报春苣苔属植物杂交亲和性分析及杂交障碍.pdf

Vol.44 No.1Jan.2024第 44 卷 第 1 期2024 年 1 月中 南 林 业 科 技 大 学 学 报 Journal of Central South University of Forestry&Technologyhttp:/收稿日期：2023-01-19基金项目：国家重点研发计划项目（2022YFF1301704）；中央高校专项基金项目（2015ZCQ-YL-03）；校企合作横向课题（2020HXFWYL20）。第一作者：白梦（），硕士研究生。通信作者：罗乐（），教授，博士。引文格式：白梦,李博,陈简村,等.报春苣苔属植物杂交亲和性分析及杂交障碍 J.中南林业科技大学学报,2024,44(1):89-96.BAI M,LI B,CHEN J C,et al.Compatibility and crossbreeding barriers of hybridization in PrimulinaJ.Journal of Central South University of Forestry&Technology,2024,44(1):89-96.报春苣苔属植物杂交亲和性分析及杂交障碍白 梦1，李 博1，陈简村1，夏 婷1，蒋宇璇1，罗 乐1，张启翔1，张 毓2（1.北京林业大学 a.园林学院；b.国家花卉工程技术研究中心；c.花卉种质创新与分子育种北京市重点实验室；d.城乡生态环境实验室，北京 100083；2.国家植物园，北京 100093）摘 要：【目的】探究报春苣苔属属内杂交亲和性及杂交障碍的原因。【方法】以 4 个报春苣苔原生种、2 个栽培品种为材料进行常规杂交，通过花粉活力、柱头可授性筛选父母本后开展杂交工作，初步确定杂交组合亲和性关系，并对授粉后的子房发育跟踪观察。【结果】1）6 种报春苣苔属植物的花粉活力和柱头可授性强弱与其杂交亲和性反应没有绝对的因果关系。2）16 个杂交组合的子房膨大率均在 65.00%以上，结实率有明显差别，以牛耳朵 Primulina eburnea、尖萼报春苣苔 P.pungentisepala、大根报春苣苔 P.macrorhiza、蚂蝗七 P.fimbrisepala作为母本时，各杂交组合的平均结实率分别达到了 75.55%、78.44%、46.67%、57.78%，表现出了较高的亲和性，而以北林之春报春苣苔 P.Spring of Beilin、四季报春苣苔 P.Four Season为母本的组合，结实率最高也仅有 6.67%，亲和性较弱。3）对 5 个亲和性较弱的杂交组合进行花粉管行为荧光观察，发现均存在一定程度的受精前障碍，表现为花粉管胼胝质反应、花粉管末端膨大、扭曲断裂，但各组合最终均有花粉管伸入胚珠，从到达胚珠的花粉管数量来看，牛耳朵等 3 个原生种的花粉数量均可满足胚珠受精需要，但结实率仍较低。【结论】报春苣苔属属内杂交具有一定的亲和性，但部分组合未获得种子，并非由受精前的花粉萌发和花粉管生长所限制，可能是由于受精卵或幼胚的后期发育过程中出现代谢紊乱而导致败育。关键词：报春苣苔属；杂交授粉；亲和性；花粉管行为 中图分类号：S718.46 文献标志码：A 文章编号：1673-923X(2024)01-0089-08Compatibility and crossbreeding barriers of hybridization in PrimulinaBAI Meng1,LI Bo1,CHEN Jiancun1,XIA Ting1,JIANG Yuxuan1,LUO Le1,ZHANG Qixiang1,ZHANG Yu2(1.a.School of Landscape Architecture;b.National Engineering Research Center for Floriculture;c.Beijing Key Laboratory of Ornamental Plants Germplasm Innovation Molecular Breeding;d.Laboratory of Urban and Rural Ecological Environment,Beijing Forestry University,Beijing 100083,China;2.China National Botanical Garden,Beijing 100093,China)Abstract:【Objective】In order to explore hybrid affinity and the causes of hybrid incompatibility within Primulina.