非洲菊單倍體植株的生長特性初報

單芹麗，阮繼偉，吳麗芳，張 松，汪國鮮，李紳崇*，楊春梅*

(1.云南省農(nóng)業(yè)科學院 花卉研究所/國家觀賞園藝工程技術(shù)研究中心，云南 昆明 650205；2.玉溪云星生物科技有限公司，云南 玉溪 652604)

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非洲菊單倍體植株的生長特性初報

單芹麗1,2，阮繼偉1，吳麗芳2，張 松2，汪國鮮1，李紳崇1*，楊春梅2*

(1.云南省農(nóng)業(yè)科學院 花卉研究所/國家觀賞園藝工程技術(shù)研究中心，云南 昆明 650205；2.玉溪云星生物科技有限公司，云南 玉溪 652604)

以4個非洲菊品種胚珠誘導的單倍體植株為材料，相應母本雜合二倍體植株為對照，研究了非洲菊單倍體植株的生長繁殖特性。結(jié)果表明:單倍體的繁殖系數(shù)、開花植株最大葉片長、花序直徑、煉苗至開花所需時間在不同基因型間存在顯著差異；非洲菊繁殖系數(shù)大小在苗期和移栽期均與倍性大小無關(guān)，與雜合二倍體相比，單倍體株型較??；鮮重增加速度相對較慢；煉苗至開花所需天數(shù)相對較長，單倍體需261.3～354.8 d，而雜合二倍體只需要117.0～132.5 d。

非洲菊；二倍體；單倍體；生長特性

非洲菊(GerberajamesoniiBolus)為菊科大丁草屬多年生宿根草本植物,是世界著名的五大鮮切花之一，屬于典型的異花授粉植物，基因型高度雜合[1],致使后代純合體選育極度困難。單倍體植株經(jīng)染色體加倍后，可快速成為純合二倍體，進而提高育種效率[2]。國外通過非洲菊胚珠培養(yǎng)獲得單倍體植株的研究相對較早[3-4]。國內(nèi)自2007年起，云南省農(nóng)業(yè)科學院花卉研究所首先開展了相關(guān)研究[5-7]，通過多年的研究積累，獲得并保存了一批非洲菊單倍體株系，但單倍體植株的長勢較差，制約了對其進一步的利用和深入研究。因此，有必要對非洲菊單倍體植株的生長特性開展相關(guān)研究。

目前大部分非洲菊的商業(yè)品種幾乎都為雜合二倍體[8]，其生長特性已有相關(guān)研究[9-11]，其中用花托進行組培繁殖的報道相對較多[12-13]，但非洲菊單倍體植株的生長繁殖特性方面的研究還未見相關(guān)的系統(tǒng)報道。為此，本試驗在前期研究的基礎上，以母本雜合二倍體植株為對照，研究不同基因型非洲菊單倍體植株的鮮重增加速度、繁殖系數(shù)、株高、煉苗至開花所需時間、最大葉片的長和寬、花序直徑和花梗長，以便對單倍體植株的生長特性有較清晰的了解，為推進非洲菊單倍體植株在育種中的研究利用奠定基礎。

1 材料與方法

1.1 材料

材料來自云南省農(nóng)科院花卉研究所的非洲菊育種資源圃，為同一時間采摘的4個非洲菊品種白馬王子、陽光露、鴻運當頭和紅極星的花蕾和胚珠誘導培養(yǎng)的雜合二倍體和單倍體株系，繼代次數(shù)均為4次。

