鐵皮石斛與霍山石斛雜交后代性狀分析

摘? 要：為選擇雜交后代優(yōu)良株系，對(duì)鐵皮石斛（Dendrobium officinale）、霍山石斛（Dendrobium huoshanense）及其雜交F1代株系的組培苗及栽培苗生長(zhǎng)量、表型性狀及多糖含量進(jìn)行測(cè)定和分析。結(jié)果表明：各株系的組培生長(zhǎng)量差異顯著，變幅為0.15～0.69 g，超親株系占75.00%，移栽生長(zhǎng)量變幅為0.03～0.44 g，超親株系占75.00%;組培苗8個(gè)表型性狀表現(xiàn)為超親，占總考察性狀的88.89%;栽培苗4個(gè)表型性狀表現(xiàn)為超親，占總考察性狀的44.44%，各株系多糖含量與親本差異顯著，7個(gè)株系的多糖含量表現(xiàn)為超親，占總考察株系的87.50%?？梢?jiàn)，利用鐵皮石斛與霍山石斛雜交是改良石斛產(chǎn)量與品質(zhì)的有效途徑之一。

關(guān)鍵詞：鐵皮石斛;霍山石斛;雜交;表型性狀;多糖

中圖分類(lèi)號(hào)：S567? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Abstract： To select the best hybrid lines， the growth， phenotypic traits and polysaccharide content of Dendrobium officinale， Dendrobium huoshanense and their F1 hybrid lines were determined and analyzed. The growth of tissue culture was significantly different in each line， in the range 0.15-0.69 g， superior to their parental strains accounting for 75.00%. The growth of the transplanting seedlings was ranged for 0.03-0.44 g， superior to their parental strains， accounting for 75.00%. Eight phenotypic traits of the tissue culture seedlings showed superior to their parents， accounting for 88.89% of the total investigation. In the transplanting seedlings， four phenotypic traits of the cultivated seedlings showed superior to their parents， accounting for 44.44% of the total investigation. The content of polysaccharides in each line was significantly different from that of their parents. The content of polysaccharides in seven lines was superior to their parents， accounting for 87.50% of the total lines studied. In summary， interspecific hybridization is one of the effective ways to improve the output and quality of Dendrobium.

Keywords： Dendrobium officinale; Dendrobium huoshanense; hybridization; phenotypic character; polysaccharide

DOI： 10.3969/j.issn.1000-2561.2020.08.010

中藥石斛為石斛屬多種藥用植物的總稱(chēng)，為我國(guó)傳統(tǒng)名貴中藥，具有滋陰清熱、益胃生津、潤(rùn)肺止咳及清音明目等功效。我國(guó)原產(chǎn)石斛屬植物74種和2變種中，作為藥用石斛的就超過(guò)40多種[1-2]?；羯绞―endrobium houshanense）因其藥用歷史悠久、品質(zhì)上乘[3-4]，被認(rèn)為是石斛中的極品，但由于本種野生資源稀少、植株矮小、生長(zhǎng)緩慢、人工栽培難度大，難以進(jìn)行大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化推廣[5]，因此對(duì)霍山石斛進(jìn)行改良具有重大的產(chǎn)業(yè)價(jià)值。鐵皮石斛（Dendrobium officinale）是藥用栽培最為廣泛的品種之一，與霍山石斛有較近的親緣關(guān)系[6]，相對(duì)霍山石斛，鐵皮石斛具有環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、生長(zhǎng)迅速、生物產(chǎn)量大、規(guī)?；耘喑墒斓葍?yōu)點(diǎn)，但由于產(chǎn)業(yè)規(guī)模擴(kuò)大過(guò)快，品質(zhì)參差不齊，鐵皮石斛單價(jià)逐年下跌，因此對(duì)鐵皮石斛進(jìn)行品質(zhì)改良是鐵皮石斛產(chǎn)業(yè)研究的重點(diǎn)之一[7]。

