论文摘要
菘蓝（Isatis indigotica Fort.）是十字花科（Cruciferae）,菘蓝属（Isatis L.）植物,根俗称板蓝根,叶称大青叶,是我国重要药用作物及传统的大宗药材,用于治疗温毒、风热感冒、咽喉肿痛、流行性脑膜炎、流行性乙型脑炎、肺炎、腮腺炎等症。近年来研究发现板蓝根对“非典”、“禽流感”等疫情有很好的预防和治疗作用.由于板蓝根功效显著、低毒性,已经越来越受到人们的重视,市场需求量也逐年上升,在我国有着广泛的栽培。但是由于菘蓝是异花授粉作物,育种难度大,优良品种应用率较低,田间群体混杂严重,直接影响到板蓝根和大青叶药材产品的产量与品质。自交不亲和性广泛存在于大多数显花植物中,是防止近亲繁殖和促进杂交的一种自然遗传机制。据调查,在57种芸苔属植物中有50种表现出自交不亲和性。对于十字花科的甘蓝、大白菜的自交不亲和性有过很多研究报道,菘蓝作为十字花科的典型材料,目前对菘蓝的自交不亲和性的研究还是空白,为此,本文从菘蓝生殖生物学角度,对菘蓝有性生殖的基本特点进行研究,试图摸清菘蓝自交不亲和特性,并探讨克服菘蓝自交不亲和性的简单、有效的方法,为菘蓝自交不亲和系制种提供可行的途径,进而促进菘蓝杂优育种。菘蓝生殖系统研究表明,菘蓝花粉从赤道面观近长球形,极面观呈三裂圆形,具三条萌发沟,正常成熟的花粉其生活力可达95%以上,花粉在添加了3mg/L硼酸和20mg/L蔗糖的改良MS培养基的25℃恒温培养,花粉1h后开始萌发,5-7h达到萌发高峰,8h以后花粉萌发率可达85%以上;菘蓝单花粉数可达4 780,花粉和胚珠比值（P/O值）为9426—28280,符合异交植物特征;菘蓝蕾期和盛花期柱头田间可授性较强,末花期柱头可授性弱;菘蓝自然传粉结实率高,花期人工强制自交的结实率很低或不结实,其亲和指数变化范围在0.08-0.14,平均亲和指数在O.11,套袋自然自交的亲和指数变化范围在0.04-0.13,平均亲和指数在0.078,蕾期人工强制自交的亲和指数变化范围在0.71-0.92,平均亲和指数在0.827。结果表明菘蓝花期具有较强的自交不亲和特性,同时又具有蕾期自交亲和性较高的特性。为了探明菘蓝自交不亲和系的机理,进一步对菘蓝花粉在柱头的萌发行为进行了研究,结果表明,亲和的花粉落在柱头后,1h开始萌发,随后穿过柱头乳突细胞壁向下生长,42h左右完成受精作用;不亲和花粉在柱头上几乎不能萌发,2h左右柱头乳突细胞内开始沉积胼胝质,8h后形成胼胝质栓,阻碍花粉吸水萌发,即便有个别不亲和花粉能够萌发,花粉管也是盘旋在柱头表面不能进入柱头乳突细胞或者花粉管被产生的胼胝质抑制在柱头表面,不能继续向下生长。这种花粉在柱头表面被胼胝质抑制的现象符合孢子体自交不亲和系统特征,因此初步判定菘蓝是孢子体自交不亲和植物。荧光显微镜法适合胼胝质反应的鉴定,胼胝质在荧光光源下呈现颜色鲜亮的黄绿色;棉兰-乳酸-酚法常用于花粉管生长观测,但是染色时间的长短对实验结果影响较大;本文中改良的荧光显微镜法能够很好的适用于花粉管在柱头的生长观测,染色后的花粉管与柱头颜色对比度和色差较大,现象更明显,便于观察。解决菘蓝自交繁殖是选育菘蓝自交不亲和系的先决条件,同时也是自交不亲和系在育种中应用的必然保证。为此又进一步进行了菘蓝不亲和性的克服方法试验研究,研究表明,3%NACl+0.2%硼砂水溶液处理柱头后授粉,亲和指数可高达0.91,显微镜下观察发现其花粉在柱头上的发育状况十分接近于自然传粉的状况,而更高浓度的NaCl+硼砂水溶液会导致小花脱水死亡;7%的丙酮水溶液处理效果最好,亲和指数达到0.92,柱头会出现轻微的胼胝质反应,但没有影响到正常受精过程的完成,3%丙酮和5%丙酮水溶液处理后,亲和指数分别达到0.73和0.82,效果不及7%的丙酮水溶液显著;5%KH2PO4水溶液处理后,亲和指数达到0.69,柱头上花粉发育情况和结实情况也比较正常;1%硫酸铵水溶液处理后亲和指数较低,只有0.39,并且此溶液处理后的到的角果果荚干瘪,果荚呈现枯黄色,更高浓度的硫酸铵水溶液喷花后会导致整个花序枯萎、死亡;1000ppmGA3水溶液处理后亲和指数达到0.34,柱头上发育情况也未见异常,但结出的角果果荚比正常果荚更大更饱满,有的出现1个果荚内含有两枚种子;0.1%6-BA水溶液处理后亲和指数达到0.46;0.1%的丝氨酸、0.1%的植物凝集素、5%蜂蜜水溶液处理后亲和指数都低于0.15,接近于蒸馏水的对照组亲和指数0.12,效果较差。因此,3%NACl+0.2%硼砂水溶液和7%的丙酮水溶液克服菘蓝花期自交不亲和性效果最好,并且来源广泛、价格低廉、无毒无害,生产实践的可行性较强。人工剥蕾自交得到的F1代自交种的最佳发芽条件研究表明,菘蓝去除果荚的真种子浸种0h,25℃纸间培养。在这种最适发芽条件下,发芽率高达96%,发芽势高达94%,与分别使用TTC法和BTB法测得F1代自交种的种子生活力94%和93%的结果基本吻合。