郁金香種間雜交障礙克服方法研究

張艷秋，邢桂梅，崔玥晗，楊迪，屈連偉

（1.遼寧省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 花卉研究所，遼寧 沈陽(yáng) 110161；2.東北林業(yè)大學(xué) 園林學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150040）

郁金香是百合科郁金香屬（Tulipa）多年生球根花卉，具有極高的觀賞價(jià)值，被譽(yù)為“世界花后”，在世界范圍內(nèi)廣泛應(yīng)用于切花、盆栽、庭院種植等方面[1]。目前，國(guó)內(nèi)應(yīng)用的郁金香品種主要從荷蘭等國(guó)進(jìn)口，缺乏具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的郁金香新品種，已經(jīng)成為制約我國(guó)郁金香產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸，而通過(guò)種間雜交選育“中華郁金香新品種群”是我國(guó)郁金香產(chǎn)業(yè)必走之路[2]。

我國(guó)郁金香野生資源豐富，報(bào)道的有18個(gè)種（包含1個(gè)變種），約占世界野生郁金香資源的10%，主要分布于新疆、長(zhǎng)江流域及東北地區(qū)[3]。野生郁金香具有較強(qiáng)的抗性，是進(jìn)行品種選育的優(yōu)良親本。但在郁金香種間雜交過(guò)程中常存在雜交障礙，導(dǎo)致雜交不能成功。因此，研究克服種間雜交障礙的方法，對(duì)我國(guó)郁金香新品種選育具有重要意義。雜交障礙主要包括受精前障礙和受精后障礙。受精前障礙表現(xiàn)為花粉與柱頭的不親和，主要包括花粉不能萌發(fā)、花粉萌發(fā)但花粉管不能到達(dá)胚珠、花粉管能夠到達(dá)胚珠但不能完成受精[4-6]，可通過(guò)重復(fù)授粉[4]、切割花柱[7-8]、嫁接柱頭[9-11]、蕾期授粉[12]等方法克服。受精后障礙表現(xiàn)為雜種胚發(fā)育不完全或中途敗育、胚乳不能正常發(fā)育等，可通過(guò)子房培養(yǎng)、胚珠培養(yǎng)及幼胚培養(yǎng)等離體培養(yǎng)等方法獲得雜交后代[4，13-16]。我國(guó)的郁金香育種研究起步較晚，育種技術(shù)水平也落后于國(guó)外，關(guān)于郁金香雜交障礙克服方法研究方面的報(bào)道較少。孫曉梅等[17]以郁金香栽培品種夜王后和K 奈利斯為試材，研究了不同處理對(duì)郁金香雜交不親和性的影響，發(fā)現(xiàn)刮柱頭處理對(duì)克服夜王后和K 奈利斯雜交不親和效果最好。目前，關(guān)于郁金香野生種和栽培品種種間雜交障礙克服方法的研究尚未見報(bào)道。因此，以野生種阿爾泰郁金香（T.altaica）為父本，以栽培品種愛(ài)斯基摩首領(lǐng)、世界真愛(ài)和純金為母本進(jìn)行種間雜交，研究不同授粉處理和不同植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑處理對(duì)雜交親和性的影響，以期為郁金香雜交育種工作奠定基礎(chǔ)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

2019 年4-6 月，在遼寧省農(nóng)業(yè)科學(xué)院花卉研究所郁金香新品種繁育基地進(jìn)行試驗(yàn)。雜交父本為野生種阿爾泰郁金香，母本為栽培品種愛(ài)斯基摩首領(lǐng)、世界真愛(ài)、純金（表1、圖1）。供試材料均由遼寧省農(nóng)業(yè)科學(xué)院國(guó)家郁金香種質(zhì)資源庫(kù)提供。試驗(yàn)中所用植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑6-芐氨基腺嘌呤（6-BA）、萘乙酸（NAA）購(gòu)自北京康貝斯科技有限公司。

表1 供試郁金香材料相關(guān)信息Tab.1 Related information of tested Tulipa materials

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 研究不同授粉方法和不同植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑種類、質(zhì)量濃度對(duì)克服郁金香種間雜交障礙的效果。6 個(gè)不同授粉處理：（1）正常授粉（CK）：開花當(dāng)天授粉；（2）蕾期授粉：開花前2 d 授粉；（3）延期授粉：開花后7 d 授粉；（4）刮傷柱頭后授粉：開花當(dāng)天將母本柱頭刮傷，再用毛筆蘸取父本花粉授于母本柱頭上；（5）柱頭部分切割后授粉：開花當(dāng)天在母本子房頂部以上0.20 cm 處進(jìn)行花柱切割后授粉；（6）柱頭全部切割后授粉：開花當(dāng)天將母本柱頭全部切割后再授粉。2種植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑及其質(zhì)量濃度見表2。

