Crosscompatibility of Interspecific Cross in Tobacco

2012·3.8 MB·

by  Tao Heng-

植 物 分 类 与 资 源 学 报 ,34 ( ):
摇 2012 5 459~465
Plant Diversity and Resources :
摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 DOI 10.3724/SP.J.1143.2012.12068
烟草种间杂交亲和性
*
姚 恒1, 郑昀晔1, 索文龙2, 马文广1**
摇
云南省烟草农业科学研究院 云南玉溪 玉溪中烟种子公司 云南玉溪
(1 , 摇 653100; 2 , 摇 653100)
摘要: 以野生烟草 Nicotiana alata N.rustica N.repanda N.stocktonnii 与栽培烟草 红花大金元
、 、 、 K326、 、
为材料 进行种间正反杂交 研究种间杂交亲和性 田间观察杂交后的坐果情况并统计坐
Yun87、 Yun97 , , 。
果率 采用显微荧光染色观察授粉后花粉管在雌蕊上的生长情况 并结合杂交后代萌发检测的方法 结果
, , 。
表明 N.rustica N.repanda N.stocktonnii 与栽培烟草杂交不亲和 N.rustica 花粉能够穿过 花柱
: 、 、 。 K326 ,
N.repanda和N.stocktonnii花粉在 柱头上很少萌发生长 N.alata花粉可以穿过 的花柱 并得到
K326 。 K326 ,
果实 但是萌发实验显示其种子无活力 N.alata作为母本与栽培烟草杂交不亲和
, 。 。
关键词: 烟草 烤烟 亲和性 杂交 显微荧光
; ; ; ;
中图分类号: 文献标识码: 文章编号:
Q943摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 A摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 2095-0845(2012)05-459-07
Cross鄄compatibility of Interspecific Cross in Tobacco
1 1 2 1**
YAO Heng , ZHENG Yun鄄Ye , SUO Wen鄄Long , MA Wen鄄Guang
YunnanAcademyofTobaccoAgriculturalScience
(1 ,Yuxi653100,China;
YuxiChinaTobaccoSeedCo. Ltd
2 , ,Yuxi653100,China)
Abastract Nicotianaalata N.rustica N.repanda N.stocktonnii
: Fourwildspeciesoftobacco( , , and ) andfourflue鄄
cured tobacco (K326, Hongda, Yun87, Yun97), were used as experimental materials in this research. The inter鄄
specific reciprocal crosses were carried out in order to study the compatibility. The seed setting percentage of cross
was counted in field, and then test seed germination. Pollen tube behaviors were observed via fluorescence micro鄄
N.rustica N.repanda N.stocktonnii
scope after pollination. Theresultsindicatedthat , and wereincompatibilitywith
N.rustica N.repanda
the flue鄄curedtobacco. Thepollenof passedthroughthepistilofK326,butthepollensof and
N.stocktonnii N.alata
were rarely growth on the pistil of K326. In spite of the pollen of passed through the pistil of
N.alata
K326, the hybrid tobaccoseedhadnovigorbytheseedgerminationtest. Thefemaleof wasincompatibility
with the flue鄄cured tobacco.
