杜鵑花屬植物雜交不親和與敗育分布研究

雜交結果為依據， 對4個雜交不親和指標與敗育系數及敗育頻度參數進行了分析。結果表明：（1）杜鵑花屬不同類群間雜交的不育組合比例約為54.5%， 其不親和與敗育包括不能坐果（capsul aborted，Cab型）、坐果但不能形成種子（seed aborted，Sab型）和能形成種子但不能發(fā)芽（seed not germinated， Sng型）3種情況， 其中Cab與Sab類型均可能是前合子期不親和與后合子期不親和的復合表征， Sng型則可以肯定為后合子期種子發(fā)育階段敗育的情況， Cab∶Sab∶Sng=81∶13∶15; 而可育組合中部分敗育苗無疑屬于“雜種不活hybrid inviability”的敗育類型。（2）有關不育類型的分布與杜鵑花屬植物親本類群及其分類與親緣關系具有明顯關聯(lián)， 從同一亞組內、同一亞屬內到不同亞屬間雜交的不育類型的分布呈Sng型→Sab型→Cab型增加的趨勢， 雜交雙親分類上親緣關系越密切Sng型的頻度越高， 反之關系越疏遠Cab型的頻率越高， 亞屬間遠交往往止于Cab型。（3）“雜種不活”為敗育苗的表現(xiàn)形式之一， 從同一亞組、同一亞屬到不同亞屬間雜交， 其敗育等級頻度分布通常也從無或輕度敗育到嚴重敗育方向發(fā)展，常綠杜鵑亞屬內雜交的敗育情況明顯低于杜鵑亞屬內雜交， 這與后者多倍體親本的介入相關， 而上述2亞屬間雜交的苗木敗育則更加嚴重， 但映山紅（R. simsii）分別與百合花杜鵑（R. liliiflorum）和毛肋杜鵑（R. augustinii）的亞屬間雜交未出現(xiàn)敗育苗分布。

關鍵詞： 杜鵑花屬， 雜交， 不親和， 敗育， 雜種不活， 可交配性

中圖分類號：? Q943

文獻標識碼：? A

文章編號：? 1000-3142（2018）12-1581-07

Williams et al（1990）認為杜鵑花屬植物雜交不親和的現(xiàn)象表現(xiàn)在從花粉不能在柱頭上萌發(fā)一直到子代種子敗育的整個過程中，包含了前合子期與后合子期不親和的各個時期。Akihide et al（2006）、Akihide & Kenichi（2004）研究了映山紅亞屬（subgen. Tsutsusi）13個種與羊躑躅亞屬（subgen. Pentanthera）間雜交，結果表明受精前不親和表現(xiàn)在花粉管生長受阻和不能進入胚珠;受精后不育表現(xiàn)在胚珠不發(fā)育、種子不發(fā)芽和幼苗死亡。在22個不親和的組合中，合子前不親和、合子后不親和與發(fā)育障礙的數量分別為15、6和1。Tom et al（2007）所提供的資料顯示，羊躑躅亞屬 × 映山紅亞屬和映山紅亞屬 × 越桔杜鵑組（sect. Vireya）雜交不能坐果，而映山紅亞屬 × 羊躑躅亞屬雜交后代則不能形成綠色苗，映山紅亞屬 × 常綠杜鵑亞屬（subgen. Hymenanthes）的雜交后代苗木無旺盛的生活力。張長芹等（1998）研究的亞屬間4個組合的雜交失敗全部為不能坐果。耿興敏等（2017）報道了以映山紅和馬銀花[馬銀花亞屬（subgen. Azaleastrum）]為母本，研究了與一些常綠杜鵑亞屬、杜鵑亞屬、馬銀花亞屬種類的亞屬間雜交及同亞屬內雜交的情形，并提供了不少不能坐果、能形成種子但不能發(fā)芽的證據。但仍缺乏對杜鵑花屬植物類群間，尤其是常綠杜鵑亞屬與杜鵑亞屬（subgen. Rhododendron）間及其與其他類群不親和與敗育分布的全面認識。

本文以杜鵑花屬200個雜交組合的研究結果為依據，進一步加深有關杜鵑花屬植物的雜交不親和與敗育的類型與數量分布的認識，旨在揭示杜鵑花屬植物雜交不親和與敗育分布規(guī)律。