表2 植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑種類、質(zhì)量濃度及處理方法Tab.2 Type，concentration method of plant growth regulators and treatment

1.2.2 雜交授粉及調(diào)查方法 每個(gè)品種于開花前3 d 去雄，防止異種花粉污染。每個(gè)處理挑選生長(zhǎng)健壯、無(wú)病蟲害的植株15 株授粉。授粉于上午9：00—10：00 進(jìn)行，授粉完畢后用錫箔紙將柱頭連帶子房包裹好，掛標(biāo)簽標(biāo)明授粉日期、處理及組合，7 d后摘除錫箔紙。待6月中旬收獲雜交果實(shí)后，以正常授粉為對(duì)照，對(duì)果實(shí)膨大率、結(jié)實(shí)率、有胚種子數(shù)進(jìn)行調(diào)查，調(diào)查參照屈連偉[3]的方法進(jìn)行。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對(duì)愛(ài)斯基摩首領(lǐng)×阿爾泰郁金香雜交親和性的影響

由表3 可知，6 個(gè)授粉處理中，延期授粉獲得26粒種子（其中，11粒有胚種子），結(jié)實(shí)率為13.33%，有胚率為42.31%；刮傷柱頭后授粉處理次之，獲得19粒種子（其中，4粒有胚種子），結(jié)實(shí)率為6.67%，有胚率為21.05%；其他3 個(gè)處理與正常授粉（CK）相同，均未獲得種子，其中，蕾期授粉子房不能膨大（表3、圖2）。

表3 不同授粉處理對(duì)愛(ài)斯基摩首領(lǐng)×阿爾泰郁金香雜交結(jié)實(shí)的影響Tab.3 Effect of different pollination treatments on hybrid seed setting of Eskimo Chief×T.altaica

不同質(zhì)量濃度6-BA和NAA處理能夠顯著提高子房膨大率，膨大率由對(duì)照的20.00% 提高到66.67%～86.67%（表4）。但所有處理與對(duì)照相同，均未獲得雜交種子。

表4 不同植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑對(duì)愛(ài)斯基摩首領(lǐng)×阿爾泰郁金香雜交結(jié)實(shí)的影響Tab.4 Effect of different plant growth regulators on hybrid seed setting of Eskimo Chief×T.altaica

2.2 不同處理對(duì)世界真愛(ài)×阿爾泰郁金香雜交親和性的影響

6種授粉處理均未獲得果實(shí)和種子，且蕾期授粉和正常授粉（CK）子房均不能膨大（圖3、表5）。除蕾期授粉處理外，其他4 個(gè)授粉處理的子房膨大率均高于對(duì)照，其中延期授粉的子房膨大率為53.33%；其余3 個(gè)處理（表5）以及不同質(zhì)量濃度的植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑處理（表6）的子房膨大率均為100.00%。

表5 不同授粉處理對(duì)世界真愛(ài)×阿爾泰郁金香雜交結(jié)實(shí)的影響Tab.5 Effect of different pollination treatments on hybrid seed setting of World's Favourite×T.altaica

表6 不同植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑對(duì)世界真愛(ài)×阿爾泰郁金香雜交結(jié)實(shí)的影響Tab.6 Effect of different plant growth regulators on hybrid seed setting of World's Favourite×T.altaica

2.3 不同授粉處理對(duì)純金×阿爾泰郁金香雜交親和性的影響

由表7 可知，6種授粉處理均未獲得種子；蕾期授粉與正常授粉（CK）相同，子房均不能膨大；其他4 個(gè)處理的子房膨大率較CK 明顯提高，膨大率由CK的0提高到6.67%～73.33%。

表7 不同授粉處理對(duì)純金×阿爾泰郁金香雜交結(jié)實(shí)的影響Tab.7 Effect of different pollination treatments on hybrid seed setting of Strong Gold×T.altaica

不同質(zhì)量濃度的6-BA 和NAA 處理中，1.00 mg/L NAA 處理子房不能膨大，其他7 個(gè)處理的子房膨大率較其均有所提高（表8、圖4）。其中，1.00 mg/L6-BA 處理柱頭子房膨大率最高，為100.00%，1.50 mg/L NAA 處理柱頭子房膨大率較小，為20.00%。

表8 不同植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑對(duì)純金×阿爾泰郁金香雜交結(jié)實(shí)的影響Tab.8 Effect of different plant growth regulators on hybrid seed setting of Strong Gold×T.altaica