有性雜交是品種改良的有效途徑之一，雜交親本的遺傳多樣性是有性雜交實(shí)施的基礎(chǔ)，利用不同親本進(jìn)行雜交可以得到較為豐富的F1代分離群體，篩選優(yōu)良種質(zhì)[8]。石斛屬植物為蘭科附生蘭類(lèi)，普遍存在生長(zhǎng)緩慢、對(duì)環(huán)境敏感，自然狀態(tài)下種子萌發(fā)率低的特點(diǎn)[9-10]，加上近年來(lái)破壞性采集嚴(yán)重，野生石斛資源已較為罕見(jiàn)。特別是霍山石斛，其分布地域窄，僅見(jiàn)于安徽及河南少部分地區(qū)[11]，種群遺傳多樣性指數(shù)處于極低水平[12]，這些特性使得霍山石斛進(jìn)行種內(nèi)雜交的有效性大大降低。利用種間雜交可使不同物種優(yōu)良特性重組，擴(kuò)大遺傳變異，從而創(chuàng)造新的種質(zhì)。研究表明石斛屬植物種內(nèi)和種間雜交的親和力均較高，可進(jìn)行廣泛的雜交[13-18]。此前，本課題組進(jìn)行了大量的藥用石斛種間雜交試驗(yàn)[19-20]，獲得了霍山石斛與鐵皮石斛正反交組合的無(wú)菌萌發(fā)植株，并利用SSR分子標(biāo)記對(duì)霍山石斛和鐵皮石斛正反交后代進(jìn)行了雜種鑒定[21]，對(duì)已鑒定為陽(yáng)性的真雜種進(jìn)行了單株組培快繁，形成性狀一致的單株克隆株系。本試驗(yàn)隨機(jī)選取8個(gè)株系，對(duì)其及親本的組培生長(zhǎng)量、栽培生長(zhǎng)量、植株表型性狀、品質(zhì)性狀及多糖含量進(jìn)行測(cè)定和分析，以期篩選出優(yōu)于父母本的新種質(zhì)，為藥用石斛屬植物的品種改良提供理論依據(jù)和技術(shù)參考。

1? 材料與方法

1.1? 材料

以鐵皮石斛為母本，霍山石斛為父本，雜交F1代株系中隨機(jī)選取8份（TH29、TH31、TH25、TH9、TH23、TH7、TH32、TH13）以及2個(gè)親本，共10份為供試材料，所有材料均保存于三明市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院藥用植物研究所實(shí)驗(yàn)室及種質(zhì)資源圃。

1.2? 方法

1.2.1? 生長(zhǎng)量的測(cè)定? 以鐵皮石斛、霍山石斛及其雜交F1代株系的無(wú)菌苗為材料，剪成單節(jié)莖段，接種于培養(yǎng)基1/2MS+6-BA 2 mg/L+NAA 0.2 mg/L+香蕉泥50 g/L+糖30 g/L+AC 1 g/L中，每種材料接種5瓶，每瓶20個(gè)莖段，3個(gè)生物學(xué)重復(fù)。接種4個(gè)月后統(tǒng)計(jì)組培苗的生長(zhǎng)量，移栽6個(gè)月后統(tǒng)計(jì)移栽苗生長(zhǎng)量。生長(zhǎng)量（g）=處理后的重量處理前的重量。

1.2.2? 組培苗、移栽苗植株形態(tài)分析? 組培苗植株形態(tài)測(cè)定：莖段接種4個(gè)月后，每份材料隨機(jī)選取組培苗10株，對(duì)組培苗的株高、葉數(shù)、葉長(zhǎng)、葉寬（從下至上第3片葉）、根數(shù)、根長(zhǎng)（最長(zhǎng)根）、單株鮮重、葉幅、莖粗進(jìn)行觀測(cè)，3個(gè)生物學(xué)重復(fù)。

移栽苗植株形態(tài)測(cè)定：組培苗移栽6個(gè)月后，每份材料隨機(jī)選取10株，對(duì)移栽苗的株高、葉數(shù)、葉長(zhǎng)、葉寬（從下至上第3片葉）、根數(shù)、根長(zhǎng)（最長(zhǎng)根）、單株鮮重、葉幅、莖粗進(jìn)行觀測(cè)，3個(gè)生物學(xué)重復(fù)。

