蕙兰、墨兰种间杂交种子的胚胎发育特性对其非共生萌发的影响机制

Chinese orchids are traditional famous flowers all over the world. Carrying out the cross-breeding is the most important way to promote the germplasm innovation of Chinese orchids. However, the low germination ratio of the hybrid seeds, especially the distant hybrid seeds, restrict the breeding progress of Chinese orchids directly. Therefore, following researches will be carried out by the techniques of cytology, histochemistry, fluorescence and electron microscopy using the materials of Cymbidium faberi Rolfe and C. sinense (Jackson ex Andr.) Willd.: (1) Viability test and cell structure characteristics of the mature hybrid seeds; (2) Ultrastructural change of the embryo cells, integument cells and suspensor cells during the development of the hybrid seeds; (3) Dynamic accumulation of the proteins and total carbohydrates in the embryo cells and suspensor cells, as well as the cuticle detecting in the integument cells; (4) Asymbiotic germination of the hybrid seeds harvested in different developing stages. The objective is to reveal the embryological mechanisms affecting the asybiotic germination of the inter-specific hybrid seeds between Cymbidium faberi Rolfe and C. sinense (Jackson ex Andr.) Willd. through the above researches, provide the theoretical supports to establish the highly efficient germination system for distant hybrid seeds, and then promote the germplasm innovation of Chinese orchids.

中国兰为中国及世界传统名花，开展国兰杂交育种工作有助于推进国兰种质资源创新，然而，国兰杂交种子尤其是远缘杂交种子萌发困难直接制约了国兰的育种进展。故本项目以蕙兰、墨兰2 个种为实验材料，借助细胞学、组织化学以及荧光、电子显微等技术手段开展以下研究内容：（1）成熟杂交种子活力检测以及细胞结构特征观察；（2）杂交种子发育过程中胚胎细胞、珠被细胞及胚柄细胞的超微结构变化特征；（3）胚胎细胞、胚柄细胞中的蛋白、碳水化合物等营养成分在不同发育阶段的动态变化特点以及珠被细胞的角质化过程；（4）不同发育阶段杂交种子的非共生萌发。通过以上研究， 揭示蕙兰、墨兰杂交种子的胚胎发育特性对其非共生萌发的影响机制，以期为建立蕙兰、墨兰远缘杂交种子的高效萌发体系提供理论支持，进而促进国兰种质资源创新。

中国兰是世界传统名花，积极有效的开展国兰常规育种，推进国兰种质资源创新工作迫在眉睫。国兰远缘杂交种子离体萌发需时长，萌发率低，开展种子发育特性以及萌发机理研究尤为必要。项目以蕙兰、墨兰为实验材料，重点开展以下研究：（1）明确蕙兰和墨兰远缘杂交的特点，研究胚胎细胞、珠被细胞以及胚柄细胞的结构变化特征；（2）研究胚胎细胞、胚柄细胞内营养物质的动态积累以及珠被细胞的角质化过程；（3）结合杂交种子的离体萌发规律，揭示胚胎发育特性与种子萌发的关系。结果表明：（1）蕙兰‘解佩梅’与墨兰‘企剑黑墨’的杂交表现在3年内差异不明显， ‘解佩梅’ב企剑黑墨’杂交结果率较高，而反交结果率较低，只有50%的杂交可完成授粉受精；（2）杂交种子发育大致经历合子、2-4细胞胚、原胚、早期球形胚、球形胚、晚期球形胚和成熟胚7个阶段，‘企剑黑墨’× ‘解佩梅’杂交胚胎发育时间较长。胚胎败育多发生在合子和2-4细胞胚阶段，‘解佩梅’× ‘企剑黑墨’败育率相对较低，可观察到26.1%的败育，反交败育率相对较高，可观察到41.5%的败育；（3）杂交种子后期胚胎发育可分为早期球形胚、球形胚、晚期球形胚、成熟胚4个阶段，‘解佩梅’ב企剑黑墨’杂交种子经历4个阶段的时间分别为90、110、130和160DAP，而反交则分别为90、130、170和210DAP。成熟胚阶段外种皮和内种皮完全角质化，胚柄细胞全部降解，丝状结构消失等可能会导致种子发生休眠；（4）150 DAP为‘解佩梅’ב企剑黑墨’杂交种子最佳采收阶段，萌发率可达17%；反交种子最佳采收阶段则为180 DAP，萌发率最高可达23%。此阶段刚好处于晚期球形胚到成熟胚的过渡阶段，细胞内营养物质丰富，胚柄细胞尚未完全降解，连接着种皮与胚胎，而且外种皮和内种皮尚未完全角质化，给种子萌发留有一定的空间。项目的开展为建立蕙兰、墨兰杂交种子的高效萌发体系提供了理论支持，同时为采取有效措施适时采收杂交种子、缩短国兰育种周期促进国兰种质资源创新提供了参考。