萱草屬植物種間與種內(nèi)分離群體花器官主要性狀的遺傳分析

熊 雄，侯非凡，崔虎亮，王金耀，邢國明，李 森，亢秀萍

（1.山西農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，山西太谷030801；2.山西省設(shè)施蔬菜產(chǎn)業(yè)提質(zhì)增效協(xié)同創(chuàng)新中心，山西太谷030801）

黃花菜（Hemerocallis citrina Baroni）又名金針菜、檸檬萱草，屬于百合科萱草屬，是一種多年生草本植物[1-3]。萱草（Hemerocallis fulva）又名金針、忘憂草等，屬多年生宿根草本，顏色以橘黃色為主[4]。萱草屬植物在全世界有14 種，主要分布于亞洲溫帶和亞熱帶地區(qū)，我國約有11 種，是萱草屬植物的自然分布中心，各個品種被廣泛栽種用于園林綠化，可作觀賞和食用。人工選育及創(chuàng)制新種質(zhì)是改善現(xiàn)有種質(zhì)資源的重要手段[5-6]。

1930 年以后，美國植物學(xué)家、園藝愛好者收集中國、日本等國家所產(chǎn)萱草屬植物，對這些品種進行雜交育種，使得萱草屬植物品種越來越豐富，現(xiàn)有品種已達萬種以上，成為重要的觀賞及切花花卉。國內(nèi)外對萱草屬物種細胞學(xué)、遺傳學(xué)、代謝組學(xué)開展了較多的研究，主要集中在萱草屬植物的栽培[3]、代謝產(chǎn)物的提取與優(yōu)化[7-9]、染色體鑒定[5，10]、遺傳多樣性研究[11-12]等方面。

雜交育種是目前萱草屬植物育種的主要手段，從最初的常規(guī)雜交到多種花粉混合授粉雜交，逐漸獲得具有極高觀賞價值的萱草品種[13-14]。雜交親和性是雜交育種的重要內(nèi)容，同時野生萱草的種質(zhì)資源利用及生殖隔離的克服也變得尤為重要。PETIT研究表明，二倍體和四倍體雜交不會成功，結(jié)出的果實會在幾天甚至7 d 左右后敗育。國內(nèi)的學(xué)者也對萱草屬植物雜交親和性進行了大量的研究。研究表明，二倍體萱草雜交親和性因親本的不同而存在差異，不同倍性萱草雜交的結(jié)實率低，敗育現(xiàn)象嚴重[15]。萱草自然授粉自交不結(jié)實，但是部分品種人工自交結(jié)實。不同開花習(xí)性的萱草雜交試驗發(fā)現(xiàn)，某些萱草品種之間存在生殖隔離[16]。萱草屬植物中黃花菜大同與萱草搖籃曲之間存在巨大差異，親緣關(guān)系相對較遠，而黃花菜東莊與沖里在產(chǎn)量上具有相對的差異，所以，利用這幾種材料構(gòu)建種間及種內(nèi)的F1分離群體，可進一步擴展萱草屬植物育種資源基礎(chǔ)[17]。

為了解析萱草屬植物花器官主要性狀的遺傳規(guī)律，本研究利用萱草屬種間雜交（大同黃花×搖籃曲）和種內(nèi)雜交（東莊×沖里），對F1群體的花朵直徑、花葶高度、花蕾長度、花蕾寬度、單個花蕾鮮質(zhì)量等農(nóng)藝性狀進行測定，計算其遺傳力[18]，并對各農(nóng)藝性狀進行相關(guān)性分析，旨在得出萱草屬植物的遺傳方式，推動萱草屬植物種質(zhì)創(chuàng)新的進程，并為分子遺傳學(xué)研究、連鎖遺傳圖譜構(gòu)建、性狀QTL定位分析方面的研究提供科學(xué)依據(jù)[19-20]。

