果树自交不亲和性

果树的自交不亲和性摘要：本文介绍了果树果树自交不亲和性的概念，果树自交不亲和性的分类，自交不亲和性的鉴定方法，目蔷薇科果树的配子体自交不亲和性，果树自交不亲和性的克服与利用以及对果树自交不亲和性未来的展望。

关键字：自交不亲和性；配子体自交不亲和性；果树自交不亲和性(self- incompatibility, 简称SI)也叫自交不育性, 原始定义：雌雄二性的配子都有正常的受精能力，在不同基因型之间授粉能正常结子，但花期自交不能结子或结子率极低的现象。

现代定义：能产生具有正常功能且同期成熟的雌雄配子的雌雄同株植物，在自花授粉或相同基因型异花授粉时不能受精的现象。

这种不亲和性是植物在其长期进化过程中形成的有利于异花授粉的一种生殖隔离。

自交不亲和性是植物防止近亲繁殖和保持物种连续性的一种重要机制，在植物界普遍存在。

据查已在 74 个科的被子植物中发现了自交不亲和性，特别是在十字花科（Crucifer-ae）、茄科（Soianaceae）、蔷薇科（ osaceae）、罂粟科（Papaveraceae）、石蒜科（Amaryiiidaceae）等植物上尤为普遍；在裸子植物及蕨类植物中也存在自交不亲和性。

在果树中具有自交不亲和性的种类主要有苹果（Malus）、梨（Pyrus）、甜樱桃（Cerasus）、杏（Armeniaca）、李（Prunus）、果梅（Armeniaca）、沙田柚（Citrus）和枣（Zizyphus）等。

这些果树均属于配子体型自交不亲和性类型，并已明确了其自交不亲和性是由一个基因位点的复等位基因（seif-incompati-biiity aiieie，简称 S-aiieie 或 S-gene）所控制，在自花授粉时受精过程受阻。

但具有自交不亲和性的植物，其自交不亲和的表现则应植物种类而异，主要有以下几种表现：第一，花粉在柱头上不能正常萌发。

第二，花粉萌发后花粉管不能穿透柱头。

第三，花粉管穿透柱头后，不能在花柱中延伸而到达胚囊。

第四，花粉管到达胚囊后，精细胞与卵细胞不能结合。

栽培具有自花授粉不结实性的果树时，必须配置授粉树或进行人工辅助授粉，才能获得应有的产量和果实品质。

但是由于人们对品种的 S 基因型不了解，使在选配品种时具有较大的盲目性，因此如何快速鉴定果树品种的S基因型是一项重要的工作。

由于自交不亲和是植物生命过程中一种重要的生殖现象，尤其在果树生长发育过程中表现的更为突出。

因此，加深对果树自交不亲和性的研究不仅有助于更好地了解这一生殖现象，还可以为果树育种和生产提供可靠的理论依据。

本文对上述内容进行了系统的综述。

1自交不亲和性的分类自交不亲和性广泛存在于显花植物中，而且不同科的植物，其自交不亲和性的遗传机制及细胞学机制均有很大差异。

同时，关于自交不亲和性的分类方法业已形成了多个系统。

目前人们比较普遍采纳的是形态学和遗传学的分类方法，将自交不亲和性分为异形性不亲和性（heteromorphic SI）及同形性不亲和性（homomorphic SI）两大类。

1.1异形自交不亲和性：同种植物其花器的形态不止一种，即与花器的形态差异有关的不亲和性称为异形自交不亲和性（hetermorphic self-incompatibility）。

异形不亲和中，根据花器类型的多少又分为二型和三型两类。

1.2同形自交不亲和性：同种植物其花器的形态相同，这类植物的自交不亲和性称为同形自交不亲和性（homomorphic self-incompatibility）。

同形性不亲和中，根据自交不亲和性的遗传机制，可分为配子体型、孢子体型和配子体-孢子体型三类，并根据自交不亲和性所涉及的基因座数再分为单基因系统、二基因系统、多基因系统等。

