杜鵑花品種間雜交F1代主要形態(tài)性狀變異1)

蘇鳴 夏溪 張春英 奉樹(shù)成 倪穗

(寧波大學(xué)，寧波，315800)(上海植物園)(寧波大學(xué))

杜鵑花是杜鵑花科(Ericaceae)杜鵑花屬(Rhododendron)植物的總稱，是著名觀賞植物類群、我國(guó)十大名花之一[1]。杜鵑花資源豐富，觀賞價(jià)值高，是城市綠化、庭院美化的重要植物類群。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全世界杜鵑花屬植物約967種，其中562種原產(chǎn)中國(guó)[2]，我國(guó)西南山區(qū)是杜鵑花資源最重要的發(fā)源地和集聚中心[3]。根據(jù)英國(guó)皇家園藝學(xué)會(huì)(RHS)統(tǒng)計(jì)，全世界登錄的杜鵑花品種已經(jīng)超過(guò)3萬(wàn)種，但是絕大多數(shù)杜鵑花品種卻源自歐美和日本[4-6]。雖然近年來(lái)我國(guó)陸續(xù)有杜鵑花新品種推出[7-9]，但是截至2020年國(guó)家林業(yè)和草原局植物新品種保護(hù)辦公室審定的杜鵑花品種數(shù)量剛剛突破百種。

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)水平的提高、生態(tài)文明和美麗中國(guó)建設(shè)的推進(jìn)，人們對(duì)觀賞植物品種多樣性的需求不斷增加。我國(guó)長(zhǎng)江流域及以南地區(qū)園林綠地中應(yīng)用最多的杜鵑花是錦繡杜鵑(Rhododendronpulchrum)類品種[10]，抗性強(qiáng)，栽培容易，在綠化市場(chǎng)備受青睞。由于國(guó)內(nèi)露地栽培杜鵑花抗逆好的品種少，可用于綠地栽培的杜鵑花品種十分單調(diào)，無(wú)法滿足綠地品種多樣性的需求，因此如何快速培育特色各異的抗逆品種成為杜鵑花產(chǎn)業(yè)發(fā)展亟待解決的問(wèn)題。目前，雜交育種是國(guó)內(nèi)外杜鵑花新品種培育中最有效、最常用的方法之一[10]。雜交后代主要性狀變異規(guī)律的預(yù)測(cè)是親本選配和提高育種效率的關(guān)鍵。常見(jiàn)觀賞植物如菊花(Chrysanthemumspp.)[12]、紫薇(Lagerstroemiaspp.)[13]、月季(Rosaspp.)[14]、百合(Liliumspp.)[15]等雜交子代性狀變異規(guī)律均有大量研究，關(guān)于杜鵑花雜交后代性狀變異分析的文獻(xiàn)卻很少，僅見(jiàn)劉曉青等[16]對(duì)23個(gè)雜交組合F1代主要觀賞性狀的遺傳表現(xiàn)進(jìn)行了簡(jiǎn)單分析，馬紹宇等[17]對(duì)高山杜鵑1個(gè)雜交群體F1代主要觀賞性狀的遺傳分析，de Keyser et al.[18]對(duì)4個(gè)常綠杜鵑雜交組合F1代的花及葉片特征進(jìn)行了QTL定位圖像分析。因此，本研究選擇了抗逆性較好的杜鵑花品種作為親本進(jìn)行雜交，并獲得雜交子代開(kāi)花植株。對(duì)3組杜鵑花品種間雜交F1代主要形態(tài)性狀進(jìn)行觀測(cè)，分析雜交后代主要形態(tài)性狀變異特點(diǎn)及規(guī)律，為杜鵑花新品種選育和雜交親本的合理選配提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