1材料與方法

1.1 材料與組合

本研究的材料與自然授粉與自交材料的相應種類為同一來源和保育地點（莊平， 2017a， b），包括杜鵑花屬植物38種，分屬5亞屬、3組、17亞組，共計200個雜交組合（表1），其中不育組合共109個，可育組合共91個。

1.2 方法

1.2.1 雜交不親和與敗育頻度分析以下各類頻度作為比較和分析不育組合中不親和與敗育發(fā)生階段和分布數量的依據。（1）不坐果頻度（capsul aborted，Cab）=（不坐果組合數/類群組合數）×100%;（2）不結實頻度（seed aborted，Sab）=（不結實組合數/類群組合數）×100%;（3）不發(fā)芽頻度（seed not germinated，Sng）=（不發(fā)芽組合數/類群組合數）×100%;（4）不育頻度（sterility frequency，F(xiàn)stl）=（不育組合數/類群組合數量）×100%。

1.2.2 雜交可育組合敗育苗系數等級頻度分析敗育苗系數（sterility coefficient，IGc）=1-綠苗系數（Gc），其中綠苗系數（Gc）=綠苗數量/發(fā)芽數量。

摘要：? 該研究以杜鵑花屬5亞屬3組17亞組38種， 計109個不育組合及91個可育組合的依據各組合相應的IGc劃分為無敗育或輕度敗育（IGc≤0.1）、中度敗育（0.42結果與分析

2.1 雜交不親和與敗育分布

坐果通常用于衡量雜交的親和性，但從嚴格意義上來說親和性是前合子期生殖障礙，但不能坐果未必全是前合子期障礙，亦可能包括了受精后不久合子發(fā)育停止的情形;而后合子期不親和通常被定義為敗育，包括了受精后合子發(fā)育停止到雜種不活（hybrid inviability）甚至到子代生長發(fā)育不良等一系列后期發(fā)育過程（孟金陵， 1997）。從現(xiàn)象上判斷，能結實但種子不發(fā)芽或能發(fā)芽但全部或部分小苗出現(xiàn)白化、黃化或畸形情況應屬敗育現(xiàn)象，而能坐果但不能形成種子則可能源于前合子期或后合子期障礙，在表觀上很難區(qū)分。因此，這里將不育的表征歸屬于“不親和或敗育”，嘗試從可交配性（crossability）的層面通過對109個不育組合和91個可育組合中敗育苗系數等級頻度的分析，探討杜鵑花屬植物的雜交不親和與敗育類型與數量分布問題。

2.1.1 常綠杜鵑亞屬內及其與杜鵑亞屬雜交常綠杜鵑亞屬內、云錦杜鵑亞組 × 銀葉杜鵑亞組間的異種雜交的不育頻次（Fstl）在15%以內，其中云錦杜鵑亞組（subsect. Fortunea）與同亞屬的其他亞組（Hst），包括杯毛杜鵑亞組（subsect. Falconera）、粘毛杜鵑亞組（subsect. Glischra）、露珠杜鵑亞組（subsect. Irrorata）、樹形杜鵑亞組（subsect. Arborea）等4個亞組的雜交不育頻次比前者略高;但該亞屬與杜鵑亞屬植物雜交的不育頻次均高于45%，上述常綠杜鵑亞屬的其他4個亞組與杜鵑亞屬的雜交不育頻次超過了80%（圖1）。因此，常綠杜鵑亞屬內雜交不育頻次遠低于該亞屬 × 杜鵑亞屬雜交的不育頻次。

不能坐果（Cab型）是常綠杜鵑亞屬 × 杜鵑亞屬雜交不育的主要表征，其比例占各類群不育組合的60%～90%;而在常綠杜鵑內各類群與種類間雜交中，Cab型在云錦杜鵑亞組與其他亞組（Hst）的雜交不育組合中較高，但不見于云錦杜鵑亞組與銀葉杜鵑亞組的雜交組合中。同樣，能坐果但不能結實（Sab型）也發(fā)生在常綠杜鵑亞屬與杜鵑亞屬各類群的雜交不育組合中，而常綠杜鵑亞屬內雜交未見坐果不結實的不育組合出現(xiàn)。相反的情況是，能結實但種子不發(fā)芽（Sng型）則主要見于常綠杜鵑亞屬內各類群的雜交不育組合中，而這類不育組合的出現(xiàn)僅是上述常綠杜鵑亞屬的其他亞組（Hst）與杜鵑亞屬的雜交中有個別情況，而在云錦杜鵑亞組和銀葉杜鵑亞組分別與杜鵑亞屬的雜交中則未見Sng型出現(xiàn)。