同形自交不亲和性已至少在71个科的250个属中发现，但细胞学、遗传学、生理学等方面的详细研究仅在茄科、百合科、十字花科、菊科及禾本科中为数不多的种中进行，其中对烟草、矮牵牛、芸薹、萝卜等属的研究较为深入。

在同形自交不亲和性的植物中，不同植株的花器没有形态学的差异。

但根据决定花粉亲和性反应的遗传学机制，同形不亲和性可以分为配子体、孢子体和孢子体-配子体三大系统，其中配子体系统和孢子体系统占绝对优势。

在配子体和孢子体两大不亲和系统中，绝大多数是由单个基因位点上的S复等位基因控制的，极少数是由两个或多个基因位点上的复等位基因共同控制。

1.2.1配子体不亲和性：配子体不亲和性（gametophytic incompatibility）即花粉在柱头上发芽后可侵入柱头，并能在花柱组织中延伸一段，此后就受到抑制。

花粉管与雌性因素的抑制关系发生在单倍体配子体（即卵细胞与精细胞）之间。

这种抑制关系的发生可以在花柱组织内，也可以在花粉管与胚囊组织之间；有的甚至是花粉管释放的精子已达胚囊内，但仍不能与卵细胞结合。

常见于豆科、茄科和禾本科的一些植物，还有蔷薇科的许多重要的果树树种上如苹果、甜樱桃、扁桃、杏等均属于配子体自交不亲和性果树。

烟草、三叶草、马铃薯等植物的自交不亲和性都是由单个基因位点S控制的配子体不亲和系统；禾本科植物中广泛分布着二基因不亲和系统；而藜科、毛茛科等植物中存在由三个或四个基因位点控制的自交不亲和系统。

在配子体不亲和系统中作用时期：S基因在减数分裂完成后起作用，因而两个小孢子具有一个等位基因的产物，而另外两个小孢子有另一个等位基因的产二型 报春花科、荞麦 异形性 三型 千屈菜科 单基因座 茄科、豆科 双基因座禾本科 配子体 多基因座毛茛科 单基因座 十字花科、菊科 孢子体 双基因座十字花科芝麻菜自交不亲和性 同形性 配子体-孢子体梧桐科可可图 植物自交不亲和性的分类及代表性植物 物。

在配子体不亲和系统中，共生细胞质中不存在特异物质，特异物质是在小孢子内形成的。

因此，这类植物的花粉可以萌发并进入花柱，但当花粉中的特异物质与花柱中的相应物质由于扩散而发生反应时，花粉管的生长就会停止。

1.2.2孢子体不亲和性：孢子体自交不亲和性（sporophytic incompatibility ）是指花粉落在柱头上不能正常发芽，或发芽后在柱头乳突细胞上缠绕而无法侵入柱头。

由于这种不亲和关系发生在花粉管与柱头乳突细胞的孢子体之间，花粉的行为决定于二倍体亲本的基因型，因而称为孢子体型自交不亲和性。

孢子体自交不亲和性多见于十字花科和菊科植物。

早在1912年Correns 就指出，Cardamine partensis 花粉的不亲和性是由孢子体控制，但直到20世纪50年代人们在菊科、十字花科中才全面解释了这种自交不亲和性的遗传机制。

孢子体自交不亲和性的植物，多数是由单基因控制，但在野生萝卜（Raphanus raphanistrum ）、向日葵（菊科）中发现其自交不亲和性由两个独立基因位点控制，十字花科芝麻菜（Eruca sativa ）的自交不亲和性由四个基因位点所控制。

在孢子体不亲和系统中，自交不亲和基因的作用时期：S 基因是在减数分裂尚未完成的性母细胞中起作用，因而减数分裂形成的4个小孢子均含有两个等位基因的产物。

在这种系统中，花粉壁尚未形成之前其共同细胞质中即含有不亲和性特异物质。

因此，当花粉粒与不亲和的柱头一接触，便由这些物质引起不亲和性反应。

2自交不亲和性的鉴定方法2.1田间授粉试验应用田间授粉试验来鉴定果树品种的 S 基因型是依据配子体型自交不亲和性果树具有相同 S基因型品种间交配不亲和性和偏父不亲和性的原理而总结出的，也就是说，对于各品种的 S 基因型可依据田间品种间杂交及回交授粉结实率来确定。