Key words
: Tobacco; Flue鄄cured tobacco; Compatibility; Cross; Fluorescent microscope
目前世界范围内最常规 最重要的育种方 很多观赏植物已开展了种间杂交研究
摇 、 (Yabuya
法仍然是杂交育种 但是 在杂交育种过程中往 和 杨利平等 杨志玲等
。 , Yamagata, 1978; , 1997; ,
往出现杂交不亲和 表现为授粉后花粉粒不能萌 朱根发等 李辛雷等 刘红
, 2004; , 2005; , 2008;
发 花粉管不能进入柱头 不能到达子房而完成 霞 刘思余等 蔡明等 王冲
、 、 , 2009; , 2010; , 2010;
受精以及杂种不育等 雎薇等 曹后男 等 并成功获得了种间杂交后代或培育
( , 1999; , , 2011),
马瑞娟等 因此克服杂交不亲和 出了新的品种 在我国烟草主要栽培种是普通
2004; , 2005)。 。
性是杂交育种基础研究中的一个热点 红花 烟草 Nicotiana tabacum 而用于
。 ( ) ( L.),
基金项目 中国烟草总公司云南省公司计划项目烟草柱头与花粉的亲和性及调控技术研究应用
* : (2011YN09)
通讯作者
** : Authorforcorrespondence;E鄄mail:mwg@tobacco鄄seed.com
收稿日期 接受发表
: 2012-05-07, 2012-06-18
作者简介 姚 恒 男 博士 主要从事烟草品种选育及种子科学方面研究
: 摇 (1976-) , , 。 E鄄mail:[email protected]
植 物 分 类 与 资 源 学 报 第 卷
摇460摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 34
杂交选育的则还包括 N.alata 花烟 N.repan鄄 粒种子 加盖 将种子置于光照培养箱内 下每天
( )、 , 。 , 25益
da 残波烟草 N. rustica 黄花烟 N. stock鄄 光照 发芽 发芽期间保持滤纸湿润 发芽结束
( )、 ( )、 12h , 。 14d
tonnii 斯托克通氏烟草 等烟草 国内野生烟 后 观察各杂交组合后种子的萌发情况
, 。
( ) 。
荧光检测杂交亲和性方法 取各种杂交组合授
与烤烟种间杂交实验进行的很少 主要集中在利 1.2.3摇 摇
, 粉后的花柱 纵切成 苯胺蓝
用体细胞杂交克服种间杂交障碍方面 陈名红 , 150滋m, (0.1% in0.1mol
( -1 染色 用合适的滤光片 荧光紫外镜检
等 但是体细胞杂交的作用要与常规育 ·L K3PO4) , , 。
, 2006),
种相结合才能发挥出来 孙玉合等 在
( , 1998)。 2摇 结果与分析
国外 有利用野生烟资源和普通烟草进行杂交而
, 2 1摇 N.rustica与栽培烟草杂交亲和性
选育出各种抗病烟草新品种的报道 等 .
(Valleau , N.rustica作为父本 栽培烟草作为母本杂交
、
1960; Chaplin, 1962; Palakarcheva, 1991)。 的结果如表 所示 N. rustica 与 的杂交后
利用荧光显微观察授粉后花粉萌发及花粉管 1 , K326
坐果率最高 其次是 与 和
伸长 李守丽等 王文和等 , Yun87, Hongda Yun97
( , 2006; , 2007; Jiang 的坐果率极低 将N.rustica作为母本 与栽培烟
等 和石蜡切片观察受精后胚胎发育过程 。 ,
, 2009) 草作为父本杂交结果显示 N.rustica 与 的
李小英等 的方法 能够直接观察种间 : Yun87
( , 2010) , 坐果率最高 其次与 和 杂交后的坐
杂交产生障碍的部位 而采用切割柱头 花粉蒙 , K326 Hongda
。 、 果率相差不大 但是与 的坐果率较低
导 植物激素处理柱头 胚培养等方法能够克 , Yun97 。
、 、
服某些品种的杂交不亲和 陈琼等 表1摇 N.rustica与栽培烟草杂交坐果率
( , 2007; Liu
和 栗艳龄等 等 Table1摇 Theseedsetofhybridizationbetween
Chen, 1999; , 2008; van Tuyl , N.rustica N.tabacum
但在烟草种间杂交研究中很少有类似的 and
2000)。 授粉花朵数 坐果数 坐果率
文献报道 萌芽
。 杂交组合
(裔伊意) No. of No. of Fruit
本研究对烟草属 个种间进行正反交 调查 Germi鄄
8 , Crosscombinations flowers fruits setting
nation
杂交坐果率 并利用荧光显微观察授粉后花粉在 pollinated obtained rate/%
, N.rustica
柱头上的萌发和花粉管伸长过程 判断烟草种间 伊K326 101 82 81.1 -
, N.rustica
伊MSK326 124 90 72.5 -
杂交亲和性 明确烟草种间正反交坐果情况 揭
N.rustica
。 , 伊Hongda 98 4 4 -
示了授粉后野生烟花粉在烤烟雌蕊上萌发与花粉 N.rustica
伊MS87 41 20 48.7 -
管伸长状况 N.rustica
伊Yun97 95 2 2.1 -
。
N.rustica
K326伊 103 64 62.1 -
N.rustica
1摇 材料与方法 Yun97伊 104 30 28.9 -