由上述分析可以推測，常綠杜鵑亞屬內雜交的前合子期不親和可能遠低于常綠杜鵑亞屬 × 杜鵑亞屬間;換言之，后合子期敗育是導致常綠杜鵑亞屬內雜交不育的主要形式，而在上述兩亞屬間雜交情況下，前合子期不親和則可能是導致其可育性降低的主要原因。

2.1.2 杜鵑亞屬內及其與其他亞屬間雜交與常綠杜鵑亞屬內雜交比較（圖1，圖2），杜鵑亞屬內包括三花杜鵑亞組（subsect. Triflora）內的雜交不育組合的發(fā)生頻率分別提高了40%和25%，其中不能坐果（Cab型）是其不育的主要表征，并同時見有能坐果但不形成種子（Sab型）與能形成種子但種子不發(fā)芽（Sng型）的情況，多倍體導致可育性降低顯而易見。有關現(xiàn)象還表明，杜鵑亞屬內不同類群與種類間雜交的交配障礙遠大于常綠杜鵑亞屬內的雜交，尤其是前合子期不親和明顯增加。

從亞屬間雜交的不育組合頻率比較結果（圖1，圖2）來看，杜鵑亞屬分別與羊躑躅亞屬和馬銀花亞屬（subgen. Azaleastrum）雜交不育均達到了100%，稍有不同的是前一亞屬組合有20%的不育為Sng型;其余亞屬間雜交的不育組合頻率為70%～90%，其中常綠杜鵑亞屬 × 杜鵑亞屬與杜鵑亞屬 × 映山紅亞屬的不育組合比例相對較低，Cab型是亞屬間雜交不育的主要表征，而Sab型和Sng型則少量出現(xiàn)于常綠杜鵑亞屬分別與馬銀花亞屬和映山紅亞屬的雜交組合之中。

總的來看，亞屬內交配不親和與不育的組合頻率分布低于亞屬間雜交，而常綠杜鵑亞屬內雜交不育又低于杜鵑亞屬內;不能坐果是亞屬間不育的主要表征，而能結實但種子不發(fā)芽的情況多出現(xiàn)在亞屬內雜交情況下，而常綠杜鵑亞屬分別與其他亞屬雜交可能比與杜鵑亞屬的雜交更易出現(xiàn)后一種情況。由此可以推斷，從Cab型→Sab型→Sng型的不親和與敗育形式變化與親緣關系和可交配性的加強同向。

2.2 雜交可育組合的敗育苗系數頻度分析

在此次研究的91個可育組合中，部分發(fā)芽幼苗有白化、黃化或畸形苗情況，筆者將這類苗木統(tǒng)稱為敗育苗（sterility seedling），敗育系數IGc=1-Gc（綠苗系數）。結果表明，在常綠杜鵑亞屬內異種雜交情況下，可育組合中無或輕度敗育（IGc<0.1）的頻率在80%以上，僅有少量中度敗育（0.4此外，其他亞屬間雜交的7個可育組合中，長蕊杜鵑（R. stamineum）（馬銀花亞屬） × 腺果杜鵑（R. davidii）（常綠杜鵑亞屬）的敗育苗系數達到0.85為本研究所觀察到敗育最嚴重的情況，而映山紅（R. simsii） × 百合花杜鵑（R. liliiflorum）為中等敗育，其余為無敗育或輕度敗育情況，但其中的越峰杜鵑（R. yuefengense） × 映山紅和繁花杜鵑（R. floribundum） × 映山紅單位可育種子量僅2粒。

以上結果與分析表明，在可育組合中，同一亞屬和類群內的異種雜交苗木的敗育情況通常低于亞屬間或類群間雜交;常綠杜鵑亞屬內雜交的敗育情況明顯低于杜鵑亞屬內雜交，而上述2亞屬間雜交的苗木敗育則更加嚴重，但可能也有如Hst × RH雜交的例外;因可育組合數量所限，其他亞屬間雜交苗木敗育尚缺乏統(tǒng)計意義，但可以看見各種程度的敗育情況，在長蕊杜鵑 × 映山紅、長蕊杜鵑 × 羊躑躅（R. molle）和映山紅 × 羊躑躅（正反交）的4個雜交組合中，僅后者的正交單向可育，由此印證了有關研究結論（Akihide & kenichi， 2004， 2006; Kaori et al， 2008）。