組培苗和移栽苗的部分性狀測(cè)定參照《石斛蘭種質(zhì)資源描述規(guī)范和數(shù)據(jù)質(zhì)量控制規(guī)范》[22]進(jìn)行。

統(tǒng)計(jì)各性狀的雜種指數(shù)HI（hybrid index）[23]：HI=100×（Hi–Mi1）/（Mi2–Mi1）。其中，Hi為雜交種平均值，Mi1為母本平均值，Mi2為父本平均值。HI介于45與55之間屬中間性狀，HI<45為偏母本性狀，HI >55為偏父本性狀，HI >100或HI<0為超親偏離性狀。

1.2.3? 移栽苗多糖分析? 移栽6個(gè)月后，每份材料隨機(jī)選取10株，剪取地上部，50 ℃烘干，粉碎，參照2015版《中華人民共和國(guó)藥典》[24]測(cè)定多糖含量，3個(gè)生物學(xué)重復(fù)。

1.3? 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2003軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，采用SPSS 19.0軟件進(jìn)行單因素方差分析，采用DPS 7.05進(jìn)行相關(guān)分析。

2? 結(jié)果與分析

2.1? 生長(zhǎng)量分析

莖段接種4個(gè)月后，組培苗移栽6個(gè)月后，統(tǒng)計(jì)生長(zhǎng)量，結(jié)果見(jiàn)表1。從表1可以看出，母本鐵皮石斛的組培生長(zhǎng)量為0.19 g，父本霍山石斛的組培生長(zhǎng)量為0.15 g，8個(gè)株系的組培生長(zhǎng)量變幅為0.15～0.69 g，平均生長(zhǎng)量為0.43 g，6個(gè)株系的生長(zhǎng)量高于親本，且HI<0，占75.00%，TH23、TH9與親本差異顯著。

母本鐵皮石斛栽培生長(zhǎng)量為0.06 g，父本霍山石斛栽培生長(zhǎng)量為0.04 g，各株系的移栽生長(zhǎng)量變幅為0.03～0.44 g，平均生長(zhǎng)量為0.16 g，6個(gè)株系的移栽生長(zhǎng)量高于親本，占75.00%，TH7與親本的差異顯著。

2.2? 組培苗表型性狀差異及雜種指數(shù)分析

莖段接種后，節(jié)間萌出新芽，4個(gè)月對(duì)再生苗（圖1）表型性狀進(jìn)行測(cè)定，計(jì)算各株系的雜種指數(shù)，其結(jié)果見(jiàn)表2。

2.2.1? 株高? 8個(gè)雜交F1代株系的株高高于親本，與親本差異顯著或極顯著，HI<0，表現(xiàn)為超親。

2.2.2? 葉數(shù)? 6個(gè)雜交F1代株系的葉片數(shù)低于親本，TH9與親本差異顯著，2個(gè)雜交F1代株系介于兩親本之間。

2.2.3? 葉長(zhǎng)? 8個(gè)雜交F1代株系高于親本，HI<0，表現(xiàn)為超親，7個(gè)株系與親本差異顯著或極顯著。

2.2.4? 葉寬? 8個(gè)雜交F1代株系高于親本，HI<0，表現(xiàn)為超親，7個(gè)株系與親本差異顯著或極顯著。

2.2.5? 根數(shù)? 7個(gè)雜交F1代株系高于親本，HI<0，表現(xiàn)為超親，占87.50 %，2個(gè)株系與親本的差異顯著或極顯著。

2.2.6? 根長(zhǎng)? 8個(gè)雜交F1代株系高于親本，HI<0，表現(xiàn)為超親，2個(gè)株系與親本差異顯著。

2.2.7? 鮮重? 6個(gè)雜交F1代株系高于親本，5個(gè)株系的HI<0，表現(xiàn)為超親，占62.50%。

2.2.8? 冠幅? 8個(gè)雜交F1代株系高于親本，HI>100，表現(xiàn)為超親，5個(gè)株系與親本差異顯著或極顯著。

2.2.9? 莖粗? 4個(gè)雜交F1代株系高于親本，HI<0，表現(xiàn)為超親，占50.00%。

從雜種指數(shù)平均值看，9個(gè)表型性狀中，8個(gè)表型性狀株高、葉數(shù)、葉長(zhǎng)、葉寬、根數(shù)、根長(zhǎng)、鮮重和冠幅的HI>100或HI<0，為超親偏離性狀，占88.89%。