杜鵑花品種‘紫鶴’(Rhododendronpulcherum‘Zihe’)與‘紅蘋(píng)果’(Rh. ‘Red Apple’)、‘白鶴’(Rh. pulcherum ‘Baihe’)與‘粉紅泡泡’(Rh. ‘Pink Bubble’)、‘紫波’(Rh. ‘Zibo’)與‘麒麟’(Rh. ‘Kirin’)3組雜交組合的親本及穩(wěn)定開(kāi)花的雜交F1子代植株。雜交于2011年在浙江省寧波市北侖萬(wàn)景杜鵑良種園進(jìn)行，雜交子代在2015年3月開(kāi)花。雜交親本的主要形態(tài)特征見(jiàn)圖1和表1。

a.‘紫鶴’；b.‘紅蘋(píng)果’；c.‘白鶴’；d.‘粉紅泡泡’；e.‘紫波’；f.‘麒麟’。

表1 杜鵑品種間雜交親本的主要形態(tài)特征

1.2 試驗(yàn)方法

表型性狀的選取：2018—2019年對(duì)3組雜交組合的親本及部分F1子代的表型性狀進(jìn)行調(diào)查和統(tǒng)計(jì)。根據(jù)中華人民共和國(guó)林業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)LY/T 1852—2009《植物新品種特異性、一致性、穩(wěn)定性測(cè)試指南 杜鵑花屬 映山紅亞屬和羊躑躅亞屬》中相關(guān)內(nèi)容選取5個(gè)數(shù)量性狀，4個(gè)質(zhì)量性狀，共計(jì)9個(gè)性狀進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，其中花性狀6個(gè)，葉性狀3個(gè)(見(jiàn)表2)。

數(shù)據(jù)采集方法：數(shù)量性狀采用直尺直接測(cè)量法，并重復(fù)3次取平均值。統(tǒng)計(jì)花相關(guān)數(shù)據(jù)時(shí)，選擇同一植株不同位置的3朵花進(jìn)行測(cè)量記錄；統(tǒng)計(jì)葉相關(guān)數(shù)據(jù)時(shí)，選擇同一植株上3片從上向下數(shù)第3層成熟無(wú)病害葉片進(jìn)行測(cè)量記錄。質(zhì)量性狀采取觀察分類法，其中花色以《英國(guó)皇家園藝協(xié)會(huì)的色譜》為標(biāo)準(zhǔn)，分為白色、紫粉、紅粉、紅色、紫紅、紫色、復(fù)色共7類，花瓣形狀和花冠類型以中華人民共和國(guó)林業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)LY/T 1852—2009《植物新品種特異性、一致性、穩(wěn)定性測(cè)試指南 杜鵑花屬 映山紅亞屬和羊躑躅亞屬》進(jìn)行分類和數(shù)量化處理，數(shù)據(jù)數(shù)量化編碼見(jiàn)表2。

表2 杜鵑花品種表型性狀分類及編碼

1.3 數(shù)據(jù)分析

中親值：MPS=(P1+P2)/2，P1、P2為親本各表型性狀實(shí)際測(cè)量值。

2 結(jié)果與分析

2.1 花性狀變異

2.1.1 花色

3個(gè)雜交組合的花色變異系數(shù)平均值為38.65%，達(dá)到較大變異水平，不同組合之間差異大(見(jiàn)表3)。其中‘紫波’與‘麒麟’雜交子代的花色變異系數(shù)最大，為52.71%，雙親花色分別是紫紅和紅粉，子代花色分離廣泛，出現(xiàn)了白色、紫粉、紅粉、紅色、紫紅、復(fù)色(整體白色，瓣尖淡粉色)共計(jì)6種花色，所占比例分別是6.50%、25.80%、29.00%、12.90%、6.50%、19.40%，與父本花色相近的紅粉色花數(shù)量最多。‘白鶴’與‘粉紅泡泡’雜交子代的花色變異系數(shù)為36.06%，屬于較大變異。雙親花色為白色和紅粉，子代花色為白色、紫粉和紅粉。子代花色中占比最多的是和父本花色相同的紅粉，為48.40%，新花色“紫粉”占子代總數(shù)的29.00%。‘紫鶴’與‘紅蘋(píng)果’雜交子代的花色變異系數(shù)為27.17%，屬于中等變異，親本花色都是紫紅色，子代花色為紫粉、紫紅和紫色，其中以與親本相同的紫紅最多，占所有子代總數(shù)的66.70%。

2.1.2 花冠裂片內(nèi)紋飾形態(tài)

