刺槐屬雜交親和性及果實(shí)特性研究

喬玉玲 ，荀守華 ，毛秀紅 ，宋玉民 ，孫百友 ，張?jiān)獛?，董元夫

(1.山東省林業(yè)科學(xué)研究院，山東 濟(jì)南 250014；2.費(fèi)縣國(guó)有大青山林場(chǎng)，山東 費(fèi)縣 273400)

刺槐(Robinia pseudoacacia L.)為蝶形花科刺槐屬落葉喬木。目前，我國(guó)刺槐育種主要是以?xún)?yōu)良無(wú)性系選擇育種為主，如果能夠采用控制授粉實(shí)現(xiàn)刺槐雜交育種，必將提高刺槐改良程度，對(duì)改良刺槐的遺傳品質(zhì),提高刺槐林分生產(chǎn)力具有顯著效益。

刺槐由于特殊的蝶形花結(jié)構(gòu)，雌、雄蕊被花瓣包裹，花粉成熟散出和柱頭最佳可授粉期都是在花瓣未完全張開(kāi)時(shí)就已完成這種閉花自交授粉，從而降低植物結(jié)實(shí)率。所以自然結(jié)實(shí)率較低，平均30%左右[1]。刺槐花開(kāi)放時(shí)從外觀看不到花藥和柱頭，需借助工具撥開(kāi)花瓣才能露出雄蕊和雌蕊，這給雜交育種人工授粉帶來(lái)很大難度，進(jìn)而影響到雜交的親和性。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者在刺槐雜交育種方面的研究取得了一些進(jìn)展。田志和等[2]選擇9棵植株開(kāi)展人工控制授粉試驗(yàn)，結(jié)果顯示，同花序自交成果率為3.94%，自由異交成果率為0.44%，自由自交成果率為0，強(qiáng)迫異交成果率為1.82%。孫鵬等[3]研究了刺槐開(kāi)花傳粉及交配方式，認(rèn)為刺槐是以異交為主、部分自交親和的交配方式，并試驗(yàn)刺槐去雄人工授粉雜交結(jié)果率為3.56%。袁存權(quán)[4]對(duì)刺槐有性生殖過(guò)程及交配系統(tǒng)進(jìn)行了深入系統(tǒng)研究，得出刺槐的繁育系統(tǒng)屬于以異交為主的混合交配系統(tǒng)。戴麗等［5］研究了刺槐屬不同種質(zhì)之間雜交授粉可配性，結(jié)果是刺槐做母本與紅花刺槐、金葉刺槐和四倍體刺槐雜交都可獲得可育種子并萌發(fā)成苗，紅花刺槐等分別做母本時(shí)都沒(méi)有得到種子。但關(guān)于刺槐交配親和性和結(jié)實(shí)性的系統(tǒng)研究迄今未有深入系統(tǒng)的研究報(bào)道，有必要系統(tǒng)探討優(yōu)良無(wú)性系交配親和性,為刺槐育種和種質(zhì)資源的充分利用提供實(shí)用的資料。我們項(xiàng)目組自2013年以來(lái)，荀守華等［6］對(duì)20個(gè)刺槐無(wú)性系的生殖特性及雜交親本選配進(jìn)行了研究，姜麗娜等［7］研究了多花刺槐花粉與柱頭形態(tài)及授粉親和性，本文以多花刺槐和刺槐優(yōu)良無(wú)性系為試驗(yàn)材料，研究刺槐種間及種內(nèi)、不同花粉在同一雌性品種上以及相同花粉在不同雌性品種上授粉后的結(jié)實(shí)率、親和指數(shù)及種子形態(tài)特征的差異,進(jìn)行綜合判定刺槐種間、種內(nèi)的雜交親和性，從另外一個(gè)方面為刺槐雜交育種親本的選擇以及雜交組合的選配提供重要的科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)于2013—2015年在山東省費(fèi)縣大青山林場(chǎng)（國(guó)家刺槐良種基地）刺槐優(yōu)良無(wú)性系嫁接繁殖的種子園進(jìn)行，樹(shù)齡6年生，6株小區(qū)，單行排列。供試材料為1985年山東省林業(yè)科學(xué)研究院選育鑒定的優(yōu)良無(wú)性系魯刺 1、2、7、9、10、13、42、68 共計(jì) 8個(gè)，山東省選出的優(yōu)樹(shù)無(wú)性系魯刺57、152、133、186、229等5個(gè)，山西省的優(yōu)樹(shù)無(wú)性系晉刺4，河南省的優(yōu)樹(shù)無(wú)性系民權(quán)2，遼寧省林業(yè)科學(xué)研究院選育鑒定的優(yōu)良無(wú)性系興刺1、興刺15及優(yōu)樹(shù)無(wú)性系興刺22、25、46，墨西哥刺槐的變種多花刺槐共計(jì)21個(gè)。