【Method】4 wild species and 2 cultivars were used as materials for conventional hybridization.After screening the parents for pollen vitality and stigma receptivity,hybridization work was carried out to preliminarily determine the affinity relationship of the hybrid combinations.The development of the ovary after pollination was tracked and observed,combined with experiments of pollen tube fluorescence observation,to explore the affinity and hybridization barriers of the interspecific hybridization in Primulina.【Result】(1)Pollen viability and stigma receptivity within the Primulina was not absolutely causally related to hybrid affinity reaction.(2)The ovary swelled rate of all 16 hybrids was above 65.00%,and the seed setting rate was obviously different.When P.eburnea,P.pungentisepala,P.macrorhiza,and P.fimbrisepala were used as the female samples,the seed setting rates of each hybrid reached 75.55%,78.44%,46.67%,57.78%,respectively,and showed high affinity,whereas the combination with P.Spring of Beilin,P.Four Season as the female sample also showed the highest seed setting rate of only 6.67%and weaker affinity.(3)Fluorescence observations were conducted on the pollen tube behavior of five hybrid combinations with weak affinity.It was found that there was all combinations exhibited a certain degree of pre-fertilization barrier,which was manifested as pollen tube callus reaction,pollen tube tip swelling,twisting and rupture.However,all combinations eventually had pollen tubes extending into the embryo sac.Judging from the number of pollen tubes reaching the embryo sac,the amount of pollen from three native species such as P.eburnea was sufficient for fertilization,Doi:10.14067/ki.1673-923x.2024.01.009白 梦，等：报春苣苔属植物杂交亲和性分析及杂交障碍90第 1 期报春苣苔属Primulina属于苦苣苔科Gesneriaceae，是我国苦苣苔亚科中植物种类数量最大、物种多样性最为丰富的属，其中近 85%的种类以我国华南和西南的石灰岩地区为分布中心1。