秋子梨野生種和部分栽培品種交配親和性研究

摘 要：以秋子梨(Pyrus ussuriensis Maxim.)為試材，進(jìn)行了花粉育性和交配親和性研究。結(jié)果表明，參試的32份資源中有53％為雄性不育類型，可育品種間的花粉生活力存在明顯差異，人工催花的花粉生活力低于自然開花，但對授粉結(jié)實無顯著影響。南果梨、蘋香梨、寒香梨等大部分栽培品種及山梨5個株系(野生秋子梨)都表現(xiàn)為自交不親和。紅花蓋梨花期自交能夠結(jié)實，但所結(jié)果實的種子不正常，為假親和。龍香梨有一定自交結(jié)實力，花期人工自交花序坐果率達(dá)23.3％。部分具有自交不親和性的梨品種蕾期自交授粉可提高結(jié)實率，但盛花后期授粉無顯著影響。梨子代品種與親代間互交，大部分組合表現(xiàn)親和。南果梨×寒紅梨組合交配親和，但反交不親和。梨同一類型不同品種間雜交結(jié)實正常，但親本與其芽變品種間交配不親和。

關(guān)鍵詞：秋子梨；自交不親和；交配親和性；自交授粉

中圖分類號：S661．2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-9980(2007)04-427-06

植物交配親和性是物種長期進(jìn)化過程中形成的遺傳特性，其中自交不親和(Self-incompatibily，SI)是植物保持遺傳變異和物種優(yōu)化的重要機制，在植物界中廣泛存在。據(jù)統(tǒng)計，有74科超過3000種顯花植物存在自交不親和現(xiàn)象，超過1／2的被子植物存在SI。SI可確保植物有性后代的遺傳雜合性，提高實生苗的生存競爭力，對作物育種和栽培具有明顯影響，因此近年來有關(guān)SI的研究已成為植物生殖生物學(xué)和分子生物學(xué)領(lǐng)域研究的熱點。

梨是溫帶重要的落葉果樹。我國栽培的4個梨品種系統(tǒng)中，砂梨、白梨和西洋梨的SI遺傳機制和S基因(S-RNase基因，簡稱S基因)鑒定等方面在國內(nèi)外已有大量研究。譚曉風(fēng)等和烏云塔娜等對中國砂梨和白梨品種基因組進(jìn)行了PCR-RFLP系統(tǒng)檢測和DNA序列分析，分別發(fā)現(xiàn)了7個和3個新的S基因，但有關(guān)秋子梨的S1分子機理、S基因等方面研究卻鮮有報道。我們通過對野生秋子梨及部分栽培品種的育性調(diào)查，蕾期、盛花期和盛花后期自交，以及芽變品種與親本品種、親子代品種和同一類型不同品種間的雜交，對花粉育性和交配親和性進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，以期為秋子梨品種的遺傳改良、高效栽培和SI的深入研究提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1．1 材料

供試的秋子梨資源全部取自國家果樹種質(zhì)公主嶺寒地果樹圃，包括南果梨、大南果、蘋香梨、謝花甜、寒香梨、紅花蓋、寒紅梨、長尖把、晚香梨和野生秋子梨株系等32個秋子梨品種(系)。試驗樹均為10 a以上的成齡樹。交配親和性試驗每份試材選取3株，單株重復(fù)，每重復(fù)選10個花序，每花序選3朵花授粉鑒定。

1．2 試驗方法

1．2．1 花粉采集 在吉林省公主嶺地區(qū)，于4月中旬采集供試秋子梨的健壯花枝，每份材料20枝以上，在溫室中液體(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10％蔗糖，0.1％硼砂)培養(yǎng)。于開花前1 d采集花藥，在20～25℃條件下陰干后篩去花藥壁和花絲，收集花粉于小瓶中備用。授粉前用I-KI染色法鑒定花粉生活力，除去無花粉或花粉敗育材料。

1．2．2 花粉育性調(diào)查 試驗于2005－2006年通過田間花期花朵的散粉情況觀察，花藥、花粉形態(tài)顯微觀察和KI染色法鑒定，調(diào)查了參試資源的花粉育性。采用上述溫室催花采集的花粉與田間自然開花采集的花粉，通過花粉形態(tài)和萌發(fā)率調(diào)查，分析了催花處理對梨花粉的影響。

