楸樹、梓樹和灰楸種間雜交可配性及雜交種實變異分析

陳麗英 苗 杰 王淑惠 路兆軍 王連紅孫曉慧 孫傳濤 孫英豪 李保進

（煙臺市森林資源監測保護服務中心，山東 煙臺 264000）

楸樹(Catalpa bungei)為紫葳科（Bignoniaceae）梓屬（Catalpa）植物，材質好、用途廣、經濟價值高，而且樹形優美，花美色艷，是我國特有的珍貴優質用材樹種和著名園林觀賞樹種之一[1]。但楸樹自花不育，且一個地區往往只有一個單一品種，從而造成楸樹結實少的現象，導致楸樹的天然雜交受到了極大的限制[2]。因此，人工控制授粉雜交方法成為了楸樹雜交育種的主要途徑。1970 年葉培忠等初步開展了楸樹雜交育種試驗，并獲得了楸樹種間雜種[3-5]，說明通過楸樹種間雜交方法進行良種選育是切實可行的。本研究以梓屬植物楸、灰楸（C.fargesii）、梓（C.ovata）為親本進行雜交，并對雜交親和力、雜交種實性狀及雜交種子發芽率進行分析，以期為后續的雜交親本選擇良種選育提供理論參考和依據。

1 材料與方法

1.1 材 料

雜交親本來源于煙臺市萊山區灰楸、楸樹優樹；萊陽市、牟平區楸樹優樹；杭州、濟南梓樹優樹；臨沂灰楸優樹。

1.2 方 法

2019 年5 月初，在楸樹、灰楸、梓樹花開放之時,收集即將散粉的花藥，置于室內25 ℃自然干燥散粉，收集存放在裝有硅膠的干燥密閉容器中，置于2～4 ℃冰箱備用。采用部分雙列雜交交配設計進行人工控制授粉試驗，在開花盛期將花粉直接涂抹到母本柱頭上,每一雜交組合授粉50 朵，3 次重復。2019 年10 月，調查坐果情況并采集果實。

雜交種實測定：每個雜交組合隨機抽取30 個蒴果和100 粒種子，3 次重復。用游標卡尺和卷尺測定雜交種實的蒴果寬度、長度和果柄長度，測定種子去毛后的長度、種子寬度、千粒重、種子飽滿率。

發芽率測定：每個雜交組合選取100 粒種子，室溫浸種48 h 后，置于25 ℃的恒溫發芽箱中發芽，統計發芽率，每處理3 次重復。

1.3 統計分析

用EXCEL 和SAS 軟件對試驗數據進行統計分析。方差分析時，種子發芽率百分數數據進行反正弦轉換。

2 結果與分析

2.1 不同雜交組合的雜交結實率

人工授粉試驗共設計了28 個雜交組合，由表1可知：（1）種間雜交授粉結實率高于種內雜交授粉結實率。種間雜交平均結實率為34.70%，種內雜交平均結實率為1.11%。（2）灰楸、楸、梓樹不同種系交配系統間雜交授粉結實率不同。在不考慮正、反交情況下，楸和梓樹交配系統授粉結實率最高。雜交結實率最高的組合是楸曲1×灰H6，為73.33%；灰楸為母本，楸為父本時，授粉結實率最低，為0。（3）同一交配系統間雜交結實率差異顯著。如梓樹和楸樹交配系統，授粉結實率最高的雜交組合為楸深友×梓濟西，結實率為70.00%；授粉結實率最低的雜交組合為楸淺1×梓濟西，結實率為13.33%。（4）楸樹存在自交不親和和部分種內雜交不親和現象。楸樹自交授粉結實率均為0，這可能是自然條件下楸樹種子結實率低的主要原因。種內雜交組合楸深友2×楸淺，楸深友1×楸昆，楸深友1×楸曲種內授粉后前期結莢率較高，但后期蒴果發育停止，自動脫落，種子發育不成熟(圖1)。

圖1 楸深友1×楸曲授粉后果實形態

表1 人工控制授粉雜交結實率

2.2 雜交種實測定及發芽情況

2.2.1 不同雜交組合雜交蒴果性狀差異

楸樹采種期為10 月上中旬，授粉共獲得的22 份雜交組合蒴果中，有3 份雜交蒴果中的種子發育不成熟，后續測定雜交種實時去除掉了。

楸樹雜交果實為蒴果，線形，未成熟時為綠色，逐漸變為黃綠色，成熟后期為灰褐色，黃綠色或灰褐色時進行種子采收。方差分析表明，不同雜交組合蒴果長、寬和果柄長存在極顯著差異（P＜0.001）。多重比較（表2）可知，蒴果最長的組合為楸曲1×灰H4，為66.67 cm；最短的楸昆×楸深友雜交組合，為22.50 cm。不同雜交組合蒴果寬度為4.20～2.00 mm，最寬的是梓浙×楸深友；最窄的是灰楸曲×灰H2。不同雜交組合果柄長度為4.88～0.83 cm，最長的灰楸曲×灰H2；最短的是梓浙×萊陽楸淺。