该属植物花叶兼赏，株型低矮而紧凑，具有极高的观赏价值，是较具开发潜力和育种潜能的属2。近年来，世界苦苣苔科植物协会（The Gesneriad Society）授权了一大批苦苣苔科新品种，极大推动了我国苦苣苔新品种育种工作的发展3。杂交育种是聚合优良性状的重要途径，杂交后代会出现由双亲控制的优良基因结合的单株4-5，广泛应用于优株选育中6-7。当前报春苣苔属植物新品种也主要通过原种间杂交获得8，占新品种总数的 68.80%，而对于非原生种的杂交，具有明显的不亲和性，常表现为受精前障碍和受精后障碍。现有报道表明，苦苣苔科植物远缘杂交受精前障碍的表现有花粉不萌发、胼胝质反应等异常行 为9，而受精后障碍主要表现为虽获得种子，但未见种子萌发10。这严重影响了对种质的利用，故明确报春苣苔属属内杂交障碍的主要原因对提高其育种效率很有必要。基于此，本研究以 4 个原生种和课题组自主培育的 2 个品种为试验材料，通过花粉活力、柱头可授性的测定筛选父母本开展杂交，进而又对杂交不亲和组合的花粉萌发情况、花粉管行为进行荧光显微观察，初步探究其杂交不亲和的原因，为提高报春苣苔属植物的杂交育种成功率提供理论依据。1 材料与方法1.1 材 料试验于 2022 年 1 月 10 日在北京林业大学小汤山基地的九天温室内进行，选用植物材料为课题组成功引种驯化的 4 个野生种及自主杂交选育的 2 个新品种（表 1）。1.2 方 法1.2.1 花粉活力及柱头可授性的测定花粉活力的测定采用离体培养法2，在盛花期时进行。首先将采集到的花粉抖落于提前配好的培养液（10%蔗糖+100 mgL-1 H3BO3）的载玻片上，后将玻片放在黑暗条件下室温培养24 h，在光学显微镜下统计花粉活力。花粉管长度大于花粉粒直径 2 倍者记为有活力花粉。柱头可授性采用 3%的双氧水（H2O2）检测法11，将柱头置于 3%过氧化氢反应液的凹面载玻片中，根据视野内柱头气泡产生的数量多少，判断可授性 强弱。表 1 供试报春苣苔材料的主要性状特征Table 1 Main characters of Primulina materials 植物名称Scientific name主要观赏性状Main ornamental characteristic牛耳朵Primulina eburnean花深紫色、大型苞片、大花型尖萼报春苣苔P.pungentisepala花白色至淡紫色、长花期、花量密集、斑叶大根报春苣苔P.macrorhiza花紫色、大花型、花葶直立、株型规整蚂蝗七P.fimbrisepala花紫色、大花型、花葶直立、株型规整北林之春报春苣苔P.Spring of Beilin花粉紫色、长花期、大花量、花葶直立、株型规整四季报春苣苔P.Four Season花蓝紫色、长花期、大花量、株型规整1.2.2 杂交组合的确定根据温室内现有苦苣苔的数量、群体可授花朵数量，结合花粉活力和柱头可授性情况，综合考虑双亲在花朵大小、花期长短、花量以及叶斑、苞片等观赏性状上的互补性，进行亲本筛选并拟定杂交组合。1.2.3 杂交实验杂交前选择发育正常、生长健壮、无病虫害的植株作为亲本。开花前 2 d 进行去雄并挂牌，记录去雄时间和去雄母本。根据母本不同，授粉时间有 2 3 d 的差异。授粉时将父本花粉轻轻涂抹在母本柱头上，并在标签上注明母本、父本名称及授粉日期和授粉花朵数，为保证结实率，每棵植株选择最强壮的 2 6 个花序进行杂交12，花朵以花序中第 1 5 朵先开放的花朵为宜，授粉后保持正常的管理13。授粉 7 d 后注意观察母本的子房生长情况，统计子房膨大数。待果实成熟后，统计果实数、结实数、每果种子数，计算结实率、but the fruit set rate was still low.