1 材料和方法

1.1 親本材料選擇

種間雜交群體選用山西省大同市黃花菜地方品種大同（P1）作母本，父本則是引種自河北保定旭東新優(yōu)品種宿根花卉繁育基地的萱草搖籃曲（P2）（圖1）。種內(nèi)雜交群體選用山西省太谷縣東莊村的黃花菜農(nóng)家種東莊（P3）作母本，父本選用湖南黃花菜地方種沖里（P4）（圖1）。

1.2 試驗方法

1.2.1 大同黃花與搖籃曲雜交 參考侯非凡[21]的授粉方法進行父母本雜交，父本搖籃曲單朵花開花時間為每天6：00—9：00，每日早晨父本花朵開放后立即采集花粉并干燥，套袋隔離即將開放用作父本的花朵。在母本大同花朵還未開放前，每日16：00開始雜交，次日6：00—8：00 進行復(fù)授粉，花期結(jié)束后收集成熟的果子。之后進行催芽，待種子露白后，將露白的種子播種于穴盤或苗床。

1.2.2 東莊與沖里雜交 參考侯非凡[21]的授粉方法進行父母本雜交，每日6：00 采集父本植株的花粉，將花粉干燥，17：00 對第2 天將采集的父本花朵套袋。選擇母本植株即將開放的花蕾，去掉花藥，將父本花粉涂在去雄花蕾柱頭上，套袋。次日6：00—8：00 復(fù)授粉提高雜交成功率?；ㄆ陔s交結(jié)束后，10 月中下旬收集成熟果子。之后將雜交種子進行催芽，7 d 左右種子開始露白，第2 周是集中萌發(fā)期，種子萌發(fā)過程持續(xù)28 d 左右。露白的種子播種于穴盤或苗床，采用草炭∶珍珠巖∶蛭石＝3∶1∶1（體積比）基質(zhì)進行育苗。

1.3 測定項目及方法

表1 F1 群體性狀描述

本研究對大同×搖籃曲群體、沖里×東莊群體的親本與F1進行花朵直徑、花蕾長度等方面的遺傳分析，對主要的遺傳性狀進行相關(guān)性分析，并對親本與F1進行形態(tài)學(xué)的測量與分析。采用游標卡尺測量花朵直徑、花蕾長度、花蕾寬度等指標，采用卷尺測量花葶高度，采用千分之一天平測量單個花蕾鮮質(zhì)量、干質(zhì)量，具體測定標準參照表1。根據(jù)具體的目的與綜合的觀賞性狀比較親本與F1之間的異同，以期得到新的種質(zhì)[22]。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2010 軟件對各數(shù)量性狀進行變異系數(shù)分析。變異系數(shù)表示各個性狀之間的變異程度，是標準差與平均數(shù)的比值，變異系數(shù)大表示變異的程度大[22]。

遺傳力指親本遺傳給后代某一性狀的能力，是遺傳方差在總方差中所占的比值，可以作為雜種后代進行選擇的一個指標[22]。2 個群體的遺傳力計算采用SPSS 軟件進行統(tǒng)計。

式中，H2為遺傳力；Vg 為遺傳變量；Vp 為表型變量。

采用R 語言來計算各個性狀之間相關(guān)性，并證明2 個群體花葶高度遺傳屬于數(shù)量遺傳。

2 結(jié)果與分析

2.1 雜交后代主要農(nóng)藝性狀遺傳分析

表2 2 個雜交群體農(nóng)藝性狀遺傳變異參數(shù)