2.2.2 不同雜交組合種子性狀差異

楸樹雜交種子較小，翅果狀，中間飽滿處為種胚，兩端有毛，成熟種子為灰褐色。本試驗中不同雜交組合結實種子飽滿率為0.63%～92.83%，差異極顯著(P＜0.001)。雜交種飽滿率最高的雜交組合為楸深6×灰楸曲（92.83%），是楸淺1×梓濟西組合（0.63%）的147 倍。從交配系統來看，不同交配系統間種子的飽滿率存在顯著差異，最高的是梓和楸交配系統，種子飽滿率78.11%；最低的是楸和梓交配系統（11.84%）。

不同雜交組合結實種子千粒重差異極顯著（P＜0.001），千粒重為2.80～8.44 g，最重的雜交組合是楸深5×灰楸曲，千粒重為8.44 g；最輕的雜交組合是梓浙×楸深友，千粒重為1.61 g。

不同雜交組合結實種子形態差異較大，種子長和寬均存在極顯著差異（P＜0.001）。種子長度為0.65～1.68 cm，最長種子是最短種子的2.58 倍。最長的雜交組合為楸曲1×灰H4，最短的是梓浙×萊陽楸淺；寬度為1.17～2.38 mm，最寬的組合是楸深友5×梓濟東；最窄的是楸昆×灰楸友。

2.2.3 不同雜交組合種子發芽率差異

在相同發芽條件下,19 個雜交組合種子發芽率存在極顯著差異（P＜0.001），發芽率為0～74%（表2）。楸深6×灰楸曲雜交組合種子的發芽率最高，為74.00%；最低的為楸昆×楸深友種子，發芽率為0。總體來看，種間雜交組合種子發芽率（28.74%）高于種內雜交組合（9%）。不同交配系統間種子發芽率存在極顯著差異，平均發芽率最高的交配系統為楸和灰楸，最差的是楸和楸交配系統，可能與雜種優勢和近交衰退有關。

表2 楸樹不同雜交組合雜交種實及發芽情況

2.3 父本對雜交種實性狀的影響

通過不同母本與同一父本的雜交表現研究了父本對雜交種實性狀的影響，雜交父本為梓濟西。由表3 可知，父本對蒴果長、蒴果寬、果柄長、種子飽滿率、千粒重、種子長、種子寬、發芽率的影響極顯著。變異系數較高的指標是種子發芽率和飽滿率，較小的是種子長度和蒴果長度。

表3 父本對雜交結實率、種實性狀的影響

2.4 母本對雜交種實性狀的影響

通過不同父本與同一母本的雜交表現研究母本對雜交種實性狀的影響，雜交母本為楸曲1。由表4 可知，母本對蒴果長、蒴果寬、果柄長、種子飽滿率、千粒重、種子長、種子寬、發芽率影響極顯著。變異系數較高的指標是種子發芽率，較小的是種子寬度、蒴果寬度。種子飽滿率變異幅度也較小，在制種時可以進行參考利用。

表4 母本對雜交種實性狀的影響

3 結論與討論

在膠東地區，楸樹、灰楸開花正常，但普遍不結實。本研究中，楸樹雜交結實率為0～73.33%，變化范圍較大。不同交配系統間、同一交配系統不同組合間雜交授粉結實率均存在顯著性差異，具有雜交結實率較高的是梓×楸和楸×灰楸交配系統，在雜交制種時可以利用。同時，研究發現楸樹存在自交不親和及部分種內雜交不親和現象。自交不親和性是花粉與雌蕊之間表現抑制作用所致，而實質上就是自花授粉時受精過程受阻；植物的自交不親合類型包括孢子體型不親合和配子體型不親合。如果屬孢子體型自交不親和，則花粉管頂部有大量的胼胝質積累，使花粉只長出很短的花粉管。同時柱頭乳突細胞頂端細胞壁與質膜之間產生胼胝質，使花粉管不能穿過柱頭。在配子體不親和中，不親和的花粉粒萌發形成的花粉管在向前生長過程中頂部積累大量胼胝質，使花粉管在花柱中的生長受到抑制而不能達到胚囊；有的花粉管在生長過程中頂部破裂或彎曲[7]。目前在一些自交不親和植物中，也發現了自交后花粉管能順利進入子房甚至穿透胚珠，但最終不能完成受精形成種子，稱為子房內的晚期自交不親和[8-11]。本試驗中，楸樹自交后，未發現有結果現象，說明楸樹自交后沒有完成雌、雄配子體的結合，存在自交不親和現象，這與王改萍等[12]解剖學研究結果基本一致。

研究結果表明，不同雜交組合的種實性狀蒴果長、蒴果寬、果柄長、種子飽滿率、千粒重、種子長、種子寬、發芽率均存在顯著性差異，種子發芽率最高的交配系統是楸和灰楸，最差的是楸和楸，這可能與雜種優勢和近交衰退有關。雜交父本和母本對雜交種實性狀的影響也均達到顯著水平。因此，在進行雜交育種時，不僅要注重對母本的選擇，也要加強對父本的選擇。在研究母本效應時還發現，不同父本和同一母本授粉時，種子飽滿率變異幅度較小，在制種時也可以進行參考利用。