【Conclusion】Crosses within the genus Primulina show some affinity,but some combinations fail to produce seeds.This is not caused by limited pollen germination or pollen tube growth prior to fertilization,but may result in abortion due to metabolic disturbances occurring during the later development of zygotes or young embryos.Keywords:Primulina;cross pollination;cross compatibility;pollen tube behaviors 91中 南 林 业 科 技 大 学 学 报第 44 卷出苗率。子房膨大率=（子房膨大数量/授粉花朵数）100%；每果种子数=（种子数/果实数）100%；结实率=（果实数/授粉花朵数）100%；出苗率=（出苗数/播撒种子数）100%。1.2.4 杂交花粉荧光观察授 粉 2、4、6、8、16、24、48、72 h 后 分 别采集 6 朵花的雌蕊，用 FAA 固定液（50%乙醇冰醋酸甲醛=1811，v/v）固定 24 h 以上，后放入 70%无水乙醇中，于 4 冰箱保存。观察前将固定好的雌蕊按顺序放入 70%、50%、30%的酒精中处理 5 min，并用蒸馏水清洗 3 次后，浸于 2 mol/L NaOH 溶液中，之后置于 60 水浴锅中软化1 h，再用蒸馏水清洗3次，用滤纸吸去多余水分，将材料放入 0.1%苯胺蓝溶液中染色。最后将染色完全的材料进行压片，在荧光显微镜下观察柱头上的花粉萌发及花粉管生长情况并拍照9。1.3 数据分析采用 Excel 2020 软件对试验数据进行整理，采用 SPSS 26.0 软件对数据进行方差分析，采用LSD 法进行多重比较。2 结果与分析2.1 花粉活力及柱头可授性比较由表 2 可知，6 种报春苣苔属植物在花粉量、花粉活力方面存在显著差异，而柱头可授性强度无明显差异。在花粉量上，牛耳朵、大根报春苣苔、蚂蝗七的花粉量均较多，尖萼报春苣苔次之，而 北林之春报春苣苔、四季报春苣苔花粉量极少。在花粉活力方面，大根报春苣苔花粉活力显著高于其他 5 种报春苣苔，高达 96.09%，蚂蝗七、尖萼报春苣苔、牛耳朵的花粉活力次之，但也均在 70.00%以上，满足杂交育种需求，而北林之春报春苣苔与四季报春苣苔的花粉在试验中表现为无活力。在柱头可授性方面，发现于开花第 4 5 天，6 种报春苣苔可授性强度均能达到峰值且无差异。因此，在具体育种工作中，北林之春报春苣苔、四季 报春苣苔可作为良好的母本材料，其余 4 种报春苣苔作为父母本均可。表 2 6 种报春苣苔属植物的花粉活力与柱头可授性测定结果Table 2 Pollen viability and stigma receptivity results for 6 Primulina materials植物名称Scientific name花粉量Pollen quantity花粉活力Pollen viability/%柱头可授性Stigma receptivity牛耳朵 P.eburnean多72.315.75 c+尖萼报春苣苔 P.pungentisepala适中71.004.17 c+大根报春苣苔 P.macrorhiza多96.091.34 a+蚂蝗七 P.fimbrisepala多89.001.51 b+北林之春报春苣苔 P.Spring of Beilin极少0 d+四季报春苣苔 P.Four Season极少0 d+-，不具可授性；+，具可授性；+，可授性较强；+，具强可授性。同列不同小写字母表示存在显著差异（P 0.05），下同。-:no stigma receptivity;+:have receptivity;+:have high receptivity;+:have strong receptivity.Different lowercase letters in the same column indicate significant differences(P 0.05).The same below.2.2 杂交组合的确定基于 2.1 的试验结果，筛选出的杂交父本为尖萼报春苣苔、蚂蝗七、大根报春苣苔、牛耳朵；杂交母本为尖萼报春苣苔、蚂蝗七、大根报春苣苔、牛耳朵、北林之春报春苣苔、四季报春苣苔。