用氣孔性狀鑒定100份百合倍性的研究

王美玲，李興桃，王文和，杜 方*

(1.山西農(nóng)業(yè)大學(xué) 城鄉(xiāng)建設(shè)學(xué)院,山西 太谷 030801；2.山西農(nóng)業(yè)大學(xué) 園藝學(xué)院,山西 太谷 030801；3.北京農(nóng)學(xué)院 園林學(xué)院,北京 102206)

百合(Lilium)是著名的球根花卉，約100個(gè)原生種[1]，分為7個(gè)組(Lilium、Martagon、Pseudolirium、Archelirion、Sinomartagon、Leucolirion、Oxypetala)。20世紀(jì)20年代開始的以日本和美國為中心的百合育種工作，如今已轉(zhuǎn)移至荷蘭。通過近100年的努力，形成了現(xiàn)在廣受歡迎的亞洲百合(Asiatic，A)、麝香百合(Longiflorum，L)、東方百合(Oriental，O)、喇叭百合(Trumpet，T)和頭巾百合(Martagon，M)等品種群，以及品種群間的組間雜交群體：麝亞百合(LA)、東喇百合(OT)、東亞百合(OA)、麝東百合(LO)等，目前，百合品種已超過3萬個(gè)[2]。盡管我國偶爾也有新品種釋放[3-11]，但距離商業(yè)化還有很長的路要走。

百合育種實(shí)踐中應(yīng)用最為普遍的是雜交育種和倍性育種[12]，明確親本的倍性對(duì)成功育種十分重要。一般來說，百合野生種多為二倍體，但卷丹(L.tigrinum也寫作L.lancifolium)和珠芽百合(L.bulbiferum)中存在三倍體(2n=3x=36)類群[13-14]；A、O、鐵炮百合和T類百合大多為二倍體；LA、OT、OA、LO雜種系百合大部分為三倍體，但依然有許多品種的倍性不符合上述規(guī)律。李克虎等利用染色體制片法報(bào)道了45個(gè)品種的倍性[15]，陳敏敏等利用流式細(xì)胞技術(shù)鑒定了61份百合倍性[16]，然而仍然有大量百合品種的倍性未知。

常用的倍性鑒定方法有根尖染色體計(jì)數(shù)法、流式細(xì)胞儀檢測法、形態(tài)學(xué)鑒定法和細(xì)胞學(xué)鑒定法等。與需要昂貴儀器的流式細(xì)胞儀檢測法、流程復(fù)雜不易計(jì)數(shù)的根尖染色體法相比，利用氣孔保衛(wèi)細(xì)胞的大小和密度來鑒定倍性既經(jīng)濟(jì)又簡便，已在橡樹[17]、西葫蘆[18]、獼猴桃[19]等多種作物上應(yīng)用。氣孔保衛(wèi)細(xì)胞的性狀包括橫徑、縱徑、周長、密度、保衛(wèi)細(xì)胞葉綠體數(shù)目等。選擇合適的氣孔保衛(wèi)細(xì)胞的性狀指標(biāo)對(duì)判別植物倍性有著舉足輕重的影響。參考對(duì)黃花蒿[20]、甘藍(lán)型油菜[21]、渥丹百合[22]和月季[23]的研究結(jié)果，本研究選取了氣孔保衛(wèi)細(xì)胞的周長和密度作為指標(biāo)，并以24份倍性已知的百合品種為參照，對(duì)76份百合資源進(jìn)行倍性鑒定，旨在為百合育種選配親本提供參考。

1 材料與方法

1.1 供試材料

本試驗(yàn)以96份來自山西農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝站百合種質(zhì)資源圃和4份來自北京農(nóng)學(xué)院的百合材料(以下簡稱“北”)作為試材，具體材料清單見表1。

表1 試驗(yàn)材料名錄

1.2 試驗(yàn)方法

晴天上午10：00左右，每份試材分別采3個(gè)植株的中部葉片。撕取葉片中部下表皮在目鏡10×、物鏡 40×的顯微鏡視野下觀察，記錄氣孔的橫徑(A)和縱徑(B)，氣孔周長=1.57×[1.5×(A+B)-(A×B)1/2]。每個(gè)品種隨機(jī)測 10 個(gè)氣孔的大小并取其平均值。

在目鏡10×、物鏡20×的顯微鏡視野下觀察并記錄氣孔的個(gè)數(shù)，所拍攝的視野面積為 0.95 mm2，氣孔密度=氣孔個(gè)數(shù)/0.95 mm2。