2.3? 組培苗表型性狀相關(guān)分析

F1代及親本組培苗表型性狀相關(guān)分析結(jié)果見(jiàn)表3?？梢?jiàn)，株高與葉長(zhǎng)、葉寬、冠幅、根長(zhǎng)、鮮重呈極顯著或顯著正相關(guān);葉片數(shù)與葉長(zhǎng)呈極顯著負(fù)相關(guān);葉長(zhǎng)與葉寬、冠幅、根長(zhǎng)呈極顯著或顯著正相關(guān);葉寬與根長(zhǎng)、鮮重、冠幅呈極顯著或顯著正相關(guān);根數(shù)與鮮重呈顯著正相關(guān);鮮重與株高、葉寬、根數(shù)、莖粗呈顯著正相關(guān);冠幅與株高、葉長(zhǎng)、葉寬呈極顯著或顯著正相關(guān)。

2.4? 移栽苗植株表型性狀及雜種指數(shù)分析

組培苗移栽6個(gè)月后（圖2），各株系及親本表型性狀測(cè)定及雜種指數(shù)分析結(jié)果見(jiàn)表4。

2.4.1? 株高? 2個(gè)雜交F1代株系高于親本，HI<0，表現(xiàn)為超親，占25.00%。

2.4.2? 葉數(shù)? TH32高于親本，HI<0，表現(xiàn)為超親，占12.50%。

2.4.3? 葉長(zhǎng)? 8個(gè)雜交F1代株系高于親本，HI<0，表現(xiàn)為超親。

2.4.4? 葉寬? 8個(gè)雜交F1代株系高于親本，HI<0，表現(xiàn)為超親，TH23與親本差異顯著。

2.4.5? 根數(shù)? TH25高于親本，HI<0，表現(xiàn)為超親，占12.50%。

2.4.6? 根長(zhǎng)? 8個(gè)雜交F1代株系高于親本，HI<0，表現(xiàn)為超親，TH25、TH7與親本的差異顯著。

2.4.7? 鮮重? 6個(gè)雜交F1代株系高于親本，HI<0，表現(xiàn)為超親，占75.00%。

2.4.8? 冠幅? 8個(gè)雜交F1代株系高于親本，HI<0，表現(xiàn)為超親。

2.4.9? 莖粗? 4個(gè)雜交F1代株系高于親本，HI<0，表現(xiàn)為超親，占50.00%。

從雜種指數(shù)平均值看，9個(gè)表型性狀中葉長(zhǎng)、根長(zhǎng)、鮮重、冠幅4個(gè)性狀的HI<0，表現(xiàn)為超親，占44.44%。

2.5? 移栽苗多糖含量分析

本研究對(duì)移栽6個(gè)月的雜交F1代株系及親本的多糖含量進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果見(jiàn)表5。從表5可以看出，雜交F1代7個(gè)株系多糖含量高于親本，方差分析結(jié)果表明，7個(gè)株系與親本的差異顯著或極顯著。從雜種指數(shù)看，7個(gè)株系多糖含量的HI<0，表現(xiàn)為超親，占87.5%。

2.6? 移栽苗性狀相關(guān)分析

F1代及親本移栽苗9個(gè)表型性狀及品質(zhì)性狀多糖含量的相關(guān)分析結(jié)果見(jiàn)表6。從表6可以看出，株高與葉長(zhǎng)、葉寬、鮮重、冠幅、莖粗、葉片數(shù)呈顯著或極顯著正相關(guān);鮮重與株高、葉長(zhǎng)、葉寬、根長(zhǎng)、冠幅、莖粗呈顯著或極顯著正相關(guān);多糖含量與其他表型性狀相關(guān)程度低。