结合表 1 中不同报春苣苔的主要性状表现，以大花量、大花型、直花葶、长花期、大苞片、斑叶为育种目标确定杂交组合，结果见表 3。2.3 不同杂交组合结实及萌发情况比较由表 4 可知，16 个杂交组合授粉后，子房均能迅速膨大，且膨大率在 65.00%以上，原生种间杂交均能结实出苗，不同组合间结实情况差异明显，而品种与原生种杂交组合均表现出高子房膨大率、低结实率、每果种子数低、出苗率低的现象。从杂交结实率来看，以牛耳朵 尖萼报春苣苔组合的杂交结实率最高，达 86.67%；其次为尖萼报春苣苔 大根报春苣苔组合，可达 82.00%；最低为以大根报春苣苔为母本的组合，结实率仅有 46.67%。相较于以原种间杂交，以品种为母本的杂交组合结实率均不高且存在明显差异：结实率最高的组合北林之春报春苣苔 蚂蝗七仅为 6.67%，四季报春苣苔 大根报春苣苔组合杂交结实率为 0。白 梦，等：报春苣苔属植物杂交亲和性分析及杂交障碍92第 1 期表 3 杂交组合设计列表Table 3 List of hybrid designs 育种目标Breeding objectives母本Female parent父本Male parent直花葶、大花型Straight scapes and large flowers北林之春报春苣苔大根报春苣苔蚂蝗七蚂蝗七大根报春苣苔尖萼报春苣苔牛耳朵大根报春苣苔蚂蝗七牛耳朵大花量、长花期Abundant blooms and long flowering period四季报春苣苔大根报春苣苔尖萼报春苣苔牛耳朵斑叶、长花期Variegated leaves and long flowering period尖萼报春苣苔大根报春苣苔蚂蝗七牛耳朵大苞片Large leaf bract牛耳朵大根报春苣苔尖萼报春苣苔蚂蝗七从每果荚的平均结实量来看，4 个以原种为母本的杂交组合所获种子量与 2 个以品种为母本的杂交组合差异显著，其中大根报春苣苔与蚂蝗七正反交平均每果种子数最多，在 1 000 粒以上，而以北林之春报春苣苔、四季报春苣苔为母本的组合，每果种子数最高仅有 37 粒。出苗率表现出与结实率相同的现象。牛耳朵、尖萼报春苣苔、大根报春苣苔、蚂蝗七相互杂交，均能获得杂交幼苗，其中以尖萼报春苣苔为母本的杂交组合出苗率最高，在 50.00%水平以上，其次为蚂蝗七为母本的杂交组合，最低的为大根报春苣苔蚂蝗七组合，出苗率仅有5.68%。而以 北林之春报春苣苔为母本的组合仅获得极少子代，四季报春苣苔为母本的组合未获得后代苗。此外，不同亲本间正反交结果表明，正反交平均结实率、出苗率一般无明显差异。正反交平均结实率相差 10 个百分点以上的仅有大根报春苣 牛耳朵组合，而大根报春苣苔作为母本与蚂蝗七杂交也表现出了低结实率的特点，仅有46.67%。在实际观测中，大根报春苣苔杂交后，子房能够正常膨大，但在发育过程中，部分子房因花序葶提前枯萎而停止发育，但其作为父本杂交时，结实率、出苗率相对较高，表现出一定的单项亲和性。正反交平均出苗率差异显著的为尖萼报春苣苔，正交结实率、出苗率均较高，但反交出苗率较低。因此，相比较而言，在高效育种中，可以考虑将大根报春苣苔作为父本、尖萼报春苣苔作为母本杂交来获得杂交果实。表 4 16 个报春苣苔属杂交组合的结实情况Table 4 Seed setting of 16 cross combinations of Primulina母本Female parent父本Male parent授粉花朵数Number of pollinated flowers子房膨大率Rate of swelled ovary/%结实率Fruit-setting percentage/%每果种子数Number of seeds per fruit出苗率Emergence rate/%牛耳朵P.eburnea大根报春苣苔15100.0080.00813362 abc18.940.21 ef尖萼报春苣苔15100.0086.67671143 bcd31.661.87 c蚂蝗七1580.0060.00869121 ab20.691.32 ef尖萼报春苣苔P.pungentisepala大根报春苣苔5090.0082.00385163 efg55.861.06 a蚂蝗七5084.0073.3328473 