花冠裂片內(nèi)紋飾形態(tài)是杜鵑花的重要觀賞性狀之一，3個(gè)雜交組合變異程度差異較大(見(jiàn)表4)。其中，‘紫鶴’與‘紅蘋(píng)果’和‘白鶴’與‘粉紅泡泡’2個(gè)組合的親本花冠裂片內(nèi)均有斑點(diǎn)，但是只有‘白鶴’與‘粉紅泡泡’雜交組合出現(xiàn)少量無(wú)斑點(diǎn)子代，占總數(shù)的6.45%，變異系數(shù)為12.90%。父本‘麒麟’花冠裂片內(nèi)無(wú)斑點(diǎn)，母本‘紫波’花冠裂片內(nèi)有斑點(diǎn)，子代無(wú)斑點(diǎn)和有斑點(diǎn)的植株分別占總數(shù)的38.71%和61.29%，多數(shù)子代具有與母本性狀類似的花冠裂片有斑點(diǎn)的特性。

表3 杜鵑花品種間雜交F1代花色變異情況

表4 杜鵑花品種間雜交F1代花冠裂片內(nèi)斑點(diǎn)變異情況

2.1.3 花冠類型

3個(gè)雜交組合的花冠類型變異系數(shù)差別較大(見(jiàn)表5)。‘紫鶴’與‘紅蘋(píng)果’和‘白鶴’與‘粉紅泡泡’2個(gè)組合的母本均為單瓣，父本均為套筒，但子代花冠類型的分離情況完全不同。‘紫鶴’與‘紅蘋(píng)果’子代全部為與父本相同的套筒花，變異系數(shù)為0，而‘白鶴’與‘粉紅泡泡’組合的變異系數(shù)為35.70%，子代中單瓣和套筒占總數(shù)的比例分別是61.29%和38.71%，多數(shù)子代表現(xiàn)為與母本相同的單瓣花冠類型。‘紫波’與‘麒麟’組合的母本花冠類型為重瓣，父本為套筒，子代花冠類型中單瓣、套筒、半重瓣套筒和重瓣的比例分別是16.13%、35.48%、38.71%、9.68%，其中單瓣和半重瓣套筒是與親本不同的花冠類型，共占子代總數(shù)的54.84%，變異系數(shù)為36.78%，屬于較大變異。

表5 杜鵑花品種間雜交F1代花冠類型變異情況

2.1.4 花瓣形狀

3個(gè)雜交組合親本均為橢圓形花瓣，子代中橢圓形花瓣的數(shù)量占比最大，是77.42%。但是不同雜交組合的子代變異系數(shù)差別較大(見(jiàn)表6)。其中，‘紫鶴’與‘紅蘋(píng)果’組合的變異系數(shù)為0，子代均為橢圓形花瓣；‘白鶴’與‘粉紅泡泡’組合的變異系數(shù)為16.01%，屬于中等變異，并出現(xiàn)了新的闊橢圓形花瓣性狀，占總數(shù)的12.90%；‘紫波’與‘麒麟’組合子代性狀中窄橢圓形、橢圓形、闊橢圓形和卵形分別占總數(shù)的3.23%、45.16%、29.03%和22.58%，新出現(xiàn)的花瓣性狀占總數(shù)的54.84%，變異系數(shù)為31.73%，屬于較大變異。

表6 杜鵑花品種間雜交F1代花瓣形狀變異情況

2.1.5 花徑

3個(gè)雜交組合花徑的變異系數(shù)較小且相近，為9.58%～11.41%，但是雜種優(yōu)勢(shì)度各不相同(見(jiàn)表7)。‘紫波’與‘麒麟’雜交子代的雜種優(yōu)勢(shì)指數(shù)最大，為125.90%，呈現(xiàn)明顯的超親本現(xiàn)象，高親比例達(dá)35.48%，沒(méi)有出現(xiàn)低于雙親的個(gè)體；其次‘紫鶴’與‘紅蘋(píng)果’組合雜種優(yōu)勢(shì)指數(shù)為104.98%，超親本子代占60.00%，，其中高親比例達(dá)46.67%；‘白鶴’與‘粉紅泡泡’組合雜種優(yōu)勢(shì)指數(shù)為92.98%，子代花徑介于雙親的為61.29%，低于雙親的為35.48%，高于雙親為3.23%。從子代花徑分布情況可見(jiàn)，不同雜交組合分布各不相同，超親子代較多，但是沒(méi)有明顯偏向于父本或母本。