具体有三种情况：（l）任意两个品种间相互授粉不亲和时，两品种具有2个相同的S基因型（图 l-A）；（2）任意两个品种相互授粉亲和，但其后代有半数群体与父本回交不亲和（偏父不亲和性）时，两品种间必然有一个S基因型相同。

如独逸（S1S2）X长十郎（S2S3）为杂交亲和，其后代的第l群体S基因型为S1S3，第2群体S基因型为S2S3，其与父本具有完全相同的S基因型，因而回交不亲和，即有半数的群体与父本回交不亲和（图 l-B）；（3）任意两个品种间杂交，Fl代与父本回交均能亲和时，两品种间没有共同的S基因型（图 l-C）。

根据以上原理，对于未知S基因型的品种与已知 S 基因型的品种进行杂交，若两品种杂交不亲和，则两品种的S基因型相同；杂交亲和时，进一步用其后代与父本回交，若仅有半数的群体回交亲和，则两品种间必有l个S基因型相同；若其后代与父本回交均表现出亲和性，则两品种没有相同的S基因型，这样就能弄清一些品种的S基因型。

一些学者应用该原理进行了大规模的授粉试验，确定了l0多个梨品种的S基因型。

这种鉴定方法因具有直观和易操作等优点。

但其不足之处也很明显，首先是其田间人工授粉工作量大，其次是鉴定周期长、效率低。

2.2授粉花柱离体培养依据配子体型自交不亲和性果树授粉后，自花或相同S基因型异花花粉是在花柱中被抑制而停止生长的特性，通过观测花柱内花粉管生长情况及花粉管是否能达到花柱基部的方法，可以确定品种的S基因型。

张绍玲等曾应用花柱离体培养法（in Litroassay）将不同品种花授粉后切取花柱，在室内25C恒温条件下培养48 h后，观测是否能从花柱基部切口处长出花粉管的情况，鉴定出了几个梨品种的S基因型。

这种鉴定方法具有省工、高效等优点，但要求一定的实验条件和实验操作技能。

2.3花柱S糖蛋白电泳分析法属于配子体型自交不亲和性的蔷薇科果树，其自交不亲和性基因（S 基因）是在雌蕊花柱表达，其产物是具有核糖核酸酶活性的糖蛋白（通常称为S糖蛋白），因此，通过鉴定各品种S基因产物--S糖蛋白，就有可能鉴定出S基因型。

张绍玲（2003）大蕾期花柱中的可溶性蛋白质，然后进行等电聚焦电泳（IEF-PAGE）分离后，用银染色图中各蛋白质的显色带来确定是否有S基因所表达的特异性蛋白。

通过鉴定各品种花柱S基因所对应的S糖蛋白就能够确定该品种的S基因型。

花柱S糖蛋白电泳分析是鉴定S基因型的一种快捷、可靠的方法，由于其操作过程较复杂，特别是IEF-PAGE电泳的操作技术要求较高。

2.4 S基因特异性 PCR 分析近年来，苹果、梨等果树的一些自交不亲和基因（S基因）的核苷酸序列已经明确，根据S基因中的保守序列设计引物，对基因组DNA进行PCR扩增用S 基因特异性的限制性内切酶消化扩增片段。

由于S基因高变区和内含子序列具有S特异性，因此酶切片段就具有了长度多态性，对这些酶切片段进行电泳，对照已知S基因酶切片段大小（bp），就可以确定未知品种的S基因型。

S基因特异性 PCR分析具有测定速度快，实验材料取样简便，一般仅用少量幼嫩叶片而不必用成熟花柱作为试材等优点，因此，此方法已被广泛应用于果树品种S基因型鉴定。