N.rustica
Hongda伊 99 59 59.6 -
1 1摇 材料 N.rustica
. Yun87伊 100 64 64.0 -
野生烟 N.alata N.rustica N.stocktonnii N.repan鄄
、 、 、
da 与烤烟 雄性不育 红大 收取各杂交组合后的种子 做室内萌发检
K326、 MSK326 ( K326)、 ,
云烟 云烟 验 萌发后的结果显示 N.rustica与栽培烟草杂
(Hongda)、 97 (Yun97)、 87 (Yun87)。 。 ,
1 2摇 方法 交后的种子绝大部分都不萌发
. 。
授粉方法 收集上述实验材料的花粉 在烟株 通过荧光染色观测的方法揭示 N. rustica 花
1.2.1摇 摇 ,
最佳授粉期 将各个野生烟与栽培烟草做正反交杂交授
, 粉在 柱头上萌发生长的情况 如图 所
粉 用棉签粘取花粉均匀涂抹于母本柱头上 每朵花授 K326 。 1
。 , 示 N.rustcia和 杂交后 N.rustcia在
粉 次 授粉后立即套袋 挂牌标记 每组杂交组合授 , K326 , K326
1 , , 。 柱头上大量萌发 图 并且随着时间的延
粉 朵花 次重复 授粉结束 天后统计母本烟株 ( 1: a),
100 , 3 。 7 长能够深入到花柱中部 图 但是当授粉
的坐果率 坐果率计算公式 ( 1: b);
。 : 后 截取靠近子房上方花柱的一部分 做
坐果率 结果数 授粉花数 48 h , ,
= / 伊100%。
种子发芽实验 待蒴果成熟后 分重复进行单 荧光染色观察 发现 N. rustica 花粉管不能伸长
1.2.2摇 摇 , ,
果采收 采收的蒴果经脱粒 筛选 复晒后装袋备用 到这个部位 图 这说明N.rustica和栽培
。 、 、 。 ( 1: c)。
在培养皿中垫 层湿润滤纸 每个培养皿均匀放置 烟草不亲和是由于N.rustica的花粉管在 的
2 , 100 K326
期 姚 恒等 烟草种间杂交亲和性
5 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 : 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇4摇61
图 N.rustica花粉管在 花柱中生长
1摇 K326
N.rustica花粉在靠近 烟草花柱上部的生长情况
a, K326 ;
N.rustica花粉在 烟草花柱中部的生长情况
b, K326 ;
N.rustica花粉在接近 烟草花柱下部的生长情况
c, K326 ;
花粉管 花粉粒
Pt, , Pg,
N.rustica
Fig.1摇 Thegrowthof pollenatstyleofK326
N.rustica
a,Thegrowthof pollenatupperstyleofK326;
N.rustica
b,Thegrowth polleninthemiddlestyleofK326;
N.rustica
c,Thegrowthof polleninthelowerstyleofK326.
Pt-pollen tubes; Pg-pollen grain. The bar represents1 mm,
allphotosareshownatthesamemagnification
摇
花柱中伸长受到了抑制 杂交的结果如表 所示 N.stocktonnii 与
。 3 , MSK326
2 2摇 N.alata与栽培烟草杂交亲和性 杂交后坐果率最高 其次是与 和
. , Yun87, Hongda
N.alata作为父本 栽培烟草作为母本杂交 杂交的坐果率极低 将 N. stocktonnii 作为
, Yun97 。
的结果如表 所示 N. alata 与各栽培烟草的杂 母本 栽培烟草作为父本杂交结果显示与
2 。 , Hongda
交坐果率都很高 显示 N. alata 与栽培烟草的杂 的坐果率最高 其次是与 和
, , K326, Yun97 Yun87
交亲和 但是将N. alata 作为母本 栽培烟草作 的杂交坐果率相差不大 如图 所示 在授粉
。 , 。 3 ,
为父本杂交结果恰恰相反 杂交后的 N. alata 花 后 N.stocktonnii 花粉在 柱头上绝大部
, 24h , K326
朵很快都脱落 不能结实 实验表明 N. alata 分不萌发 造成这种情况的原因可能有二个 其
, 。 , 。 ,
自交亲和结果率也很低 只在靠近烟茎下部结很 一是 柱头上的组成成分能够抑制N.stockton鄄
, K326
少的一部分种子 N. alata 盛开的花柱很长 比 nii花粉的萌发和生长 其二可能是 N.stocktonnii
。 , ;
栽培烟草的花柱长 这种生理特性可能 的花粉本身活力有缺陷 为了进一步验证是否由
3 ~5 cm, 。
是花粉管生长伸长到子房的一个障碍 于N.stocktonnii 本身花粉影响了与 的亲和
。 K326
荧光观察授粉 后 N. alata 花粉管在 性 我们做了花粉离体的萌发实验 如图 所示
12 h , , 。 4 ,
柱头上的生长情况如图 所示 N.alata 花 N.stocktonnii与 花粉同样在 硼酸和
K326 2 , K326 0.001%
粉管已经深入到 的花柱中 后代萌芽检验 的蔗糖萌发液中 生长情况有很大不同
K326 。 10% 12 h 。
发现 N.alata作为父本与栽培烟草杂交后的种 花粉绝大部分都能够萌发和生长 但是 N.