表7 杜鵑花品種間雜交F1代花徑變異情況

2.1.6 花梗長(zhǎng)度

3個(gè)雜交組合花梗長(zhǎng)度的變異系數(shù)差異不大，平均變異系數(shù)為17.59%，達(dá)到了中等變異水平(見(jiàn)表8)。但是3個(gè)組合的雜種優(yōu)勢(shì)指數(shù)差異較大，‘紫鶴’與‘紅蘋(píng)果’組合的雜種優(yōu)勢(shì)指數(shù)最大，為140.14%，組合中高親子代占子代總數(shù)的86.67%；‘紫波’與‘麒麟’組合的雜種優(yōu)勢(shì)指數(shù)最小，為86.15%，組合中96.77%的子代介于親本之間；‘白鶴’與‘粉紅泡泡’組合雜種優(yōu)勢(shì)指數(shù)為129.89%，但是這個(gè)組合子代高親比例最高，為90.91%。從子代花梗長(zhǎng)度分布情況可見(jiàn)，親本花梗長(zhǎng)度差異越小，子代高親數(shù)量越多；親本花梗長(zhǎng)度差異較大時(shí)，子代多介于親本之間。

2.2 葉部性狀的遺傳

葉部性狀包括葉長(zhǎng)、葉寬和長(zhǎng)寬比3個(gè)性狀(見(jiàn)表9和表10)。‘紫鶴’與‘紅蘋(píng)果’、‘紫波’與‘麒麟’2組雜交組合的子代葉片生長(zhǎng)情況類似，表現(xiàn)為葉長(zhǎng)、葉寬的雜種優(yōu)勢(shì)指數(shù)呈下降趨勢(shì)，長(zhǎng)寬比的雜種優(yōu)勢(shì)指數(shù)呈上升趨勢(shì)，表明這2個(gè)雜交組合子代的葉片整體變小，變得更加窄長(zhǎng)。雜交組合‘白鶴’與‘粉紅泡泡’與其他2組相反，葉長(zhǎng)和葉寬的雜種優(yōu)勢(shì)指數(shù)呈上升趨勢(shì)，長(zhǎng)寬比呈下降趨勢(shì)，表明這組雜交組合的子代葉片整體變大，變得更加寬短。從葉長(zhǎng)、葉寬和葉長(zhǎng)寬比子代分布情況看，葉部性狀沒(méi)有偏向于親本中的任何一個(gè)。

表8 杜鵑花品種間雜交F1代花梗長(zhǎng)度變異情況

表9 杜鵑花品種間雜交F1代葉片性狀變異情況

雜交組合葉 寬親本葉寬/cm母本父本中親值F1代葉寬/cm平均值標(biāo)準(zhǔn)差極差變異系數(shù)/%雜種優(yōu)勢(shì)指數(shù)/%雜種比例/%低親雙親間高親‘紫鶴’ב紅蘋(píng)果’1.772.171.971.670.230.8713.5784.7956.6743.330 ‘白鶴’ב粉紅泡泡’1.432.071.751.870.180.809.85107.11092.317.69‘紫波’ב麒麟’2.470.901.691.280.220.7717.3275.960100.000平均值13.5889.2918.8978.552.56

表10 杜鵑花品種間雜交F1代葉長(zhǎng)寬比變異情況

2.3 雜交組合F1代數(shù)量性狀間的相關(guān)性

據(jù)相關(guān)性分析結(jié)果(見(jiàn)表11)，3個(gè)雜交組的數(shù)量性狀之間具有較強(qiáng)的相關(guān)性，營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)和生殖生長(zhǎng)密切相關(guān)。花徑與花梗長(zhǎng)度、葉長(zhǎng)、葉寬、葉長(zhǎng)寬比都呈極顯著相關(guān)，其中與葉長(zhǎng)的相關(guān)性最強(qiáng)，相關(guān)系數(shù)為0.819。花梗長(zhǎng)度與葉長(zhǎng)、葉寬呈極正相關(guān)，與葉長(zhǎng)寬比呈正相關(guān)。葉長(zhǎng)與葉寬、長(zhǎng)寬比均呈正相關(guān)。