3討論與結論

3.1 不親和與敗育類型的數量分布情況

本研究結果表明，杜鵑花屬不同類群之間雜交的不育組合比例約為54.5%，其不親和與敗育包括不能坐果（Cab型）、坐果但不能形成種子（Sab型）、能形成種子但不能發(fā)芽（Sng型），在109個不育組合中不育類型之比依次為Cab∶Sab∶Sng=81∶13∶15。其中，Cab型與Sab型均可能為前合子期不親和與后合子期不親和的復合表征，但從發(fā)育階段上判斷Sab型為后合子期胚發(fā)育受阻的可能性更大，而Sng型則可以肯定為后合子期種子發(fā)育階段敗育的情況;在可育組合中出現(xiàn)部分敗育苗無疑屬于“雜種不活”的敗育類型（孟金陵， 1997; Rouse et al， 1993; Williams et al， 1990; Milne et al，2003）。

3.2 不親和與敗育類型分布格局及其變化同親本間的親緣關系及染色體倍性相關聯(lián)

有關不親和與敗育類型及其數量分布分析表明，不育類型的分布與杜鵑花屬植物親本類群及其分類與親緣關系（閔天祿和方瑞征， 1990; Chamberlain et al， 1996; Kurashige et al， 2001; Goetsch et al， 2005）具有明顯關聯(lián)。從同一亞組內、同一亞屬內到不同亞屬間雜交，不育類型的分布呈Sng型→Sab型→Cab型增加的趨勢，分類關系越近的雙親雜交則Sng型的頻度越高，反之亞屬間分類關系越疏遠的類群間雜交往往止于不能坐果（Cab型）。由此可見，常綠杜鵑亞屬分別與馬銀花亞屬和映山紅亞屬間的親緣關系鏈接尤其值得重視。耿興敏等（2017）的研究表明馬銀花（R. ovatum）作母本與其他亞屬間的雜交多出現(xiàn)Sng型;而杜鵑亞屬內異種雜交不育頻率高于常綠杜鵑亞屬內異種雜交和杜鵑亞屬 × 羊躑躅亞屬全部組合不育并止于Cab型的情況，則可能均與多倍體親本的影響有關（Ammal， 1950; Ammal et al， 1950;張長芹等， 1998）。

3.3 不同雜交組合條件下的敗育苗系數等級頻度分布格局變化多樣，并同親本間的親緣關系及染色體倍性有所關聯(lián)

可育組合敗育苗系數等級頻度分布的結果與分析表明，敗育苗為“雜種不活”的表現(xiàn)形式之一（孟金陵， 1997），其分布格局在不同的雜交組合條件下變化多樣，并從同一亞組、同一亞屬到不同亞屬間雜交，其敗育等級頻度分布通常也從無或輕度敗育（IGc<0.1）到嚴重敗育（IGc≥0.4）方向發(fā)展。常綠杜鵑亞屬內雜交的敗育情況明顯低于杜鵑亞屬內雜交，這也與后者多倍體親本的介入相關;而上述2亞屬間雜交的苗木敗育則更加嚴重，但也有如Hst × RH雜交例外。另外，映山紅分別與杜鵑亞屬的百合花杜鵑和毛肋杜鵑（R. augustinii）雜交未出現(xiàn)敗育苗，是映山紅亞屬與杜鵑亞屬雜交可以得到有生活力苗木的又一證明（Tom et al， 2007），而馬銀花亞屬的長蕊杜鵑 × 常綠杜鵑亞屬及后者 × 映山紅亞屬的組合的幼苗敗育程度極高或可育種子極少。

以上研究初步揭示了杜鵑花屬不育類型及其隨雜交組合類群變化的數量分布和可育組合中敗育苗系數等級頻度分布規(guī)律。筆者注意到，在可育組合中的雜交后代部分敗育現(xiàn)象的研究中，敗育系數及其頻度分布并不能完全代表敗育的全部情形，例如單位不育種子量、敗育苗百分率等也是有用的不育指標（Williams et al， 1990; Rouse et al， 1993; Tom et al， 2007），在后續(xù)研究中再進一步探討。同時，還需要指出的是不親和與敗育分布特征，與其遺傳、環(huán)境與人為操作和控制均具有不同程度且尚不十分清楚的影響，因此還需更加廣泛深入地積累證據才能獲得滿意的答案。

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