fg51.101.89 b牛耳朵5094.0080.00240119 gh50.342.30 b大根报春苣苔P.macrorhiza蚂蝗七1586.6746.671 023315 a5.681.23 g牛耳朵1566.6746.67476131 def17.625.13 f蚂蝗七P.fimbrisepala大根报春苣苔1573.3340.001 02159 a21.241.40 e尖萼报春苣苔1580.0080.00723146 bc26.132.90 d牛耳朵1573.3353.33591123 cde20.421.50 ef北林之春报春苣苔P.Spring of Beilin大根报春苣苔15076.674.6772 h0.140.24 h蚂蝗七15078.676.673517 h1.392.41 h四季报春苣苔P.Four Season大根报春苣苔15084.000.000 h0 h尖萼报春苣苔15082.003.3361 h0 h牛耳朵15074.002.6773 h0 h2.4 花粉管行为观测基于 2.3 的试验结果，发现杂交授粉未结实或结实率极低的组合，母本均为品种，父本均由原生种组成，分别为四季报春苣苔 大根报春苣苔、四季报春苣苔 尖萼报春苣苔、四季报春苣苔 牛耳朵、北林之春报春93中 南 林 业 科 技 大 学 学 报第 44 卷苣苔 大根报春苣苔、北林之春报春苣苔 蚂蝗七。因此，对以上 5 个组合开展花粉管荧光观察试验，探究导致杂交不亲和的原因。2.4.1 以四季报春苣苔为母本杂交授粉花粉管荧光观察四季 报春苣苔牛耳朵杂交组合授粉2 h，大量花粉在柱头上萌发（图 1A）；4 h 后，花粉管成束，到达花柱的 1/5 处，花粉管末端变细，伴随少量胼胝质产生（图 1B）；授粉 16 h，可见少量花粉管穿过花柱基部，到达胚珠附近，部分花粉管出现扭曲现象（图 1C）；授粉 48 h，大多数花粉管到达 1/2 子房，少量花粉管到达 3/4 子房位置，此时花粉管缠绕扭曲明显，有胼胝质生成，汇集在胚珠附近，分布较均匀（图 1D）；72 h 观察到少量花粉管到达子房基部、伸入胚珠的现象（图1E）。四季 报春苣苔尖萼报春苣苔、四季报春苣苔 大根报春苣苔 2 个杂交组合花粉管生长状况相似，授粉 2 h，仅少量花粉在柱头上萌发（图 1F）；授粉 6 h，柱头上可见大量花粉萌发（图1G），穿过花柱的花粉管数量也在不断增加；24 h 后部分花粉管进入子房 1/3 处，伴随大量胼胝质生成（图 1H）；48 h 花粉管出现缠绕扭曲现象（图 1I），部分花粉管伸向胚珠；72 h 花粉管到达子房顶端。A:四季报春苣苔 牛耳朵，2 h。B:四季报春苣苔 牛耳朵，4 h。C:四季报春苣苔 牛耳朵，16 h。D:四季报春苣苔 牛耳朵，48 h。E:四季报春苣苔 牛耳朵，72 h。F:四季报春苣苔 尖萼报春苣苔，2 h。G:四季报春苣苔 大根报春苣苔，6 h。H:四季报春苣苔 尖萼报春苣苔，24 h。I:四季报春苣苔 尖萼报春苣苔，48 h。Pg：花粉。Pt：花粉管。Cp：胼胝质塞。Ou：胚珠。A:P.Four SeasonP.eburnean,2 h;B:P.Four SeasonP.eburnean,4 h;C:P.Four SeasonP.eburnean,16 h;D:P.Four SeasonP.eburnean,48 h;E:P.Four SeasonP.eburnean,72 h;F:P.Four SeasonP.pungentisepala,2 h;G:P.Four SeasonP.macrorhiza,6 h;H:P.Four SeasonP.pungentisepala,24 h;I:P.Four SeasonP.pungentisepala,48 h;Pg:Pollen grains;Pt:Pollen tubes;Cp:Callose plug;Ou:Ovule.