1．2．3 自交親和性調(diào)查 試驗于梨樹開花前2 d(蕾期)、開花當(dāng)天(盛花期)和開花后3 d(盛花期后期)進(jìn)行不同花期的人工自交，探討梨樹自交親和性和授粉時期對自交結(jié)實率的影響。每株樹各授粉處理分別選10個花序，每花序根據(jù)花蕾形態(tài)選留3個適宜大小的花蕾去雄，用預(yù)先采集的花粉按試驗設(shè)計人工自交，摘除其余花蕾后套袋隔離，掛好標(biāo)簽。開花1周后摘除隔離袋第1次調(diào)查坐果率：5月30日生理落果前第2次調(diào)查坐果率；7月5日生理落果后第3次調(diào)查坐果率；果實采收前調(diào)查結(jié)實率。采收后調(diào)查果實的結(jié)子率和種子發(fā)育狀態(tài)。

1．2．4 親子代品種間雜交授粉試驗 以蘋果梨和蘋香梨(蘋果梨實生)、蘋香梨和寒香梨(延邊大香水×蘋香梨)，南果梨和寒紅梨(南果梨×?xí)x酥)3對具有親子關(guān)系的品種為試材，通過相互雜交授粉探討了秋子梨親子代間的交配親和性。試驗方法和步驟與盛花期自交授粉相同。

1．2．5 同類型的品種間雜交授粉試驗 于2005－2006年連續(xù)2年選擇尖把梨類的長把子、尖把子和軟把子3個品種，花蓋梨類的紅花蓋、花蓋和凍花蓋3個品種，進(jìn)行了同類品種間交配親和性試驗，探討了同一類型品種間的交配親和性。試驗方法和步驟與盛花期自交授粉相同。

1．2．6 芽變品種間交配親和性試驗 以南果梨及其芽變品種大南果梨和油紅梨為試材。通過相互雜交授粉，探討了親本與芽變品種間的交配親和性。試驗方法和步驟與盛花期自交授粉相同。

2 結(jié)果與分析

2．1 秋子梨品種花粉育性調(diào)查分析

2年田間花期觀察和室內(nèi)的花粉質(zhì)量鑒定表明，參試資源中馬蹄黃、糖梨、山鴨梨、麻梨、青皮脆、軟把子、尖把子、紅糖梨、酸梨鍋、凍花蓋、花蓋、葫蘆梨、大香水、小香水、八里香、澀梨、早白梨等17個秋子梨系品種，花藥干癟不開裂，鏡檢花藥內(nèi)無花粉，屬雄性不育類型，占調(diào)查品種(系)的53.1％。栽培品種中存在一定比例雄性不育類型的現(xiàn)象，雖在桃和柿等其他果樹中也有，但像秋子梨栽培品種內(nèi)具有這樣高的比例，且遠(yuǎn)高于野生秋子梨群體內(nèi)的不育株率的現(xiàn)象卻很難解釋，有待進(jìn)一步研究。

田間自然開花和溫室催花處理采集花粉的萌發(fā)率(如圖1所示)。結(jié)果表明，同品種2種方式采集的花粉質(zhì)量存在明顯差異，田間自然開花的花粉生活力顯著高于催花花粉，說明離體催花雖能促早開花．形成正常的可育花粉，但對花粉萌發(fā)率影響較大。影響程度隨品種而異，對紅花蓋梨影響較小，僅比自然開花低3.47個百分點；對寒紅梨影響較大，相差達(dá)21.6個百分點。參試品種間花粉生活力差異較大，2種方式采集的花粉都以紅花蓋梨生活力最高，分別為44.72％和41.25％；野生秋子梨株系山梨最低，分別為12.88％、5.24％。分析認(rèn)為雖然催花處理的花粉生活力相對較低，但梨樹花粉的數(shù)量較大，仍可滿足梨樹授粉受精的需要，在雜交育種和交配親和性研究時仍可采用催花措施獲得所需花粉。