1.2 試驗設計

試驗以不同雜合二倍體非洲菊品種(花托誘導培養(yǎng)的再生植株)為對照，將相應不同品種來源誘導的單倍體植株(胚珠誘導培養(yǎng)的再生植株)設為不同處理(表1)，每個處理設4次重復。將組培苗的叢生芽切成單株，株高保留1 cm長左右，接種在MS+BA 0.6 mg/L+NAA 0.1 mg/L、附加食用白糖30 g/L、瓊脂7 g/L、pH值5.5～5.8的非洲菊常規(guī)增殖培養(yǎng)基中，置于溫度(22±2) ℃、光照強度3200～4000 lx、光照時間為10 h/d的培養(yǎng)室培養(yǎng)。接種前稱量各瓶的苗鮮重，每個處理接種10瓶，每瓶接種8株。瓶苗培養(yǎng)30 d后，每個處理中隨機抽取未污染的4瓶(4次重復)，稱量每瓶苗的鮮重，并調(diào)查苗期各重復的株高、最大葉片的長和寬、單株新株萌發(fā)后高0.5 cm以上的植株數(shù)量。隨后將各處理調(diào)查后剩余的瓶苗切成單株，生根煉苗后移栽花盆內(nèi)，每個處理盆栽15株，置于大棚離地苗床內(nèi)，按完全隨機排列，株行距30 cm×35 cm，移栽苗要求健康、葉片4～5個、新根生長數(shù)5條以上，栽培基質(zhì)為紅土∶腐殖土=2∶1，移栽前稱量各重復植株的鮮重，采用常規(guī)方法進行肥水管理直至開花，期間觀察并記錄各植株第一朵花的開花時間，栽培365 d時，各處理隨機抽取10株，調(diào)查栽培期各重復煉苗至開花所需時間、稱量鮮重、測量株高、花序直徑、花梗長、最大葉片的長和寬，單株新株萌發(fā)后高0.5 cm以上的植株數(shù)量。

表1 試驗處理及對照設計

1.3 統(tǒng)計與分析

統(tǒng)計各處理組培苗和栽培植株的繁殖系數(shù)、株高、最大葉片的長和寬、鮮重增加速度、煉苗至開花所需時間、花序直徑和花梗長，計算各測量參數(shù)的平均值，具體計算方法如下。

繁殖系數(shù)=單株新株萌發(fā)后高0.5 cm以上的植株數(shù)量/接種或移栽前的株數(shù)。

鮮重增加速度=每株苗的鮮重增加量(調(diào)查時每株苗的鮮重-接種或煉苗前每株苗的鮮重)/室內(nèi)培養(yǎng)或室外栽培的天數(shù)。

試驗數(shù)據(jù)采用Excel 2003和DPS軟件進行統(tǒng)計分析，利用Duncan’s新復極差法對各處理進行差異顯著性檢驗。

2 結(jié)果與分析

2.1 單倍體和雜合二倍體組培苗及栽培植株的繁殖系數(shù)比較

不同非洲菊品種誘導的單倍體植株繁殖系數(shù)在苗期和移栽期與對照雜合二倍體相比發(fā)生了一些變化，不同品種的變化情況見圖1。白馬王子誘導的單倍體組培苗繼代培養(yǎng)的繁殖系數(shù)與雜合二倍體相比沒有變化，均為3.4,栽培植株的繁殖系數(shù)則小于雜合二倍體的繁殖系數(shù)；鴻運當頭誘導的單倍體植株組培苗的繁殖系數(shù)與雜合二倍體相比也沒有變化，均為2.9，但栽培植株的繁殖系數(shù)則大于雜合二倍體的繁殖系數(shù)；陽光露誘導的單倍體組培苗和栽培植株的繁殖系數(shù)都小于雜合二倍體的繁殖系數(shù)；而紅極星誘導的單倍體組培苗和栽培植株的繁殖系數(shù)都大于雜合二倍體的繁殖系數(shù)。結(jié)果表明:非洲菊的繁殖系數(shù)大小在苗期和移栽期均與倍性大小無相關(guān)性，并且單倍體組培苗和栽培植株的繁殖系數(shù)在不同基因型間均存在顯著差異。

2.2 單倍體和雜合二倍體組培苗及栽培植株的鮮重增加速度比較

由圖2可知，單倍體栽培植株比組培苗的鮮重增加速度快，并且與對照雜合二倍體相比，單倍體植株鮮重增加速度相對較慢。單倍體栽培植株增加量為76.6～423.8 mg/(株·d)，而組培苗的增加量只有6.3～9.2 mg/(株·d)，其中陽光露誘導的單倍體栽培植株和二倍體栽培植株相比差異明顯，二倍體的增加量是單倍體的5倍多，單倍體只有76.6 mg/(株·d)，而二倍體高達438.1 mg/(株·d)。