图 1 四季报春苣苔作为母本的杂交组合花粉管生长动态Fig.1 Dynamics of pollen tube growth of interspecific hybridization combinations of P.Four Season as female parent2.4.2 以北林之春报春苣苔为母本杂交授粉花粉管荧光观察北林之春报春苣苔 大根报春苣苔授粉4 h，柱头表面有大量花粉粒附着，且少量花粉开始萌发（图 2A）；6 16 h 花粉管加速向下生长，8 h 花粉萌发达到最大（图 2B）；24 h，部分花粉管顶端膨大，停止向前生长（图 2C）；48 h 可观察到花粉管末端膨大数量增多，少量花粉管到达胚珠（图 2D）；72 h 花粉管到达子房 1/2 处，大量花粉管进入胚珠（图 2E）。北林之春报白 梦，等：报春苣苔属植物杂交亲和性分析及杂交障碍94第 1 期春苣苔 蚂蝗七授粉后 2 h，少量花粉开始萌发（图 2F）；6 h 花粉继续萌发，花粉管伸长到花柱的 1/5 处（图 2G）；48 h 大量胼胝质产生（图 2H）；72 h 花粉管到达子房的 2/3 处，部分花粉管进入胚珠（图 2I）。A:北林之春 报春苣苔大根报春苣苔，4 h。B:北林之春 报春苣苔大根报春苣苔，8 h。C:北林之春 报春苣苔大根报春苣苔，24 h。D:北林之春报春苣苔大根报春苣苔，48 h。E:北林之春 报春苣苔大根报春苣苔，72 h。F:北林之春 报春苣苔蚂蝗七，2 h。G:北林之春 报春苣苔蚂蝗七，6 h。H:北林之春报春苣苔 蚂蝗七，48 h。I:北林之春报春苣苔 蚂蝗七，72 h。Pg：花粉。Pt：花粉管。Cp：胼胝质塞。Bc：胚囊。Ou：胚珠。A:P.Spring of BeilinP.macrorhiza,4 h;B:P.Spring of BeilinP.macrorhiza,8 h;C:P.Spring of BeilinP.macrorhiza,24 h;D:P.Spring of Beilin P.macrorhiza,48 h;E:P.Spring of BeilinP.macrorhiza,72 h;F:P.Spring of BeilinP.fimbrisepala,2 h;G:P.Spring of Beilin P.fimbrisepala,6 h;H:P.Spring of BeilinP.fimbrisepala,48 h;I:P.Spring of BeilinP.fimbrisepala,72 h;Pg:Pollen grains;Pt:Pollen tubes;Cp:Callose plug;Bc:Embryo sac;Ou:Ovule.图 2 北林之春报春苣苔作为母本的杂交组合花粉管生长动态Fig.2 Dynamics of pollen tube growth of interspecific hybridization combinations of P.Spring of Beilin as female parent3 结论与讨论3.1 结 论杂交亲和性研究表明，报春苣苔属属内杂交具有一定的亲和性，但杂交组合亲和性反应与花粉活力、柱头可授性没有绝对的因果关系。原种间杂交亲和性强，正反交结果存在一定的差异，品种与原种间杂交亲和性弱。在所有杂交组合中尖萼报春苣苔作为母本的杂交组合亲和性相对较强，结实率与出苗率均能达到 70.00%与 50.00%以上。不亲和组合杂交障碍研究结果表明，亲和性较弱组合均存在一定程度的受精前障碍，主要表现为花粉管胼胝质反应、花粉管末端膨大、扭曲断裂。3.2 讨 论3.2.1 花粉活力、柱头可授性与结实的关系花粉与柱头的直接接触是植物自然有性生殖的起点，花粉活力与柱头可授性的强弱可以直接影响植物有性生殖的成功率14-15。尹世华等16的研究发现，中国古老月季品种在远缘杂交时，结实率与花粉活力、花粉量存在一定程度的正相关。但本试验选取的 16 个杂交组合，父本花粉都具有较强的萌发力与较多的花粉量，母本均具有较强的柱头可授性，但仍有部分组合出现不结实或结实率极低的现象，与上述研究结果表现并不一致，95中 南 林 业 科 技 大 学 学 报第 44 卷说明报春苣苔属属内杂交亲和性反应与花粉活力、柱头可授性强度没有绝对的因果关系，只是进行杂交的前提条件，这与 Cole 等17 研究发现亲和性反应与花粉活力无关，主要受远缘的两个亲本差异过大、花粉与柱头亲和性等因素影响18-19。因此，设计杂交组合时不仅要关注亲本的花粉活力与柱头可授性强弱，还应参考亲本的亲缘关系，才能提高杂交组合的育种效率，从而得到更多的优良杂交品种。3.2.2 报春苣苔属杂交亲和性关系本试验杂交结果表明，报春苣苔属内杂交具有一定的亲和性，其中原种为亲本的组合杂交亲和性均较强，品种为亲本的组合杂交亲和性较弱。