為受精障礙的原因。
　　 (3)'粉玉奴'活力花粉僅占40-50％,花粉萌發(fā)率僅有30％-50％;異?；ǚ蹟?shù)比例則高達50％-60％,因此'粉玉奴'作為父本可能存在雜交障礙,為此進一步研究中舍棄了'紫鳳羽'×'粉玉奴'的雜交組合,轉而對'粉玉奴'雄蕊發(fā)育進程進行了細胞學觀察,從而找出其異常花

5、粉產(chǎn)生的原因。
　　 2.從小孢子和雄配子體的發(fā)育進程探討'粉玉奴'花粉異常的原因。
　　 根據(jù)活力和萌發(fā)率的差異,以'紅盤托金'和'粉玉奴'為研究對象,對其花粉的小孢子和雄配子體發(fā)育過程進行了細胞學觀察和比較。
　　 結果表明:芍藥花藥具4個小孢子囊,藥壁結構屬雙子葉型,腺質(zhì)絨氈層。(1)活力花粉小孢子母細胞減數(shù)分裂后胞質(zhì)分裂為同時型,四分體多為四面體形,少左右對稱形,成熟花粉為2-細胞。(2)異?；ǚ坌℃咦幽?/p>

6、細胞不能進行正常的減數(shù)分裂,存在五分體和染色體橋等異?，F(xiàn)象。
　　 二、通過熒光顯微觀察解析雜交受精過程
　　 熒光顯微法觀察了4個雜交組合在人工授粉后72 h之內(nèi)的受精過程,雜交后分套袋和開放兩種狀態(tài)。結果如下:
　　 1.'紫鳳羽'×'紅盤托金'的雜交組合在雜交套袋狀態(tài)下,授粉后72 h可觀察到少數(shù)花粉管進入胚珠;開放狀態(tài)下,進入胚珠花粉管數(shù)量增加。
　　 2.'紫鳳羽'×'鳳丹'和以'粉玉奴'為母本

7、的2個雜交組合,無論其授粉后套袋還是保持開放,在授粉后72 h內(nèi),其父本的花粉管不能到達子房,而是在柱頭表面或花柱中扭曲纏繞或花粉管先端分枝而停止生長?；ǚ酃茉诿劝l(fā)過程中,柱頭乳突細胞內(nèi)、花柱細胞內(nèi)及花粉管內(nèi)均產(chǎn)生強烈的胼胝質(zhì)反應。'粉玉奴'×'紅盤托金'雜交組合中有極少量花粉管到達胚珠。
　　 三、采用石蠟切片法對母本自然狀態(tài)下及雜交后的胚胎和胚乳發(fā)育過程進行了細胞學觀察。結果表明:
　　 1.'紫鳳羽'自然狀態(tài)和'紫

8、鳳羽'×'紅盤托金'雜交狀態(tài)下,其胚胎均發(fā)育正常,但因?qū)嶒灢牧舷拗莆茨苷业脚咛グl(fā)育從棒形胚到子葉型胚的全過程。胚乳發(fā)育形式為核型胚乳,經(jīng)歷游離核階段和細胞化階段,并在合點端發(fā)現(xiàn)胚乳吸器。
　　 2.'紫鳳羽'×'鳳丹'、'粉玉奴'自然狀態(tài)下、以'粉玉奴'為母本的2個雜交組合雜交后,其胚胎均存在胚胎異解現(xiàn)象。敗育胚胎中,胚乳絮狀異解導致了胚敗育。但因?qū)嶒炍茨苡^察到雙受精過程,胚胎發(fā)育的異常是否是雙受精過程異常引起的還有待進一步研究

9、。
　　 四、比較了不同雜交組合不同處理的結實率
　　 分別對母本'粉玉奴'、'紫鳳羽'自然狀態(tài)下和上述雜交組合授粉套袋狀態(tài)結實率進行統(tǒng)計,結果顯示:
　　 (1)'紫鳳羽'自然狀態(tài)下結實率為50％.70％:采用本實驗雜交組合人工輔助授粉后結實率為上升為70％-80％。
　　 (2)'粉玉奴'自然狀態(tài)下結實率僅為13％-15％,雖人工雜交后(本實驗中,為'粉玉奴'×'紅盤托金')結實率有所提高,但也僅為2

10、0％-25％。
　　 (3)芍藥和'鳳丹'的種間雜交組合均未得到雜交種子,結實率為0。
　　 這些差異與細胞學觀察結果一致。不同雜交組合親和性差異的細胞學機理不同:
　　 (1)'紫鳳羽'×'紅盤托金'表現(xiàn)出較強的雜交親和性,而細胞學觀察結果也支持了該親和性結果,即:A.'紅盤托金'花粉具有較高的活力和萌發(fā)率;B.柱頭上萌發(fā)的花粉管能順利到達胚珠:C.受精胚正常發(fā)育;(2)'紫鳳羽'×'粉玉奴雜交不親和主要是因為

11、父本花粉敗育,而父本花粉的敗育主要在于其花粉小孢子母細胞不能進行正常的減數(shù)分裂,存在五分體和染色體橋等異?，F(xiàn)象;(3)'粉玉奴'×'紅盤托金'的不親和主要表現(xiàn)為母本的柱頭識別作用和雜交胚的敗育,即存在受精前后的雙重障礙;(4)以'紫鳳羽'、'粉玉奴'為母本、以'鳳丹'為父本的雜交組合表現(xiàn)出種間雜交完全不親和,則主要是因為遺傳距離較遠,存在遠緣雜交障礙。
　　 本研究結果為高效開展芍藥的定向雜交奠定了基礎。'紫鳳羽'為母本雜交結實