2.3 單倍體與雜合二倍體植株的株型對比

非洲菊單倍體和對照雜合二倍體植株相比，株型較矮小，葉片短窄，花朵較小。A、B、C、D的左邊均為雜合二倍體，右邊均為單倍體，A：紅極星誘導培養(yǎng)的雜合二倍體和單倍體組培增殖苗；B：陽光露誘導培養(yǎng)的雜合二倍體和單倍體組培苗葉片；C：紅極星誘導培養(yǎng)的雜合二倍體和單倍體開花植株；D：陽光露誘導培養(yǎng)的雜合二倍體和單倍體開花植株的葉片和花朵(圖3)。

2.3.1 株高差異 從圖4可知，同一培養(yǎng)和栽培環(huán)境條件下，在非洲菊的整個生長發(fā)育階段，單倍體的株高均低于雜合二倍體的株高。組培苗增殖培養(yǎng)基上培養(yǎng)30 d后，單倍體株高為1.7～2.3 cm，雜合二倍體株高為2.8～4.4 cm；移栽苗在室外栽培365 d后，單倍體的株高為14.1～19.6 cm，雜合二倍體株高為25.1～36.1 cm。

圖1 非洲菊單倍體和雜合二倍體組培苗及栽培植株的繁殖系數(shù)

圖2 非洲菊單倍體和雜合二倍體組培苗及栽培植株的鮮重增加速度

圖3 單倍體與雜合二倍體代表株的株型對比圖

圖4 非洲菊單倍體和雜合二倍體組培苗及開花植株的株高比較

2.3.2 葉片長寬對比 從表2可知，單倍體與對照雜合二倍體相比，葉片長和葉片寬都較小，并且各處理開花植株的最大葉片長在0.05水平上差異顯著，單倍體組培苗培養(yǎng)30 d后，單倍體的最大葉片長、葉寬與雜合二倍體相比差異不明顯，但移栽苗栽培365 d后，單倍體的最大葉片長、葉寬與雜合二倍體相比差異較大，單倍體開花植株的葉片長在10.0～12.9 cm之間，葉片寬度在1.9～4.5 cm之間，雜合二倍體葉片長在20.1～22.4 cm之間，葉片寬在6.8～11.1 cm之間。

2.3.3 花朵大小對比 由圖5可知，單倍體的花梗長及花序直徑都較對照雜合二倍體的短小，其中處理1和處理2、處理3和處理4的單倍體花梗長差異不顯著，但不同品種來源的單倍體花序直徑在不同基因型間存在顯著差異，并且變化幅度較大，在2.1～7.0 cm之間，而雜合二倍體的花序直徑在不同基因型間的變化幅度較小，在9.2～10.1 cm之間。

表2 非洲菊單倍體和雜合二倍體組培苗及開花植株長寬對比

注：同列數(shù)值后小寫字母表示在0.05水平上的差異顯著性。

圖5 單倍體與雜合二倍體植株的花朵大小

2.4 單倍體和雜合二倍體從煉苗至開花所需天數(shù)對比

雜合二倍體和單倍體植株從煉苗至開花所需天數(shù)的觀察記錄結(jié)果見圖6。單倍體從煉苗至開花所需天數(shù)在不同基因型間存在顯著差異,不同處理間相差達93.5 d，而對照雜合二倍體在4個品種間相差不到16 d，并且與雜合二倍體相比，單倍體植株從煉苗至開花所需天數(shù)較長，是雜合二倍體植株的2倍多，雜合二倍體需要117.0～132.5 d，而單倍體長達261.3～354.8 d。

圖6 單倍體和雜合二倍體從煉苗至開花所需天數(shù)

3 討論

譚志勇等研究了7個甘蔗基因型的組織培養(yǎng)特性,認為不同甘蔗基因型之間的生長速度有明顯的差異[14]。本試驗的研究結(jié)果也表明:4個非洲菊品種誘導的單倍體栽培植株的鮮重增加速度、煉苗至開花所需時間在不同基因型間均差異顯著，證明非洲菊單倍體的生長速度在不同基因型間存在差異。