, K326 ,
子不能正常萌发 说明 N. alata 与栽培烟草的杂 stocktonnii 花粉萌发率很低 推测 N. stocktonnii
。 。
交亲和 但是后代致死 花粉的萌发和生长需要的外界条件更加苛刻 进
, 。 。
2 3摇 N.stocktonnii与栽培烟草杂交亲和性 一步通过将各杂交后收获的种子做萌发实验也证
.
N.stocktonnii作为父本 栽培烟草作为母本 实了各杂交后的种子都不能正常萌发
、 。
植 物 分 类 与 资 源 学 报 第 卷
摇462摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 34
表2摇 N.alata与栽培烟草杂交坐果率 表3摇 N.stocktonnii与栽培烟草杂交坐果率
Table2摇 Theseedsetofhybridizationbetween Table3摇 Theseedsetofhybridizationbetween
N.alata N.tabacum N.stocktonnii N.tabacum
and and
授粉花朵数 坐果数 坐果率 授粉花朵数 坐果数 坐果率
萌芽 萌芽
杂交组合 杂交组合
(裔伊意) No. of No. of Fruit (裔伊意) No. of No. of Fruit
Germi鄄 Germi鄄
Crosscombinations flowers fruits setting Crosscombinations flowers fruits setting
nation nation
pollinated obtained rate/% pollinated obtained rate/%
N.alata N.stocktonnii
伊K326 106 105 99.1 - 伊K326 119 65 54.6 -
N.alata N.stocktonnii
伊MSK326 125 118 94.4 - 伊MSK326 136 96 70.6 -
N.alata N.stocktonnii
伊Hongda 92 81 88.0 - 伊Hongda 61 3 4.9 -
N.alata N.stocktonnii
伊MS87 126 120 95.2 - 伊MS87 43 28 65.1 -
N.alata N.stocktonnii
伊Yun97 131 123 93.9 - 伊Yun97 58 2 3.4 -
N.alata N.stocktonnii
K326伊 105 0 0 - K326伊 114 88 77.2 -
N.alata N.stocktonnii
Yun97伊 107 0 0 - Yun97伊 91 52 57.1 -
N.alata N.stocktonnii
Hongda伊 114 0 0 - Hongda伊 101 88 87.1 -
N.alata N.stocktonnii
Yun87伊 111 0 0 - Yun87伊 101 61 60.4 -
图 N.alata花粉管在 花柱中生长 图 N.stocktonnii花粉管在 柱头上生长
2摇 K326 3摇 K326
N.alata N.stocktonnii
Fig.2摇 Thegrowthof pollenatstyleofK326 Fig.3摇 Thegrowthof pollenatpistilofK326
Pt-pollentubes;Pg-pollengrain Pt-pollentubes;Pg-pollengrain
图 N.stocktonnii花粉与 花粉离体活力对比 N.stocktonnii花粉 花粉
4摇 K326 摇 a. ; b. K326
N.stocktonnii invitro
Fig.4摇 TheComparativepollengerminationbetween andK326
N.stocktonnii
a. pollenof ;b. pollenofK326; Pt-pollentubes;Pg-pollengrain
期 姚 恒等 烟草种间杂交亲和性
5 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 : 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇4摇63
2 4摇 N.repanda与栽培烟草杂交亲和性 表4摇 N.repanda与栽培烟草杂交坐果率
.