3 結(jié)論與討論

種間雜交是實(shí)現(xiàn)基因轉(zhuǎn)移、種質(zhì)創(chuàng)新的一條重要途徑，已在百合[18]、蝴蝶蘭[19]、牡丹[20]等多種植物上發(fā)揮了重要作用。郁金香在進(jìn)行種間雜交過(guò)程中存在雜交障礙。本研究發(fā)現(xiàn)，不同雜交組合及處理方法對(duì)郁金香種間雜交結(jié)實(shí)影響較大。在正常授粉條件下，以世界真愛(ài)和純金為母本的2 個(gè)雜交組合子房不能膨大，以愛(ài)斯基摩首領(lǐng)為母本的雜交組合子房膨大率為20.00%，但未能獲得雜交種子；在蕾期授粉條件下，3 個(gè)雜交組合均未獲得雜交種子；1.00 mg/L NAA 不能促進(jìn)純金×阿爾泰郁金香子房膨大；其他處理均對(duì)克服種間雜交障礙具有一定的積極作用，但只有當(dāng)愛(ài)斯基摩首領(lǐng)為母本時(shí)，部分處理才收獲到雜交種子，而當(dāng)世界真愛(ài)和純金為母本時(shí)，均未獲得種子，這可能和母本的倍性有關(guān)。父本阿爾泰郁金香為二倍體，母本愛(ài)斯基摩首領(lǐng)為二倍體，世界真愛(ài)和純金均為三倍體。二倍體與二倍體雜交不親和性較小，而二倍體和三倍體雜交則存在嚴(yán)重的雜交障礙[21]。

延期授粉對(duì)克服世界真愛(ài)×阿爾泰郁金香、純金×阿爾泰郁金香2 個(gè)雜交組合雜交障礙有一定效果，子房膨大率明顯提高，但最終沒(méi)有收獲到種子。延期授粉對(duì)克服愛(ài)斯基摩首領(lǐng)與阿爾泰郁金香雜交障礙的效果最好，結(jié)實(shí)率（13.33%）和有胚率（42.31%）均高于對(duì)照（結(jié)實(shí)率和有胚率均為0），獲得了11 粒有胚種子。這與畢曉穎等[22]在馬藺×溪蓀種間雜交研究中的結(jié)果相似。在郁金香[17]（栽培品種間雜交）、甜櫻桃[23]雜交中也得到了類似的結(jié)果。這可能是由于柱頭上存在抑制物影響雜交親和性，延期后柱頭發(fā)育過(guò)成熟，抑制物含量有所減少，進(jìn)而提高了雜交親和性。

刮傷柱頭是通過(guò)去除柱頭上的抑制物，提高雜交親和性的一種方法。在本研究中，正常授粉情況下，愛(ài)斯基摩首領(lǐng)與阿爾泰郁金香雜交組合未能獲得雜交種子，而刮傷柱頭后授粉處理獲得了4 粒有胚種子。孫曉梅等[17]研究也發(fā)現(xiàn)，刮傷柱頭后授粉處理對(duì)克服夜王后和K 奈利斯雜交不親和效果最好。這表明柱頭上的抑制物能夠影響愛(ài)斯基摩首領(lǐng)與阿爾泰郁金香這個(gè)雜交組合的親和性，刮傷柱頭去除了柱頭上的抑制物，在一定程度上提高了該組合的雜交親和性。

切割柱頭是通過(guò)去除柱頭上或花柱中的抑制物，提高雜交親和性的重要方法，同時(shí)也可以避免花粉管由于長(zhǎng)度不夠等原因而不能達(dá)到子房，或花粉管即使達(dá)到子房，雌雄配子不能結(jié)合受精形成合子的問(wèn)題產(chǎn)生[24]。楊利平等[25]對(duì)留有0.5 cm 的花柱進(jìn)行授粉，獲得了雜交種子。黃濟(jì)明[26]在母本子房以上0.3 cm 處割去花柱并在傷口內(nèi)授以父本花粉，得到王百合×大衛(wèi)百合遠(yuǎn)緣雜交種。本研究發(fā)現(xiàn)，切割柱頭對(duì)克服郁金香種間雜交障礙具有一定的積極作用，通過(guò)切割花柱，3個(gè)雜交組合的子房膨大率均得到提高。

植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑對(duì)克服雜交障礙具有一定的積極作用[24]。可能是植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑使柱頭上的識(shí)別蛋白溶解或變性失活，從而無(wú)法識(shí)別自花和異花花粉，降低了自交或雜交不親和程度，提高雜交成功率[27]，也可能是植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑通過(guò)促進(jìn)花粉管的伸長(zhǎng)和生長(zhǎng)，抑制花的衰老和脫落，從而提高受精結(jié)實(shí)率[28]。本研究發(fā)現(xiàn)，植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑處理在一定程度上能夠克服雜交障礙。在柱頭上涂抹6-BA 和NAA 后，多數(shù)處理的子房膨大率高于對(duì)照，但仍未能獲得雜交種子，說(shuō)明存在嚴(yán)重的種間雜交受精后障礙，需要做進(jìn)一步研究。