吳紅英等研究表明：不同品種紅掌組織培養(yǎng)的增殖倍率不同[15]，張永兵等以單倍體甜瓜無菌苗的頂芽和腋芽為外植體進行離體繁殖研究，認為與二倍體甜瓜相比,單倍體甜瓜的增殖能力較弱[16]。在本試驗中，單倍體組培苗和栽培植株的繁殖系數(shù)在不同基因型間均存在顯著差異，并且發(fā)現(xiàn)非洲菊的繁殖系數(shù)大小在苗期和移栽期均與倍性大小無相關(guān)性，如：來源于白馬王子和鴻運當頭誘導培養(yǎng)的單倍體和雜合二倍體在組培苗的繁殖系數(shù)差異不顯著，但由白馬王子誘導培養(yǎng)的雜合二倍體栽培植株繁殖系數(shù)高于單倍體栽培植株的繁殖系數(shù)，而由鴻運當頭誘導的雜合二倍體栽培植株繁殖系數(shù)則低于單倍體栽培植株。

許多研究表明：植株的形態(tài)特征在不同倍性間的存在差異[16]。玉米穗軸長、株高、穗位高和雄穗主軸長從單倍體水平到二倍體呈增大的趨勢，而雄穗分支數(shù)呈減小的趨勢[18],燈盞花四倍體與二倍體相比，植株具有巨大性[19]，苧麻隨著倍性的增加，莖的平均粗度呈增大的趨勢[20]，西瓜葉面積同源四倍體與二倍體的相比顯著增大[21]。本研究結(jié)果表明：非洲菊單倍體和對照雜合二倍體植株相比，株型較矮小，葉片短窄，花朵較小。

4 結(jié)論

與對照雜合二倍體相比，非洲菊單倍體株型較小，表現(xiàn)為株高較矮、葉片較短窄、花枝較短、花序直徑較??；單倍體的鮮重增加速度相對較慢；煉苗至開花所需天數(shù)相對較長，單倍體需要261.3～354.8 d，而雜合二倍體只需要117.0～132.5 d。非洲菊繁殖系數(shù)大小在苗期和移栽期均與倍性大小無關(guān)，無論是單倍體還是雜合二倍體，非洲菊的繁殖系數(shù)都與基因型相關(guān)，同時，非洲菊單倍體的開花植株最大葉片長、花序直徑、煉苗至開花所需時間在不同基因型間也存在顯著差異。

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(責任編輯：曾小軍)

Preliminary Study on Growth Characteristics of Haploid Plants ofGerberajamesonii

SHAN Qin-li1,2,RUAN Ji-wei1, WU Li-fang2, ZHANG Song2,WANG Guo-xian1, LI Shen-chong1*, YANG Chun-mei2*

(1. Flower Research Institute, Yunnan Academy of Agricultural Sciences / National Research Center for Ornamental Horticulture Engineering and Technology, Kunming 650205, China; 2. Yuxi Yunxing Biotechnology Company Limited in Yunnan Province, Yuxi 652604, China)

The haploid plants induced from the ovules of fourGerberajamesoniicultivars were used as the experimental materials, their female-parent heterozygous diploid plants were selected as the control materials, and the growth and reproduction characteristics of haploid plants ofGerberajamesoniiwere studied. The results showed that the propagation coefficient, the maximum blade length of flowering plants, the inflorescence diameter, and the duration from hardening-seedling to flowering were significantly different among various genotypes of haploids. The propagation coefficient ofGerberajamesoniiat both seedling stage and transplanting stage was nothing to do with its ploidy. In comparison with the heterozygous diploid plants, the haploid plants had relatively small plant type, relatively slow fresh-weight gain speed, and relatively long duration from hardening-seedling to flowering (261.3～354.8 d for haploid plants, whereas 117.0～132.5 d for heterozygous diploid plants).

Gerberajamesonii; Diploid; Haploid; Growth characteristics

2016-09-05

云南省科技廳技術(shù)創(chuàng)新暨產(chǎn)業(yè)發(fā)展專項資金項目(2015XB015)；國家科技支撐計劃項目(2015BAD10B00)；云南省科技廳科技創(chuàng)新強省計劃項目(2014AB014)。

單芹麗(1973─)，女，云南祥云人，研究員，碩士，主要從事花卉育種與組培繁殖方面的研究。*通訊作者:李紳崇、楊春梅。

S682.11

A

1001-8581(2016)12-0013-05