表11 雜交組合F1代數(shù)量性狀間的相關(guān)性

3 結(jié)論與討論

花色是杜鵑花育種中最重要觀賞性狀。本研究中花色劃分為白色、紅粉、紅色、紫紅、紫粉、紫色和復(fù)色共7類，按照色系歸為白色系、紅色系、紫色系和復(fù)色系共4個(gè)色系。3個(gè)雜交組合子代花色均出現(xiàn)了豐富的變異，當(dāng)雙親花色差異越大時(shí)，子代花色變異也更為豐富，而且與父本花色類似的子代占比最高，說(shuō)明父本花色對(duì)子代的花色影響較大。同時(shí)結(jié)果也表明，不同雜交組合的子代花色分離出現(xiàn)明顯差異。雜交組合‘紫鶴’ב紅蘋(píng)果’中親本花色均屬紫色系，子代均呈現(xiàn)深淺不同的紫色或紫紅色。雜交組合‘白鶴’ב粉紅泡泡’中母本是白色系，父本是紅色系，子代中白色花色占比為22.6%，遠(yuǎn)低于粉紅色子代的比例，與劉曉青等[16]推測(cè)白色是杜鵑花的弱性基因觀點(diǎn)一致。該組合子代還出現(xiàn)了親本沒(méi)有的紫色系花色，可能紫色的基因來(lái)源于父本‘白鶴’。因?yàn)楦副尽Q’是錦繡杜鵑品種之一，據(jù)Riek et al.[20]分析，錦繡杜鵑的親本之一為毛白杜鵑(Rh.mucronatum)，雖然花色為白色花，但攜帶紫色基因。‘紫波’ב麒麟’雜交子代花色變異最為豐富，子代除了親本紫色、紅色系花色外還出現(xiàn)了少量的白色系和復(fù)色系，而劉曉青等[16]認(rèn)為親本中有白色系和復(fù)色系，子代才會(huì)產(chǎn)生白色系和復(fù)色系，與本研究結(jié)果不一致。花色呈現(xiàn)與花朵中的花色苷種類有關(guān)，根據(jù)HPLC分析，紅色花含有2～4個(gè)主要的花色苷類型，而紫色花有2～6個(gè)類型[20]，所以紫色花后代花色分離更為豐富。杜鵑花花色呈現(xiàn)不但與花色苷種類有關(guān)，也與由花色苷形成的色素量有關(guān)。杜鵑花花色遺傳是由3對(duì)主效等位基因控制的[20]，具有質(zhì)量遺傳特點(diǎn)，但是子代花色深淺差異，說(shuō)明色素含量是有差異的，又具有數(shù)量遺傳的特征，因此推測(cè)淺色花或白色花是由于色素含量降低造成的。

表型多樣性是受遺傳多樣性和環(huán)境多樣性的共同影響的，既具有穩(wěn)定性，又具有變異性[21]。本研究中只有‘紫波’ב麒麟’的子代出現(xiàn)少量復(fù)色系花色，且‘紫波’ב麒麟’組合的親本形態(tài)差異較大，推測(cè)復(fù)色現(xiàn)象是因?yàn)樵摻M合2個(gè)親本的親緣關(guān)系較遠(yuǎn)而產(chǎn)生的。趙蘊(yùn)陽(yáng)[22]研究發(fā)現(xiàn)遠(yuǎn)緣雜交可能會(huì)引起轉(zhuǎn)座子激活，從而導(dǎo)致表觀遺傳不穩(wěn)定性,進(jìn)而引起基因表達(dá)和表型變異。劉青林等[23]、李軍等[24]、Morita et al.[25]認(rèn)為轉(zhuǎn)座子激活引起基因不穩(wěn)定表達(dá)會(huì)形成花色嵌合體。雖然復(fù)色性狀增加了觀賞植物的多樣性，但是其后代性狀也易發(fā)生改變[26-27]。本研究中出現(xiàn)的復(fù)色性狀能否穩(wěn)定遺傳，且遺傳能力如何還不清楚，尚需要進(jìn)一步研究。