大同×搖籃曲雜交得到的F1群體與東莊×沖里雜交得到的F1群體在雜交中未出現(xiàn)敗育現(xiàn)象，其結(jié)實率高，出苗較為整齊，得到了足夠的成苗用于后續(xù)的數(shù)據(jù)分析。通過對F1進行遺傳分析得出，2 個雜交群體花朵直徑、花葶高度、花蕾長度、花蕾寬度、單個花蕾鮮質(zhì)量的遺傳力在32.8%～86.9%。由表2 可知，搖籃曲×大同F(xiàn)1群體中變異幅度最小的是花蕾長度，為8.28%，變異幅度最大的是單個花蕾鮮質(zhì)量，為17.43%。東莊×沖里F1群體中單個花蕾鮮質(zhì)量變異系數(shù)較大，為25.43%。東莊×沖里F1群體花朵直徑遺傳力較高，為86.9%，而大同×搖籃曲F1群體的花朵直徑遺傳力較低，為32.8%，2 種雜交組合主要農(nóng)藝性狀的遺傳力均表現(xiàn)為花葶高度遺傳力較高，分別為73.2%，65.4%，花蕾寬度遺傳力較低，分別為41.2%，34.2%。

2.1.1 花朵直徑遺傳變異分析 大同×搖籃曲雜交組合中花朵直徑的標準差F1＞搖籃曲＞大同。母本為山西大同黃花，花型優(yōu)美，花朵繁多，一般為蜘蛛型花朵，內(nèi)外花瓣狹長，花色為黃色，開花時間為19：00 左右。因此，將其與株型低矮，花葶高度為56.85～79.36 cm、緊湊且花朵較大，花色為淡粉色，開花時間為8：00 左右的搖籃曲萱草進行雜交，以期獲得花色豐富、抗性較強的新種質(zhì)。從圖2 可以看出，通過雜交得到了花朵直徑超越父母本的植株，經(jīng)過計算，F(xiàn)1的花朵直徑遺傳力為32.8%，提高了F1花朵直徑的遺傳變異系數(shù)，擴大了遺傳變異的范圍，得到了更多的變異和雜種優(yōu)勢。

東莊×沖里雜交組合的花朵直徑標準差為F1＞沖里＞東莊（表2）。父本為祁東黃花菜沖里，花色為黃色，花型優(yōu)美，植株高大，花葶高度為149.60～166.20 cm，單株產(chǎn)量較高，具有一定的倒伏性。母本為農(nóng)家種東莊，植株不易倒伏，花色為黃色，花瓣呈狹長型，單株產(chǎn)量較高。由圖3 可知，這2 種黃花菜進行雜交得到了花朵直徑超越父母本的植株，為創(chuàng)造高產(chǎn)新種質(zhì)提供了一定的基礎(chǔ)。

2.1.2 花葶高度遺傳變異分析 由圖4 可知，大同×搖籃曲雜交組合中，母本大同黃花的花葶高度平均值最高，其次為F1，最小的是父本搖藍曲，且標準差為母本＞F1＞父本。父本花葶高度較低，為69.77 cm，較穩(wěn)定。母本花葶高度較高，為104.53 cm，變異系數(shù)較大，為13.93%。通過計算得出F1的花葶高度遺傳力為65.4%。

由圖5 可知，對于東莊×沖里雜交組合，父本沖里花葶高度的平均值最高，F(xiàn)1花葶高度平均值最低，且花葶高度的標準差為F1＞母本＞父本，父本花葶高度在149.60～166.20 cm，母本花葶高度在110.20～139.60 cm，以期獲得適合人們采摘花蕾的最佳高度。F1變異系數(shù)較大，為16.58%，最終花葶高度的遺傳力為73.2%。

觀察2 個F1花葶高度可看出，結(jié)果有一定的正態(tài)性，從圖6 可以看出，采用R 語言中的Q-Q plot 得出花葶高度符合正態(tài)分布，遺傳方式屬于數(shù)量遺傳。

2.1.3 花蕾長度遺傳變異分析 大同×搖籃曲群體的花蕾長度發(fā)生了一定的變異，但變異程度不大，其母本大同花蕾長度平均值最高，父本最低，F(xiàn)1平均值則在父母本之間，標準差則為F1＞母本＞父本。母本花蕾長度較長且較為穩(wěn)定，F(xiàn)1變異系數(shù)較大，為8.28%，花蕾長度遺傳力為60.5%。

