君子蘭自交不親和性及自交不親和機理

高巍+馬艷麗+尹立輝

摘要：以大花君子蘭為材料，研究君子蘭的自交不親和性及作用機理。采用套袋自交法測定君子蘭自交親和指數；采用熒光顯微鏡觀察法研究自交不親和機理。結果表明：君子蘭同花自交親和指數0.29，同株自交親和指數 3.43，種內自交親和指數10.15。由此總結出君子蘭同花自交和同株自交具有自交不親和性，胼胝質主要出現在花粉管中，屬配子體不親和性。

關鍵詞：君子蘭；親和指數；胼胝質；自交不親和性

中圖分類號： S334.2+3；S682.1+30.3 文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2016）11-0207-02

自交不親和性（SI）指某一植物的雌雄兩性機能正常，但不能進行自花受精或同一品系內異株花粉受精的現象[1-2]。自交不親和性在高等植物中普遍存在[3]，是一種有利于異花授粉的生殖隔離[4]。

君子蘭（Clivia miniata）為石蒜科（Amaryllidaceae）君子蘭屬（Clivia Lindl.）多年生草本植物。君子蘭全株可入藥，并且具有較高的觀賞價值[5]。研究君子蘭自交不親和性對其生殖生物學研究和雜種優勢利用意義重大。

1 材料與方法

1.1 材料

供試材料為大花君子蘭勝利雜交品種，栽培于吉林農業大學藥用植物苗圃溫室中，正常栽培管理。田間試驗在吉林農業大學溫室中進行，室內試驗在吉林農業大學中藥材學院育種實驗室進行。

1.2 方法

1.2.1 親和指數測定 選取9株健壯君子蘭植株，分為3組。從含蕾期后期開始，用硫酸紙袋將君子蘭花朵單獨套袋。待花朵開放時，于09：00—10：00輕輕打開硫酸紙袋，對其進行授粉，授粉2 d后去掉硫酸紙袋，觀察坐果情況。A組為同花自交授粉、B組為同株異花授粉、C組為異株授粉，試驗重復3次。相關公式：

坐果率=坐果花朵數/授粉花朵數×100%；

親和指數=結籽數/自交花數。

1.2.2 自交不親和機制研究 于每天10：00取樣，分別取不同自交組合授粉后4 h的君子蘭雌蕊、花柱連同子房固定于乙醇（FAA）固定溶液福爾馬林-乙醇中。每個處理取3朵花，重復3次。

觀察前將柱頭從固定液中取出，依次通過70%、50%、10%乙醇梯度復水，然后置于1 mol/L氫氧化鈉（NaOH）溶液中，于60 ℃水浴軟化90 min，蒸餾水沖洗3次，再用 0.1 mol/L 磷酸鉀（K3PO4）配制的0.1%苯胺藍溶液染色 24 h，用100%甘油壓片，在OlympusIX71倒置型熒光顯微鏡下觀察柱頭上的花粉萌發及花粉管生長情況，并拍照[6-7]。

1.3 數據處理及分析

研究數據均為試驗樣品的平均值，應用DPS軟件對參數的平均值進行方差分析，以評價本試驗中處理的差異顯著性。

2 結果與分析

2.1 君子蘭自交親和指數

植物在種子繁殖時果實雖然能夠膨大，可以坐果，但不一定生成可育種子（圖1）。君子蘭授粉花數量和結種數見表1，可見同花自交授粉坐果18個，包括空癟果實6個。君子蘭空癟果顏色同樣變為紅色，內部可見敗育胚珠（圖1-D）。同花自交授粉法長成果實12個，共結種子16粒，每果結種子1～2粒，親和指數為0.29。同株異花授粉親和指數有3.43，授粉花數52朵，坐果32個，空癟果實2個，結種數182粒，單果結種子6粒左右。同品種（系）授粉結實率100%，單果包含種子10～11粒，親和指數達到10.15（表1）。王曉佳等采用親和指數判定菘藍自交不親和性，以0<自交親和指數<0.5作為強自交不親和判定依據[8]。本研究中同株同花自交、同株異花授粉親和指數顯著低于異株授粉，可見君子蘭同花授粉和同株授粉具有自交不親和性。

2.2 君子蘭自交不親和性機制

用熒光顯微技術觀察柱頭熒光現象已成為細胞生物學的一個非常重要而有效的研究手段。萌發的花粉管進入柱頭后從花柱穿過，最終到達胚囊釋放精細胞，精、卵細胞相互識別并且融合，完成受精過程[9]。自交不親和表現為這一過程中的某個環節出現抑制障礙，受精過程不能順利完成。

君子蘭花粉黏住柱頭，花粉開始萌發，柱頭蛋白質與花粉蛋白質相互識別，2 h后花粉萌發[10]。同株同花授粉4 h（圖2-A）花粉管開始萌發，柱頭上出現胼胝質，導致部分花粉管在柱頭上盤繞，不能進入柱頭中；同株異花授粉4h柱頭上出現胼胝質（圖2-B），花粉管中出現不均勻胼胝質（圖2-C、圖2-D），使花粉管向花絲底部生長受阻；異株授粉4 h花粉在柱頭順利萌發，花粉管呈束狀在花柱道內下行（圖2-E、圖2-F）。

王沖等研究君子蘭中間雜交時可見胼胝質出現在柱頭乳突細胞和花柱通道[11]。李守麗等研究百合遠緣雜交時，在柱頭乳突細胞和花柱通道發現胼胝質，可見胼胝質是阻礙植物受精的屏障[12-13]。已有研究表明，配子體不親和，花粉管在花柱中被抑制[14-16]，本研究中君子蘭花粉管被抑制的部位在雌蕊的花柱，胼胝質大量出現在花柱中，柱頭上也有少數可見。

3 結論

君子蘭同花自交授粉、同株自交授粉過程中，胼胝質大量出現在花粉管中，花粉管在花柱中生長中途停頓；同時也可見少量胼胝質出現在柱頭表面，導致花粉管纏繞和不能正常發育的現象。君子蘭自花不親和現象發生在同花自交和同株自交上，屬配子型自交不親和。已有研究表明，S等位基因控制植物自交不親和性，關于君子蘭自交不親和性的基因研究有待進一步開展。

參考文獻：

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