2．2 秋子梨品種自交親和性

2．2．1 秋子梨品種自交親和性分析 32個參試秋子梨品種(系)(包括花藥敗育品種)盛花期人工自花授粉坐果情況的調(diào)查結(jié)果(如表1所示)。觀察發(fā)現(xiàn)，所有供試品種在開花后7 d摘袋時調(diào)查，自交果實都發(fā)育良好，無脫落現(xiàn)象。此結(jié)果表明，雖然在自然條件下花后7 d大部分授粉受精不良的花朵花柄發(fā)黃脫落，但人工授粉的花朵由于套袋的影響脫落推遲，此時調(diào)查不能真實反應(yīng)秋子梨的交配親和性。5月30日調(diào)查，除紅花蓋和龍香外其他品種的自交果實全部脫落，坐果率為0，表現(xiàn)不結(jié)實。在參試品種(系)中。野生秋子梨、南果梨、油紅梨、蘋香梨、寒香梨、長把子、晚香、謝花甜、寒紅梨等花粉發(fā)育正常。白花授粉不結(jié)實的原因可能為自交不親和：馬蹄黃、大香水、小香水、花蓋等品種雄性敗育，白花授粉不結(jié)實與SI無關(guān)，但可說明梨雄性敗育類型無單性結(jié)實能力。紅花蓋和龍香梨7月5日調(diào)查的花序坐果率、花序坐果數(shù)和花朵坐果率與5月30日調(diào)查基本相似，但坐果率顯著低于人工授粉和自然雜交，疏花后自交(每花序留3朵花)坐果率僅為10％和15％，而親和性較好組合疏花后花朵雜交坐果率一般為60％以上，高者達(dá)100％。

2．2．2 秋子梨花朵不同發(fā)育時期自交親和性分析參試秋子梨花朵不同發(fā)育時期自交的坐果情況調(diào)查結(jié)果見表2。可以看出，采收前調(diào)查在參試的15個秋子梨品種(系)中，山梨3、山梨4、山梨5、南果梨、油紅、蘋香梨、寒香梨、長把子、晚香、謝花甜、寒紅梨在花朵的3個發(fā)育時期自交都不結(jié)實，表現(xiàn)為高度的SI。其余4個品種(系)雖然可自交結(jié)實，但結(jié)實率顯著低于自然授粉和雜交的，而且不同時期授粉的結(jié)實率也有所不同。野生秋子梨1號和2號僅蕾期自交結(jié)實，花朵坐果率均為1.11％；栽培品種紅花蓋蕾期和花期自交都能結(jié)實，花朵坐果率分別為2.33％和10％；龍香在3個時期自交都能結(jié)實，但以花期最高，蕾期、花期和盛花后期花朵坐果率分別為5.57％、15.67％和17.7％。

參試秋子梨自交果實和種子發(fā)育情況的調(diào)查結(jié)果見表3。可以看出，龍香在花朵發(fā)育3個時期自花授粉獲得的27個果實，山梨1和2蕾期自花授粉形成的2個果實，發(fā)育都基本正常，果內(nèi)都有一定數(shù)量飽滿種子。說明龍香具有一定自交親和性：野生類型山梨1和山梨2花期自交不結(jié)實屬于SI，通過蕾期人工自交可能打破SI。紅花蓋自然雜交果實種子發(fā)育正常，但自交獲得的11個果實，除蕾期的1個果實發(fā)育正常有5粒飽滿種子外，其余果實發(fā)育異常，不但果實小而且果內(nèi)種子干癟無生命力。分析認(rèn)為，該品種也具有SI，但SI可能發(fā)生在受精卵的發(fā)育過程中，與授粉受精過程無關(guān)。

2．3 梨親子代品種間交配親和性分析

3對具有親子代關(guān)系的品種相互問交配結(jié)實情況的調(diào)查結(jié)果見表4。可以看出，除南果梨和寒紅梨外，其余2對具有親子關(guān)系的品種問相互雜交的花朵坐果率和花序坐果率都較高。特別是蘋果梨和蘋香梨間的正反交組合花序坐果率超過80％，花朵坐果率超過50％。南果梨和寒紅梨間雜交表現(xiàn)為單向親和，南果梨×寒紅梨的坐果正常，花序坐果率93.3％；反交則表現(xiàn)不親和，坐果率為0。根據(jù)植物自交不親和遺傳機制，自花授粉或S基因型相同2品種問交配不親和，蘋香梨與寒香梨、蘋果梨與蘋香梨、寒紅梨與南果梨間交配親和，說明S基因型不同。寒紅梨和南果梨育性正常，但正反交間親和性不同，其原因還有待進(jìn)一步研究。

2．4 同類型品種間的交配親和性研究

連續(xù)2年選擇尖把梨類和花蓋梨類品種間交配親和性調(diào)查結(jié)果見表5。可以看出，雖然同一組合年份間的花序坐果率、花序坐果數(shù)和花朵坐果率有所不同，但參試組合都能結(jié)實。特別是2005年4個組合花序坐果率都在80％以上，交配親和性良好。這說明長把子與尖把子、軟把子，紅花蓋與花蓋、凍花蓋品種問的S基因型可能不同，相互雜交親和性正常。梨同類品種間交配親和，如果花粉育性正常，栽培中可互作授粉樹。