本研究结果还发现，原种间杂交存在正反交结实差异较大的情况，这与何栋9在报春苣苔属植物远缘杂交中的研究结论一致。以原种为亲本的杂交组合中，尖萼报春苣苔为母本的杂交组合，结实出苗情况均较好，出苗率在 50%以上，表现出较强的亲和性，表明尖萼报春苣苔十分适合作为杂交母本加以利用。2 个以品种为母本的组合则出现高子房膨大率、低结实率、低出苗率的现象，说明膨大率与结实率并无显著相关性，可能是由于花粉萌发生长刺激子房膨大，或是人工授粉刺激导致内部激素反应而引起子房膨大20-21，这也说明子房膨大不能作为杂交亲和性的唯一判断标准。3.2.3 报春苣苔属植物杂交障碍存在原因荧光显微技术可通过直接追踪花粉管在远缘杂交过程中的生长动态，来观察分析花粉管的生长特性以及受精前障碍的抑制部位，是一种被广泛应用于植物杂交障碍的研究方法。有研究表明，花粉管中适当形成胼胝质可保护性母细胞免受其他因子的影响，但远缘杂交时常引起胼胝质沉积过多而形成胼胝质塞，抑制花粉管伸长，从而导致杂交障碍22-23。本研究发现，以四季报春苣苔和北林之春报春苣苔为母本时，蚂蝗七、大根报春苣苔、尖萼报春苣苔、牛耳朵的花粉在授粉 2 4 h 均能在二者柱头上萌发，不同组合的种间杂交并不存在柱头表面的不亲和反应。但在花粉管行为上，5个组合都存在一定的受精前障碍，主要表现为花粉管胼胝质反应、花粉管在柱头上缠绕扭曲、花粉管末端膨大等，且花粉管胼胝质反应最为普遍，几乎所有的组合都存在，但所产生的胼胝质一般分布较均匀，并未形成明显的胼胝质塞，最终都观察到了花粉管定向生长伸向胚珠的过程。在无髯鸢尾24、油茶25杂交研究中也出现过类似情况，部分杂交组合表现出一定的受精前障碍，但对花粉管伸长影响较小，最终都有少量花粉管伸入胚珠。本研究中，通过荧光观察发现以品种为母本的 5 个杂交组合均存在花粉管进入胚珠的现象，但最终仅收获少量种子，说明花粉管不能正常伸长生长并不是导致这些组合杂交不亲和的主要障碍，其原因可能是受精后发育异常引起的，具体原因需进一步探究。本研究对报春苣苔属植物受精前障碍进行了探究，发现一些杂交不亲和的组合其结实率低，并非由花粉萌发和花粉管生长等受精前障碍所导致。因此，今后还可以结合石蜡切片技术探究花粉管进入胚珠后是否完成双受精以及后续进程的探究，从而进一步解析报春苣苔属植物杂交失败的原因，提高种质的利用效率。参考文献：1 李振宇,王印政.中国苦苣苔科植物 M.郑州:河南科学技术出版社,2005:171-260.LI Z Y,WANG Y Z.Plants of Gesneriaceae in ChinaM.Zhengzhou:Henan Science&Technology Press,2005:171-260.2 温放.广西苦苣苔科观赏植物资源调查与引种研究 D.北京:北京林业大学,2008.WEN F.Studies on investigation and introduction of wild ornamental resources of Gesneriaceae in GuangxiD.Beijing:Beijing Forestry University,2008.3 孔令普,彭火辉,陶秀花,等.江西苦苣苔科植物种质资源及园林应用 J.江西科学,2021,39(5):826-833.KONG L P,PENG H H,TAO X H,et al.Landscape application and germplasm resources of Gesneriaceae in Jiangxi provinceJ.Jiangxi Science,2021,39(5):826-833.4 谢欢,王中堂,李明玥,等.枣杂交后代果实性状遗传分析 J.经济林研究,2022,40(2):125-134.XIE H,WANG Z T,LI M Y,et al.Genetic analysis of fruit characters in hybrid progeny of Chinese jujubeJ.Non-wood Forest Research,2022,40(2):125-134.5 张钟,黄建,殷晓,等.冬枣 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