1.2 花粉采集及活力測(cè)定

刺槐多在4月底5月初開(kāi)花?；ò瓿趿褧r(shí)，摘取花序，取出小花內(nèi)的花藥，用硫酸紙包好放在生石灰中干燥24h,輕輕碾壓花藥使其破裂散粉，花粉經(jīng)凈化、干燥后，放在玻璃小瓶中低溫（0～4℃）貯藏備用。

花粉活力測(cè)定采用離體培養(yǎng)萌發(fā)法[8]，液態(tài)培養(yǎng)基配方是以蒸餾水為溶劑，其成分含有150g/L的蔗糖和0.1g/L的硼酸。將配好的滅菌培養(yǎng)液趁熱用取樣器滴一滴于載玻片凹槽中央，使其慢慢擴(kuò)散成一略帶弧度的平面且基本完全鋪滿凹槽，將花粉均勻撒在培養(yǎng)基上，然后將載玻片放入有濕潤(rùn)濾紙的培養(yǎng)皿內(nèi)，并置于25℃的恒溫光照培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。用高倍光學(xué)顯微鏡（尼康 50I）分別于培養(yǎng) 2、4、6、8、14、24h時(shí)進(jìn)行花粉萌發(fā)情況觀察。每個(gè)處理重復(fù)3次，每次隨機(jī)取3個(gè)視野進(jìn)行觀察。，統(tǒng)計(jì)花粉萌發(fā)率以反映有活力的花粉所占比例。花粉萌發(fā)率(%)=(萌發(fā)花粉數(shù)/總花粉數(shù))×100%。

表1 刺槐不同花粉平均萌發(fā)率/%

1.3 授粉組合及方法

刺槐種間雜交選擇4個(gè)優(yōu)良無(wú)性系與多花刺槐組成4個(gè)雜交組合。

刺槐種內(nèi)雜交選擇19個(gè)優(yōu)良無(wú)性系組成17個(gè)雜交組合。

①自交，對(duì)花進(jìn)行套袋但不去雄，檢測(cè)自交能力;每個(gè)無(wú)性系在群體內(nèi)隨機(jī)選取10個(gè)以上花序，在花朵尚未開(kāi)放時(shí)給整個(gè)花序套袋、掛牌。

②雜交，套袋并且去雄，用不同植株的花粉進(jìn)行異花授粉;

1.4 結(jié)實(shí)率及種子形態(tài)調(diào)查

在授粉后7d去袋、30d和60d分別統(tǒng)計(jì)各交配類(lèi)型的坐果數(shù)與坐果率，收獲莢果時(shí)統(tǒng)計(jì)成熟莢果數(shù)，計(jì)算結(jié)實(shí)率及親和指數(shù)。其中結(jié)實(shí)率=(成熟莢果數(shù)/授粉花朵數(shù))×100%,親和指數(shù)= (結(jié)籽數(shù)/花序數(shù))。待果實(shí)成熟后采收,用游標(biāo)卡尺測(cè)量莢果長(zhǎng)度和膨脹部位的寬度。變異幅度=（雜交組合均值-母本雜交授粉均值）/母本雜交授粉均值×100%