2．5 秋子梨芽變品種間交配親和性研究

在參試品種中，大南果梨和油紅梨是南果梨芽變，2005和2006年進(jìn)行了3個品種的相互雜交。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，南果梨和油紅梨、南果梨和大南果梨、油紅梨和大南果梨相互雜交的坐果率全部為0，表現(xiàn)為交配不親和。說明大南果和油紅梨的S基因型與親本南果梨相同，芽變未引起S基因的改變，相互交配不親和。所以，梨起源同親本的芽變品種間，以及它們與原親本品種間如果不發(fā)生S基因的變異，栽培中不能互作授粉樹。

3 討論

3．1 秋子梨自交不親和的遺傳機制

植物自交不親和可分為孢子體自交不親和(Sporophytic Self-incompatibility，SSI)和配子體自交不親和(Gametophytic Self-incompatibility，GSI)2類．其中SSI類型的品種問只要S基因有一個相同交配就不親和，通常在子代與親本品種間雜交不結(jié)實：GSI類型的品種問S基因型必須完全相同交配才不親和，通常子代與親本品種間雜交結(jié)實正常。試驗中的寒香梨是蘋香梨雜交后代，蘋香梨是蘋果梨自然實生后代，由于蘋香梨與寒香梨、蘋果梨與蘋香梨間相互授粉親和性良好、結(jié)實正常，此結(jié)果可間接的驗證秋子梨的自交不親和遺傳機制屬于GSI。

3．2 南果梨S基因型構(gòu)成

南果梨是秋子梨系品種中的優(yōu)良的地方品種，寒紅梨由南果梨與晉酥種間雜交選育而成。試驗中南果梨與寒紅梨雜交表現(xiàn)為單向親和，即南果梨×寒紅梨時結(jié)實正常，而寒紅梨×南果梨時在生理落果前全部脫落表現(xiàn)為不親和。原因可能有2種解釋，其一為南果梨S基因型是由1對相同的等位基因組成；其二為南果梨1對S等位基因中，與寒紅梨不同的1個基因不能形成正常雄配子，在授粉受精過程中不起作用。根據(jù)植物GSI遺傳機制，相同S基因型的雌雄配子交配不親和，即不會產(chǎn)生S基因相同的純合個體，因此第1種解釋很難成立。第2種解釋是否成立以及南果梨S基因型組成及其起源還有待進(jìn)一步研究。

3．3 紅花蓋及其他秋子梨品種(類型)自交不親和發(fā)生機制

梨的自交不親和性與茄科植物的作用機制相似，花柱中的s糖蛋白具有識別花粉功能，能特異降解與其S基因型相同花粉管中的RNA。在花粉管生長過程中不能合成新的RNA，從而抑制花粉管在花柱中的生長，無法完成受精過程而表現(xiàn)為不親和。試驗中絕大多數(shù)秋子梨栽培品種和野生株系，自花授粉后的花朵在膨大生長前全部脫落，說明自交不親和可能發(fā)生于合子形成前的授粉受精過程。紅花蓋梨花期白花授粉不但能坐果，且果實不脫落，表明自交果已完成授粉受精過程。但自交果實果個小、無正常種子。據(jù)此可以推論，紅花蓋可能也是SI類型，但自交不親和可能發(fā)生在受精卵生長發(fā)育的早期。

4 結(jié)論

1)秋子梨栽培品種中，存在較大比例的花粉敗育類型，不育品種表現(xiàn)為花藥干癟，內(nèi)無花粉。

2)秋子梨資源問花粉育性差異較大，人工催花的花粉生活力低于自然開花花粉，但對授粉效果影響不大。

3)秋子梨大部分品種自交不結(jié)實，存在明顯的SI現(xiàn)象，無單性結(jié)實能力。秋子梨花朵不同發(fā)育時期自交授粉，對結(jié)實率影響不明顯，蕾期授粉僅能改變部分栽培品種和野生類型自交親和性，獲得極少量的自交種子。

4)秋子梨子代與親本品種間，以及同類品種間雜交結(jié)實基本正常，無明顯的不親和現(xiàn)象，生產(chǎn)中可作為授粉品種配置在同一果園內(nèi)，或用做育種親本配組雜交。

5)秋子梨芽變類型與親本品種間S基因型未發(fā)生改變，相互雜交不親和，不能互為授粉樹，也不能用做育種親本配組雜交。