東莊×沖里群體中，父母本花蕾長度均在110 mm 左右，F(xiàn)1花蕾長度平均值最高，而標準差為F1＞母本＞父本，且子代與父母本相比，其花蕾長度存在超親現(xiàn)象。花型均為蜘蛛型，內(nèi)外花被較為狹長，F(xiàn)1變異系數(shù)較大，為12.56%，花蕾長度遺傳力為46.2%。

2.1.4 花蕾寬度遺傳變異分析 大同×搖籃曲群體的母本大同花蕾呈長條形，花蕾寬度較窄，而父本搖籃曲花蕾寬度較寬，然而其長度較短?；ɡ賹挾绕骄禐楦副荆綟1＞母本，標準差為F1＞父本＞母本，花蕾寬度遺傳力為34.2%。

東莊×沖里群體父母本花蕾均為狹長型，花蕾寬度較為接近，且都小于萱草的花蕾寬度。其花蕾寬度平均值為F1＞母本＞父本，標準差為F1＞母本＞父本。F1的變異系數(shù)較大，為17.32%，花蕾寬度遺傳力為41.2%。

2.1.5 單個花蕾鮮質(zhì)量遺傳變異分析 大同×搖籃曲群體，父本搖籃曲單個花蕾鮮質(zhì)量較大，母本大同單個花蕾鮮質(zhì)量較小，單個花蕾鮮質(zhì)量平均值為父本＞F1＞母本，標準差為父本＞F1＞母本。F1的變異系數(shù)較大，為17.43%，單個花蕾鮮質(zhì)量的遺傳力為66.4%。

東莊×沖里群體，父本沖里與母本東莊的單個花蕾鮮質(zhì)量差異不大，單個花蕾鮮質(zhì)量平均值為F1＞母本＞父本，標準差為F1＞母本＞父本。F1變異系數(shù)較大，為25.43%，單個花蕾鮮質(zhì)量遺傳力為58.6%。

2.2 農(nóng)藝性狀之間的相關(guān)性分析

根據(jù)2.1 的試驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)，2 個群體的花朵直徑、花葶高度、花蕾長度、花蕾寬度、單個花蕾鮮質(zhì)量之間具有一定的相關(guān)性，對5 個農(nóng)藝性狀的指標進行相關(guān)性分析得出，相關(guān)性較強的性狀為花蕾長度與花蕾寬度、花蕾長度與單個花蕾鮮質(zhì)量、花蕾寬度與單個花蕾鮮質(zhì)量[23]。

表3 大同×搖籃曲群體5 個農(nóng)藝性狀相關(guān)性分析

由表3 可知，大同×搖籃曲群體花蕾長度與花蕾寬度之間的相關(guān)系數(shù)為0.45，花蕾長度與單個花蕾鮮質(zhì)量之間的相關(guān)系數(shù)為0.72，花蕾寬度與單個花蕾鮮質(zhì)量之間的相關(guān)系數(shù)為0.65，根據(jù)Pearson 相關(guān)系數(shù)計算得出，花蕾長度與花蕾寬度呈極顯著正相關(guān)，花蕾長度與單個花蕾鮮質(zhì)量呈極顯著正相關(guān)，花蕾寬度與單個花蕾鮮質(zhì)量呈極顯著正相關(guān)。其他指標之間相關(guān)性較差，呈現(xiàn)弱相關(guān)或不相關(guān)[22]。

表4 東莊×沖里群體5 個農(nóng)藝性狀相關(guān)性分析

由表4 可知，東莊×沖里群體花蕾長度與花蕾寬度之間的相關(guān)系數(shù)為0.96，花蕾長度與單個花蕾鮮質(zhì)量之間的相關(guān)系數(shù)為0.98，花蕾寬度與單個花蕾鮮質(zhì)量之間的相關(guān)系數(shù)為0.99，根據(jù)Pearson 相關(guān)系數(shù)計算得出，花蕾長度與花蕾寬度呈極顯著正相關(guān)，花蕾長度與單個花蕾鮮質(zhì)量呈極顯著正相關(guān)，花蕾寬度與單個花蕾鮮質(zhì)量呈極顯著正相關(guān)，其他性狀之間不相關(guān)[17-18]。