采用Excel 2010軟件分析所得數(shù)據(jù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 文獻(xiàn)中百合倍性匯總

經(jīng)文獻(xiàn)查閱，自1999年以來，共報(bào)道了210個(gè)百合品種的倍性，具體分析如下。在百合栽培品種群中，O、T、L和新鐵炮百合一般為二倍體。明確倍性為二倍體的O類百合：Acapulco[24]、After Eight[16]、Albion[24]、Aruba[24]、Bernini[24]、Cobra[25-26]、Con Amore[24]、Constansa[27]、Cold Play[26]、Chealse[26]、Dordogne[15]、Dynamite[15]、Entertainer[16,26]、Fenice[26]、Justina[25]、Marlon[16,26,28]、Maru[15]、Mediter Ranne[24]、Miss Lucy[15]、Montezuma[15]、Reeleeze[16]、Roselily Elena[16]、Roselily Isabella[16]、Roselily Monica[16]、Roselily Natalia[16]、Roselily Samantha[16]、Roselily Thalita[16]、Royal Vanzanten[26]、Sheer Blonde[16]、Siberia[15,24-26,29,30]、Subway[26]、Sorbonne[15,26,29-31]、Souvenir[16]、Star Gazer[24,26]、Sunny Azores[16]、Sunny Keys[16]、Sunny Martinique[16]、Tiber[25,26]、Tom pouce[24]。L類百合：Gelria[15]、White Fox[15]。

新鐵炮百合：新鐵炮2號(hào)[32]、雷山2號(hào)[32]。

M類百合既有二倍體也有三倍體，其中二倍體M類：Manitoba Morning[16]；三倍體M類：Sunny Morning[16,24]。

四倍體T類：Angel Gabriel[33]、Ice Folies[33]、Ice Caves[33]。

亞洲百合倍性較為復(fù)雜，除二倍體外，還存在三倍體和四倍體品種。明確為二倍體的亞洲百合：4 You[34]、Adelina[16,35]、Bananarama[24]、Black Bird[15,36]、Blackout[37]、Butter Pixie[15]、Cancún[37]、Ceb Dozzle[38]、Centerfold[37]、Connecticut King[39]、Eleganza[15,40]、Eleganze[34]、Fata Morgana[16]、Gironde[41]、Golden Matrix[16]、Golden Horn[27]、Grand Cru[39]、Heartstrings[16]、Italia[24]、Lemon Tree[24]、Levi[16]、Lollypop[15]、Marrakech[15]、Matrix[16,32,35,42]、Monte Negro[15,43,44]、Montreux[37]、Orange Matrix[15]、Party Diamond[38,45]、Petit Brigitte[15,36]、Pink Pixie[15]、Pollyanna[15,27,30,36,40,43,45,46]、Red alert[38]、Red Latin[15]、Regata、Renoir[15,34,40,41,43]、Tiny Bee[16]、Tiny Double You[16]、Tiny Invader[16]、Tiny Padhye[16]、Tiny Pearl[16]、Tiny Rocket[16]、Tiny Skyline[39]、Toro[24]、Trendy Dakota[16]、Trendy Havana[16]、Trendy Savannah[16]、Tribal Dance 600[16]、White Twinkle[16]、Zsazsa[24-25]。三倍體的百合：Compass[33]、Dazzling[30]、Elite[35]、Elodie[15]、Lancifolium Flore Pleno[16]、Lyon[15,35,42]、Navona[15,41]、Vermeer[15]。四倍體的百合：Avignon[33]、Benlica[43]、Brunello[15,27,30,34,35,40,42]、Clair[35]、Gironde[43]、Gorden Globe[35]、Gran Paradiso、Indian Diamond[47]、Loreto[41]、Nello[43]、Pearl Frances[16]、Pink Flight[16]、Pisa[35]、Sarina[34]、Tetra Aristo[33]、Tetra Bicolito[33]、Tetra Orlito[33]、Tresor[15,34,41,44]、Val di Sole[15,40,41,43]。

組內(nèi)雜交一般產(chǎn)生二倍體品種群，但也容易產(chǎn)生三倍體品種群，OT類多為三倍體，也有二倍體和四倍體。明確為二倍體的OT類百合：Bondini[33,48]、Black Beauty[16]、Ovatie[26,31]、Red Dutch[15,26]、Yelloween[15,49]、Saltarello[26]。三倍體的OT類百合：Belladonna[26]、Candy Club[26]、Cocossa[26]、Competition[16,25]、Conca D’Or[15]、Golden City[15,29]、Manissa[16,29]、Muscat[25]、Myth[25]、OPalazzo[25]、Palazzo[16,25]、Profundo[16]、Table Dance[25,43]、Travatore[26]、Touchstone[16]。四倍體的OT類百合：OTevans[33]、Passion Moon[16]、White Eyes[16]。