3? 討論

霍山石斛植株矮小，生長(zhǎng)緩慢，如何提高其生長(zhǎng)量是其重要育種目標(biāo)之一。雖然利用傳統(tǒng)雜交優(yōu)勢(shì)改良藥用植物品種在藥理藥效和實(shí)證性等方面還有待驗(yàn)證，但利用雜種優(yōu)勢(shì)改良品種將是培育藥用石斛種質(zhì)的新趨勢(shì)。蔡永萍等[25]利用霍山石斛與銅皮石斛進(jìn)行雜交，發(fā)現(xiàn)其F1代生長(zhǎng)量介于兩親本之間，高于母本霍山石斛，接近父本銅皮石斛。本研究對(duì)鐵皮石斛、霍山石斛及其雜交F1代株系的組培苗及栽培苗生長(zhǎng)量測(cè)定表明，各株系的組培生長(zhǎng)量差異顯著，最大生長(zhǎng)量是母本鐵皮石斛的3.63倍，父本霍山石斛的4.60倍，移栽6個(gè)月后各株系最大生長(zhǎng)量是母本鐵皮石斛的7.33倍，父本霍山石斛的11.00倍。鐵皮石斛、霍山石斛雜交F1代生長(zhǎng)量無(wú)論在組培還是栽培階段均表現(xiàn)明顯的超親優(yōu)勢(shì)。而在組培階段考察的9個(gè)表型性狀中，8個(gè)性狀表現(xiàn)為超親，占總數(shù)的88.89%;在栽培苗階段4個(gè)表型性狀表現(xiàn)為超親，占總數(shù)的44.44%。相對(duì)霍山石斛與銅皮石斛F1代[25]，鐵皮石斛與霍山石斛的雜交后代在生長(zhǎng)量方面表現(xiàn)更為顯著的雜種優(yōu)勢(shì)。

多糖是石斛屬植物的主要活性成分，具有較高的藥用價(jià)值，是評(píng)價(jià)石斛品質(zhì)的重要指標(biāo)。王濤等[13]對(duì)鐵皮石斛、重唇石斛及其F1代石斛堿、石斛多糖含量進(jìn)行測(cè)定發(fā)現(xiàn)，雜交F1代有3.00%的單株多糖含量超過(guò)兩親本，7.00%的單株多糖含量低于兩親本，90.00%的單株多糖含量介于雙親之間。汪曙等[14， 16]、蔡永萍等[25]對(duì)霍山石斛、銅皮石斛雜交種與其親本多糖含量變化規(guī)律研究發(fā)現(xiàn)，1年莖多糖含量雜交石斛高于兩親本，2～3年莖多糖含量低于兩親本。本研究對(duì)鐵皮石斛、霍山石斛及其雜交F1代移栽6個(gè)月后的株系多糖含量進(jìn)行了比較，發(fā)現(xiàn)各株系多糖含量差異顯著，雜交F1代多糖最高含量分別是母本鐵皮石斛的1.96倍，父本霍山石斛的3.24倍，雜交F1代考察的8個(gè)株系中，7個(gè)株系的多糖含量表現(xiàn)超親，占87.50%，僅1個(gè)株系介于兩親本之間，占12.50%，同霍山石斛與銅皮石斛雜交后代1年莖表現(xiàn)相似，但優(yōu)于2～3年莖[14， 16， 25]及鐵皮石斛與重唇石斛雜交F1代[13]。

與此前石斛種間雜交不同的是[13-14， 16， 25]，本研究是在SSR分子標(biāo)記篩選石斛種間雜交后代陽(yáng)性真雜種的基礎(chǔ)上[21]，利用組織培養(yǎng)技術(shù)培育性狀一致的單株克隆株系進(jìn)行的一系列分析。結(jié)果表明，無(wú)論在含量還是產(chǎn)量方面，石斛種間雜交后代均存在較大的雜種優(yōu)勢(shì)。合理利用石斛種間雜種優(yōu)勢(shì)，將有效推動(dòng)藥用石斛產(chǎn)量與品質(zhì)的發(fā)展。

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