花冠裂片內(nèi)斑點(diǎn)是影響杜鵑花性狀的重要因子之一。本研究中雜交組合‘紫鶴’ב紅蘋(píng)果’親本花冠裂片內(nèi)均含斑點(diǎn)，子代花冠裂片內(nèi)均含斑點(diǎn)；雜交組合‘白鶴’ב粉紅泡泡’親本花冠裂片內(nèi)均含斑點(diǎn)，子代出現(xiàn)少數(shù)不含斑點(diǎn)植株；雜交組合‘紫波’ב麒麟’父本花冠裂片內(nèi)不含斑點(diǎn)，母本花冠裂片內(nèi)含斑點(diǎn)，子代出現(xiàn)不含斑點(diǎn)植株。花斑的出現(xiàn)情況表明，花冠裂片內(nèi)斑點(diǎn)具有顯性遺傳的特征，這與劉曉青等[16]研究結(jié)果一致。此外，百合[28]、三色堇(Violatricolor)[29]等花被上的花斑也具有顯性遺傳特點(diǎn)，所以推測(cè)斑點(diǎn)在杜鵑花遺傳中為顯性遺傳。在花冠類型上，3個(gè)組合雜交試驗(yàn)的父本均為套筒，母本為單瓣或重瓣，子代的花冠類型出現(xiàn)了完全不同的分離比例，說(shuō)明花冠類型的遺傳相對(duì)復(fù)雜，還需要增加正反交試驗(yàn)和世代分離，分析其遺傳規(guī)律。

本研究通過(guò)對(duì)杜鵑花的花部和葉部的數(shù)量性狀進(jìn)行相關(guān)性統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)多數(shù)花部性狀和葉部性狀呈正相關(guān)關(guān)系。其中，花徑和葉長(zhǎng)的相關(guān)系數(shù)最高，為0.819，說(shuō)明杜鵑花的營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)和生殖生長(zhǎng)具有較強(qiáng)的聯(lián)系性；葉長(zhǎng)與葉寬、葉長(zhǎng)寬比呈極顯著相關(guān)，相關(guān)性系數(shù)分別是0.751和0.749，說(shuō)明葉長(zhǎng)一定程度上決定了葉寬；花徑和花梗長(zhǎng)度之間呈極顯著相關(guān)，說(shuō)明花梗長(zhǎng)度一定程度決定了花徑。所以在選擇育種過(guò)程中，可以利用性狀之間的相關(guān)性對(duì)決定性狀的基因進(jìn)行宏觀篩選，通過(guò)較容易測(cè)量的葉長(zhǎng)和花梗長(zhǎng)度等性狀推測(cè)其他不宜測(cè)量的基因，并篩選出目標(biāo)性狀，以提高育種效率[30-31]，還可以利用變異系數(shù)高的性狀作為指示性狀對(duì)變異系數(shù)低且相關(guān)性強(qiáng)的性狀進(jìn)行間接選擇，以提高育種效果[32]。此外，針對(duì)成熟期才表現(xiàn)出來(lái)的性狀也可以利用這種相關(guān)性進(jìn)行預(yù)測(cè)[32]。如：杜鵑花實(shí)生苗的幼齡期較長(zhǎng)，有鱗杜鵑從播種到開(kāi)花需要3～5年，無(wú)鱗杜鵑則需要5～10年，甚至有些種類的杜鵑花需要十幾年[33]。可以通過(guò)分析葉片形態(tài)的遺傳變異規(guī)律和雜種優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)，利用葉部性狀和花部性狀的相關(guān)性起到早期鑒定和預(yù)先選擇的作用[34-35]，達(dá)到篩選目標(biāo)性狀，縮短杜鵑育種周期的效果。