LA類百合多為三倍體，也有四倍體。明確為三倍體的LA類百合：Advantage[15,26,43]、Albufeira[16]、Arcachon[43]、Armandale[16]、Batistero[43]、Beau Soleil[16,43]、Bonsoir[16]、Brindis[15,44]、Brindisi[26,43]、Califonia[43]、Cavalese[43]、Ceb Dazzle[43]、Cilesta[43,50]、Couplet[43,50]、Courier[15]、Desiderio[43,50]、Diabolo[43]、Donau[43,50]、Ercolano[43]、Eyeliner[16,50]、Flamington[16]、Freya[43]、Golden Stone[16]、Golden Tycoon[43]、Laskmi[50]、Menorca[43,47,50]、Merlet[16]、Mestre[15,26]、Mombasa[15,26]、Nashville[16,43]、Orange Tycoon[43]、Pavia[15,26,43,44]、Pirandello[15,26]、Pirax[43]、Rousseau[43]、Royal Lace[27,45,46]、Royal Sunset[16]、Royal Trinity[43]、Samur[43]、Serrada[15,26,50]、White Sound[50]、White Tycoon[43]。四倍體的LA類百合：Honesty[16]。

LO類有三倍體，也有四倍體。明確為三倍體的LO類百合：Triumphator[15]、White Triumph[15,26]、Chiara[26]、Vendella[26]、Temi[26]；四倍體的LO類百合：Santa Rosa[26]。

除以上倍性明確的品種外，還有一些非整倍體的材料，如O類Viviana[16,26,28]，OT類Zambesi[16]、LA類Bach[16]、Fangio[16]、Mynnou[16]。

此外，有幾篇文獻(xiàn)顯示了同一品種不同的倍性結(jié)果：Original Love可能為二倍體[38]、三倍體[47]或四倍體[1]；Orange Pixie可能為二倍體[36]或三倍體[15,47]；White Heaven可能為二倍體[15]或三倍體[48]；Detroit為三倍體[48]或四倍體[15,34,41,43]；Black Out為二倍體[33]或四倍體[43]；Robina為三倍體[25]或四倍體[29]；Indian Summerset為二倍體[38]或三倍體[16]。

2.2 供試百合材料的倍性分析

氣孔的觀測結(jié)果表明：不同倍性百合的氣孔的大小和密度存在差異。百合氣孔大小與密度呈負(fù)相關(guān)，倍性越大，氣孔越大，密度越小(圖1)。以氣孔密度為橫坐標(biāo)、氣孔周長為縱坐標(biāo)，制作了百合氣孔的散點(diǎn)圖，以倍性已知的L.davidiivar.unicolor(22)、L.regale(94)、Pink Pixie(3)、Tiny Bee(7)、Tiny Invader(9)、Tiny Pearl(10)、Tiny Double You(12)、Whistler(23)、Levi(25)和Yelloween(56)為二倍體百合的對(duì)照，以倍性已知的Conca D’Or(85)、Elodie(26)、Navona(5)、Palazzo(79)、Manissa(80)、Eyeliner(41)、Golden Stone(45)、Competition(72)、Brindisi(46)、Pavia(47)和Vermeer(16)為三倍體百合的對(duì)照，以倍性已知的Red Life(37)、Red Life(北)(100)、天舞(北)(97)、美人(北)(98)為四倍體百合的對(duì)照，劃分不同倍性百合的分布區(qū)域(圖2)：二倍體的氣孔周長范圍為 57.75～70.05 μm、氣孔密度為 42.63～97.37個(gè)/mm2；三倍體的氣孔周長范圍為70.42～93.59μm、氣孔密度為 24.73～46.84個(gè)/mm2；四倍體的氣孔周長范圍為 99.44～113.69 μm、氣孔密度為 17.36～28.42個(gè)/mm2。以此為依據(jù)，新鑒定的四倍體有：Rosella’s Dream(27)、Pearl Loraine(34)、Robert Swanson(55)、Mister Cass(58)、Beverly Dreams(62)、Mister Sandman(84)、Leslie Woodriff(88)。

A.Tiny Invader；B.Whistler；C.Yelloween；D.Navona；E.Brindisi；F.Elodie；G.Red Life；H.美人；I.天舞

