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(jiān)測保護服務(wù)中心，山東 煙臺 264000）

楸樹(Catalpa bungei)為紫葳科（Bignoniaceae）梓屬（Catalpa）植物，材質(zhì)好、用途廣、經(jīng)濟價值高，而且樹形優(yōu)美，花美色艷，是我國特有的珍貴優(yōu)質(zhì)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(qū)往往只有一個單一品種，從而造成楸樹結(jié)實少的現(xiàn)象，導(dǎo)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(fā)芽率進行分析，以期為后續(xù)的雜交親本選擇良種選育提供理論參考和依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材 料

雜交親本來源于煙臺市萊山區(qū)灰楸、楸樹優(yōu)樹；萊陽市、牟平區(qū)楸樹優(yōu)樹；杭州、濟南梓樹優(yōu)樹；臨沂灰楸優(yōu)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(nèi)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(shè)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(fù)。2019 年10 月，調(diào)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(fù)。用游標(biāo)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(fā)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(fā)芽箱中發(fā)芽，統(tǒng)計發(fā)芽率，每處理3 次重復(fù)。

1.3 統(tǒng)計分析

用EXCEL 和SAS 軟件對試驗數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析。方差分析時，種子發(fā)芽率百分?jǐn)?shù)數(shù)據(jù)進行反正弦轉(zhuǎn)換。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同雜交組合的雜交結(jié)實率

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

圖1 楸深友1×楸曲授粉后果實形態(tài)

表1 人工控制授粉雜交結(jié)實率

2.2 雜交種實測定及發(fā)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(fā)育不成熟，后續(xù)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?yōu)辄S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(jié)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(tǒng)來看，不同交配系統(tǒng)間種子的飽滿率存在顯著差異，最高的是梓和楸交配系統(tǒng)，種子飽滿率78.11%；最低的是楸和梓交配系統(tǒng)（11.84%）。

不同雜交組合結(jié)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(jié)實種子形態(tài)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(fā)芽率差異

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

表2 楸樹不同雜交組合雜交種實及發(fā)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(xiàn)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(fā)芽率的影響極顯著。變異系數(shù)較高的指標(biāo)是種子發(fā)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(jié)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(xiàn)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(fā)芽率影響極顯著。變異系數(shù)較高的指標(biāo)是種子發(fā)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(jié)論與討論

在膠東地區(qū)，楸樹、灰楸開花正常，但普遍不結(jié)實。本研究中，楸樹雜交結(jié)實率為0～73.33%，變化范圍較大。不同交配系統(tǒng)間、同一交配系統(tǒng)不同組合間雜交授粉結(jié)實率均存在顯著性差異，具有雜交結(jié)實率較高的是梓×楸和楸×灰楸交配系統(tǒng)，在雜交制種時可以利用。同時，研究發(fā)現(xiàn)楸樹存在自交不親和及部分種內(nèi)雜交不親和現(xiàn)象。自交不親和性是花粉與雌蕊之間表現(xiàn)抑制作用所致，而實質(zhì)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(zhì)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(zhì)膜之間產(chǎn)生胼胝質(zhì)，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(fā)形成的花粉管在向前生長過程中頂部積累大量胼胝質(zhì)，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(fā)現(xiàn)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(nèi)的晚期自交不親和[8-11]。本試驗中，楸樹自交后，未發(fā)現(xiàn)有結(jié)果現(xiàn)象，說明楸樹自交后沒有完成雌、雄配子體的結(jié)合，存在自交不親和現(xiàn)象，這與王改萍等[12]解剖學(xué)研究結(jié)果基本一致。

研究結(jié)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(fā)芽率均存在顯著性差異，種子發(fā)芽率最高的交配系統(tǒng)是楸和灰楸，最差的是楸和楸，這可能與雜種優(yōu)勢和近交衰退有關(guān)。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(yīng)時還發(fā)現(xiàn)，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。