3 結(jié)論與討論

雜交育種是萱草屬植物豐富種質(zhì)資源的主要育種手段，種間雜交育種可以將優(yōu)良性狀集中到雜種上，對于創(chuàng)造新種質(zhì)、豐富變異類型、探索生物進化過程有重要的意義。花期性狀作為種間雜交群體的主要觀賞性狀，是對觀賞植物進行品質(zhì)選擇的必要基礎(chǔ)。其主要目的是選擇花大色艷，花期較長的種質(zhì)[24]。

高超利[25]研究發(fā)現(xiàn)，萱草品種金娃娃與紅寶的雜交后代花期變異系數(shù)小，變異系數(shù)最大的是花序著花數(shù)。對2 個大花萱草品種金娃娃與紅寶雜交后代物候進行觀測發(fā)現(xiàn)，花期的變異較小，僅有1 株花期超15 d，其他花期超親現(xiàn)象不明顯。朱云華[11]證實了萱草屬植物種間雜交的可能性，從5 個雜交組合中選出花型、花色優(yōu)異的種質(zhì)資源。侯祥云等[13]對芍藥組內(nèi)組間雜交群體進行分析說明了組內(nèi)、組間雜交的可能性。朱蕊蕊等[22，26]證實了耬斗菜種內(nèi)雜交的可能性，并通過對現(xiàn)有種質(zhì)篩選出適宜北方地區(qū)栽種的耬斗菜，進一步豐富了種質(zhì)。祝朋芳等[16]對萱草屬植物花柱進行不同處理，證明大花萱草品種間存在不同程度的雜交障礙。本研究表明，搖籃曲×大同種間群體的花葶高度與單個花蕾鮮質(zhì)量的遺傳力較高，且單個花蕾鮮質(zhì)量的變異系數(shù)較大；沖里×東莊群體的單個花蕾鮮質(zhì)量變異系數(shù)較大，花葶高度與花朵直徑的遺傳力較高；同時2 個雜交群體的花蕾長度、花蕾寬度、單個花蕾鮮質(zhì)量相關(guān)性呈極顯著相關(guān)；對于種間雜交群體，花蕾越長，單個花蕾鮮質(zhì)量越高；對于種內(nèi)雜交群體，花蕾越寬，單個花蕾鮮質(zhì)量越高。趙珺[24]對萱草屬植物種間雜交的花性狀研究發(fā)現(xiàn)，影響萱草花期的因素還有很多，花期的相關(guān)性狀均是由多基因控制的數(shù)量性狀遺傳，如花葶高度、花序長度、花蕾的長寬等。今后應(yīng)對萱草的花期、花色、開花時間等性狀進行遺傳分析及相關(guān)性分析。表型觀測進行遺傳分析，明確萱草屬植物的遺傳模型，估計主基因的遺傳效應(yīng)，為萱草屬植物進行選育，擴大萱草屬遺傳理論基礎(chǔ)依據(jù)具有更新一步的啟發(fā)[24]。

本研究對這2 個群體的觀賞性狀進行遺傳分析，但是表型屬于遺傳和環(huán)境相互作用的結(jié)果，受外界環(huán)境因素影響較大，比如氣候、土壤等。所以，得出的結(jié)論要進行進一步探索與研究，而細胞水平、分子水平的研究正好填補了這部分空白[24]。雜交育種的研究為選育新品種打下良好的基礎(chǔ)，得到穩(wěn)定的栽培種，為進行連鎖圖譜的構(gòu)建及QTL 定位打下堅實的基礎(chǔ)。