N.repanda作为父本 栽培烟草作为母本杂 Table4摇 Theseedsetofhybridizationbetween
、
N.repanda N.tabacum
交的结果如表 所示 N. repanda 与 杂 and
4 , MSK326
授粉花朵数 坐果数 坐果率
交后坐果率最高 其次是与 和 萌芽
, Yun87, Hongda 杂交组合
(裔伊意) No. of No. of Fruit
的杂交坐果率极低 将 N. repanda 作为母 Germi鄄
Yun97 。 Crosscombinations flowers fruits setting
nation
本 栽培烟草作为父本杂交结果显示与 的 pollinated obtained rate/%
, Yun97
N.repanda
坐果率最高 其次是与 和 的 伊K326 124 82 66.1 -
, K326, Hongda Yun87
N.repanda
杂交不亲和 图 表明 在授粉 后 N.repan鄄 伊MSK326 178 153 86.0 -
。 5 , 12 h , N.repanda
da花粉在 柱头上绝大部分不萌发 N.repan鄄 伊Hongda 140 7 5 -
K326 。 N.repanda
da是否和N.stocktonnii 杂交亲和性相类似 需进 伊MS87 135 45 33.3 -
? N.repanda
一步做花粉离体的萌发实验 图 显示 N.repanda 伊Yun97 51 7 13.7 -
。 6 , N.repanda
花粉在 硼酸和 的蔗糖萌发液中 K326伊 89 13 14.6 -
0.001% 10% 12 h N.repanda
后 花粉绝大部分都能够萌发和生长 Yun97伊 62 12 19.4 -
, 。 N.repanda
通过将各杂交后收获的种子做萌发实验发 Hongda伊 87 8 9.2 -
N.repanda
现 各杂交后的种子都不能正常的萌发 Yun87伊 27 0 0.0 -
, 。
图 N.repanda花粉在 柱头上生长 图 N.repanda花粉离体萌发
5摇 K326 6摇
N.repanda N.repanda invitro
Fig.5摇 Thegrowthof pollenatpistilofK326 Fig.6摇 The pollengermination
Pt-pollentubes;Pg-pollengrain Pt-pollentubes;Pg-pollengrain
3摇 讨论 进一步花粉离体萌发情况发现 N. repanda 花粉
,
烟草属间杂交不亲和有差异 例如 N. rustica 能够大量的萌发 它提示 的柱头上可能有
。 , K326
和 杂交与N.stocktonnii 与 杂交不亲和 阻碍N.repanda花粉萌发的因子
K326 K326 。
就有差异 N. rustica 和栽培烟草 不亲和是 野生烟草与栽培烟草杂交后 可通过观察结
。 K326 ,
由于花粉管在 的花柱中伸长受到了抑制 果率和种子萌发情况鉴定是否亲和 但是这种方
K326 ; ,
而N.stocktonnii花粉在 柱头上萌发率很低 法有几个显著的缺点 首先 该方法耗时较长
K326 , 。 , ,
离体萌发实验证明 N. stocktonnii 的花粉自身萌发 从杂交授粉后到种子收获 这个过程大约需要
, 1
率就很低 提示 N. stocktonnii 花粉的萌发和生长 个月的时间 其次 一旦发生杂交不结实的情
, ; ,
需要外界更加苛刻的条件 当然也不能排除作为 况 此方法不能够提供杂交不亲和发生阻碍的部
。 ,
母本的 的柱头对 N. stocktonnii 花粉也会有 位 再次 这种方法有时难以鉴定杂交是否亲
K326 ; ,
抑制作用 通过荧光图片图 可知 授粉 和 例如Hongda 和 N. rustica 杂交
; 5 , 12 h 。 (裔) (意)
后 N.repanda 的花粉不能在 柱头上萌发 授粉后 大量的杂交果实并不掉落 子房还会膨
, K326 , , ,
植 物 分 类 与 资 源 学 报 第 卷
摇464摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 34
大 坚实 出现大量结果的现象 杂交种子收获 Nicotiana
、 , 。 Chaplin JE,1962. Transfer of black shank resistance from
后 做种子萌发实验 个别种子还能够萌发生长 plumbaginifoliato flue鄄cured N.tabacum tobacco [J]. Tobacco
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