1.5 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)處理采用Excel 2013和DPS軟件。

2 結(jié)果與分析

2.1 刺槐不同花粉生活力的比較

多花刺槐和刺槐各無(wú)性系花粉在常溫下保存1d和0～4℃低溫下保存5d，體外培養(yǎng)2h開(kāi)始萌發(fā)，培養(yǎng)至8h時(shí)萌發(fā)量達(dá)最大值。多花刺槐花粉隨著花粉保存時(shí)間延長(zhǎng)，萌發(fā)率降低。新鮮花粉的活力較高，萌發(fā)率最高可達(dá)到50%以上；保存1d后，萌發(fā)率為37.8%；低溫保存5d后，花粉活力下降明顯，培養(yǎng)萌發(fā)率為12.3%左右。

刺槐不同無(wú)性系父本花粉萌發(fā)率近似，而且保存1d后和低溫保存5d后，花粉活力下降不明顯。魯刺1等魯刺系列花粉常溫下保存1d，培養(yǎng)4h花粉萌發(fā)，培養(yǎng)6h花粉管長(zhǎng)度超過(guò)花粉粒直徑3倍；低溫下保存5d培養(yǎng)6h，魯刺1花粉管萌發(fā)率最低為17.5%。

2.2 刺槐不同種間及種內(nèi)自交親和性比較

通過(guò)對(duì)多花刺槐和5個(gè)刺槐無(wú)性系同花序自交結(jié)莢情況調(diào)查結(jié)果表明，魯刺229結(jié)實(shí)率為0.84%，親和指數(shù)為0.154，親和性稍高；其次是魯刺57結(jié)實(shí)率為0.38%，親和指數(shù)為0.059；興刺22自交結(jié)實(shí)率為0.17%，親和指數(shù)為0.028；多花刺槐、魯刺133和魯刺186結(jié)實(shí)率為0，自交無(wú)親和性（見(jiàn)表2）。自交雖然有成熟的莢果和種子，但數(shù)量很低，而且種子萌發(fā)也低。

表2 刺槐屬自交親和性狀

2.3 刺槐不同種間及種內(nèi)雜交親和性比較

對(duì)刺槐結(jié)莢情況調(diào)查結(jié)果表明(表3)，刺槐種間雜交，多花刺槐做父母本都獲得了雜種，說(shuō)明刺槐與多花刺槐種間具有較高的雜交親和性。多花刺槐做父本，以魯刺152×多花刺槐組合最好，結(jié)實(shí)率最高為19.76%，親和指數(shù)為2.833，其次為魯刺7×多花刺槐組合，結(jié)實(shí)率為9.25%，親和指數(shù)為1.586；多花刺槐做母本，結(jié)實(shí)率較低，說(shuō)明多花刺槐比較適合做父本。

表3 刺槐不同種間及種內(nèi)雜交親和性狀

刺槐不同無(wú)性系之間人工授粉結(jié)實(shí)率平均8.47%，組合魯刺57×興刺15最高為21.28%,興刺22×魯刺1和魯刺7×魯刺1兩個(gè)雜交組合沒(méi)有結(jié)果實(shí)，無(wú)雜交親和性。 在17個(gè)雜交組合中親和性最高的為魯刺57×興刺15組合，結(jié)實(shí)率為 21.28%，親和指數(shù)為2.148；結(jié)實(shí)率最低的為魯刺7×魯刺1和興刺22×魯刺1組合，結(jié)實(shí)率0，無(wú)親和性。