圖2 100份百合氣孔散點(diǎn)圖

新鑒定的三倍體有：Easy Waltz(1)、Little Kiss(11)、Easy Life(19)、Discoteca(20)Forever Susan(24)、Peach Dwarf(29)、Red Twin(30)、Ivory Pixie(31)、Abbeville Pride(32)、Pearl Jessica(35)、Bourbon Street(40)、Dynamix(42)、Double Sensation(43)、Bentley(44)、Sweet Surender(48)、Purple Diamond(49)、Triumphator(50)、Pink Heaven(51)、Zambesi(53)、Amarossi(57)、Outback(59)、Forever(60)、Fujian(61)、Friso(64)、Anastacia(65)、Debby(67)、Yellow Strike(69)、Berlingo(70)、Corcovado(71)、Mister Right(73)、Tabledance(74)、Fedora(75)、Catina(76)、Serano(77)、Shine On(78)、Terrasol(81)、Pangea(82)、Robina(86)、Saltarello(87)、African Queen(95)、Night Rider(96)、White Heaven(北)(99)。

新鑒定的二倍體有：Twosome(2)、Foxtrot(4)、L.tigrinum‘Pearl Melanie’(6)、Tiny Ghost(8)、Black Eye(13)、Pink Blossom(14)、Joao Pessoa(18)、L.davidiivar.unicolor‘Pinglu’(21)、Trogon(28)、White Heaven(38)、Fusion(52)、Pink Mist(63)、Honeymoon(66)、Garden Affaire(68)、Pink Perfection(89)、Lady Alice(91)、Golden Splendor(92)、Regale Album(93)。

三倍體與二倍體存在交集。交集中，F(xiàn)usion(52)為L.longiflorum和L.pardalinumn的雜交品種，推測為二倍體；Bentley(44)和Dynamix(42)為LA類百合，推測為三倍體。

另外，有8份材料Annemarie’s Dream(15)、Bright Diamond(39)、Red Velvet(36)、Tailor Made(33)、Orange Planet(90)、Olympic Torch(54)、Urandi(83)、Tiny Diamond(17)無法推測其倍性。

3 討論

倍性鑒定方法中形態(tài)學(xué)鑒定法最直觀、最簡單，然而百合原生種種類復(fù)雜多樣，相同倍性百合在植株高度、花朵大小等方面有很大差異，不同倍性百合在植株高度、花朵大小等方面也可能差異不顯著，因此，形態(tài)特征不能作為百合倍性鑒定的依據(jù)。利用氣孔保衛(wèi)細(xì)胞的性狀判別倍性也相對(duì)簡單，已在多種植物中被證明具有一定的可行性和可靠性。

本研究通過查閱大量文獻(xiàn)，列出210個(gè)已知倍性百合材料的名稱，并以已知倍性的百合為參照，將氣孔周長和密度指標(biāo)相結(jié)合，劃分不同倍性百合的分布區(qū)域，明確了前人未研究過的66種百合的倍性，這是迄今為止對(duì)百合倍性最為全面的報(bào)道。

研究發(fā)現(xiàn)：二倍體與四倍體的分布區(qū)域不存在交集，易于區(qū)分，而三倍體與部分二倍體的分布區(qū)域存在交集。在月季[23]和黃花蒿[20]等研究中也發(fā)現(xiàn)利用葉片氣孔鑒定倍性的方法較難將三倍體與二倍體和四倍體區(qū)分開。百合育種實(shí)踐可能產(chǎn)生非整倍體材料[16]，包括O、LA 和OT，這種現(xiàn)象產(chǎn)生的機(jī)制已由周樹軍[2]闡明。研究中有8份材料沒有確定倍性，它們可能是非整倍體，需要進(jìn)一步確定。

文獻(xiàn)調(diào)查發(fā)現(xiàn)了同一品種不同倍性的現(xiàn)象，如Robina被認(rèn)為是四倍體或三倍體，試驗(yàn)所用材料Robina為三倍體。White Heaven被認(rèn)為是二倍體或三倍體，來自山西農(nóng)業(yè)大學(xué)和北京農(nóng)學(xué)院的試驗(yàn)材料White Heaven，被分別判定為二倍體和三倍體。這種同一材料倍性不同的原因可能是：(1)品種名的誤用導(dǎo)致材料混淆；(2)該材料同時(shí)有二倍體、三倍體或四倍體的存在，如卷丹不僅有三倍體和二倍體2種倍性的野生種，還有非整倍體與整倍的混倍體[10]。