2.4 刺槐不同雜交組合間種子形態(tài)的比較

由表4看出，種子飽滿度以自然結(jié)實(shí)的普遍好于雜交的，本試驗(yàn)中最好的雜交組合魯刺133×興刺22的種子飽滿率可達(dá)91%，變異幅度最小為0.52，最差的興1×多花刺槐只有12%，變異幅度最大為83.15。各雜交組合中，在種子長(zhǎng)、寬和厚度3個(gè)性狀上，興刺1×興刺15的種子最長(zhǎng)，為0.56cm，組合魯刺133×興刺22的最短為0.42cm，兩者相差0.14 cm；組合魯刺57×魯刺68和興刺1×多花刺槐的種子寬度稍大為0.36cm，其余組合種子寬度基本相當(dāng)；組合魯刺57×興刺15的種厚為0.22cm，組合興刺1×興刺15、多花刺槐的為0.17cm，兩者相差不多?？傊?，雜交組合與母本自由授粉之間的種子形態(tài)差異不明顯，有的幾乎沒(méi)有差異。

3 結(jié)論與討論

常溫保存與低溫保存相比，保存前期、時(shí)間較短時(shí)，常溫保存的萌發(fā)要早，花粉管更先伸長(zhǎng)，但最終萌發(fā)量要少。保存后期，常溫保存的花粉萌發(fā)率低于低溫保存。花粉管伸長(zhǎng)后，花粉粒內(nèi)的遺傳物質(zhì)、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)等內(nèi)含物逐步向花粉管內(nèi)運(yùn)輸轉(zhuǎn)移，且花粉管末端會(huì)出現(xiàn)膨大現(xiàn)象，充分接受遺傳物質(zhì)與營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。最終，花粉粒會(huì)變空，其遺傳物質(zhì)、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)等全部轉(zhuǎn)移到達(dá)花粉管前端[9]。多花刺槐保存1d后，萌發(fā)率為37.8%；低溫保存5d后，花粉活力下降明顯，培養(yǎng)萌發(fā)率為12.3%左右。刺槐不同無(wú)性系父本花粉萌發(fā)率近似，而且保存1d后和低溫保存5d后，花粉活力下降不明顯。

表4 不同雜交組合間種子形態(tài)的差異

部分刺槐無(wú)性系可以自交結(jié)實(shí)，但結(jié)實(shí)率很低，多花刺槐、魯刺133和魯刺186結(jié)實(shí)率、親和指數(shù)為零。這與孫鵬（2012）和袁存權(quán)（2013）的研究結(jié)果相同。Surles等［10］也認(rèn)為自交會(huì)嚴(yán)重降低刺槐的結(jié)實(shí)率。自交雖然有成熟的莢果和種子，但數(shù)量很低，而且種子萌發(fā)率也低，幾乎可以忽略不計(jì)，因此，在今后的雜交育種中，可以采取不去雄的方法，既不傷到柱頭，又省去好多繁瑣程序。

刺槐與多花刺槐種間雜交具有較好的親和性，只是多花刺槐與異株多花刺槐的親和性較低，用多花刺槐做父本進(jìn)行人工雜交授粉是可行。在22個(gè)雜交組合中,魯刺152×多花刺槐親和指數(shù)最高為2.833，其次是興刺1×魯刺68，親和指數(shù)為2.719，雜交組合魯刺57×興刺15，親和指數(shù)為2.148；魯刺 1的花粉活力低，與魯刺1和興刺22的雜交結(jié)實(shí)率、親和指數(shù)為0，說(shuō)明魯刺1不適合做父本。通過(guò)對(duì)刺槐屬種間和種內(nèi)雜交結(jié)實(shí)性與親和性的研究發(fā)現(xiàn)，雜交大都表現(xiàn)是親和的，結(jié)實(shí)率和親和指數(shù)密切相關(guān)［11］。不論同一父本與不同母本雜交，還是同一母本與不同父本雜交，其親和性均存在差異。并不是所有的雜交組合都適合作為育種材料，因此，通過(guò)對(duì)刺槐屬種間和種內(nèi)雜交親和性研究，可為刺槐雜交育種親本的選配提供重要的理論基礎(chǔ)。

種內(nèi)雜交對(duì)種子形態(tài)的影響不大，特別是在種子大小方面，種子長(zhǎng)、寬和厚度都與母本接近，說(shuō)明這些性狀在雜交過(guò)程中變異不大，且主要受母本控制。

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