楸树远缘杂交种花器官性状变异分析.pdf
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1、植物研究 2024,44(2):220 231Bulletin of Botanical Research楸树远缘杂交种花器官性状变异分析曹文昱1 王军辉2 杨艳红1 麻文俊2 李放3 周林召1熊星月1 胡晓亮1 马贯羊1*赵鲲1(1.洛阳市农林科学院,洛阳 471023;2.中国林业科学研究院林业研究所,北京 100091;3.河南省林业资源监测院,郑州 450045)摘 要 为明确楸树(Catalpa bungei)远缘杂交种花器官性状的表型变异程度和变异规律,以12株楸树远缘杂交种为材料,采用方差分析、相关分析、聚类分析等统计分析方法,对楸树远缘杂交种的花期物候特征、花序性状、花朵性状和
2、花色性状指标进行研究。结果表明:楸树远缘杂交种的花期物候特征差异明显,楸梓杂交种为假三叉分枝,花芽分化能力强,嫁接当年持续多轮开花,花期长达100 d以上,表现出母本性状。楸梓杂交种的花器官特征差异显著,花序轴共79轮侧枝,主轴为无限花序,侧枝为二歧聚伞花序,从底层到顶层过度为聚伞花序,处于楸树有限花序到梓树无限花序的过渡性状。花总长度、花筒直径、花筒长度、花冠宽度、花梗长度、雌蕊长度、花药长度、雄蕊长度、不育雄蕊长度的变幅分别为35.4250.36,10.8416.13,16.5724.68,31.5844.87,9.0731.99,19.4427.52,4.855.89,13.9321.1
3、0,3.666.79 mm,变异系数为10.88%31.02%,多样性指数(H)为1.361.93,并以9个性状指标将12株杂交种聚为大花型、中花型、小花型3类。楸树杂交种间花色差异显著,以L*、a*、b*值将12株杂交种的唇瓣花斑颜色聚为3类,分别是粉紫色型、紫红色型和紫色型。关键词 楸树;远缘杂交;花器官;遗传变异中图分类号:S685.99 文献标志码:A doi:10.7525/j.issn.1673-5102.2024.02.007Analysis on Variation of Floral Organ Traits in Distant Hybrids of Catalpa bun
4、geiCAO Wenyu1 WANG Junhui2 YANG Yanhong1 MA Wenjun2 LI fang3 ZHOU Linzhao1XIONG Xingyue1 Hu Xiaoliang1 MA Guanyang1*ZHAO Kun1(1.Luoyang Academy of Agriculture and Forestry Sciences,Luoyang 471023;2.Research Institute of Forestry,Chinese Academy of Forestry,Beijing 100091;3.Henan Forestry Resources M
5、onitoring Institute,Zhengzhou 450045)Abstract In order to clarify the phenotypic variation degree and regularity of flower organ traits in distant hybrids of Catalpa bungei,12 distant hybrid species of C.bungei were used as materials,statistical analysis methods such as variance analysis,correlation
6、 analysis,and cluster analysis were used to study their phenological characteristics,inflorescence traits,flower traits,and color traits during flowering.The results showed that there were significant differences in phenological characteristics during the flowering period of the distant hybrid speci
7、es of C.bungei.The hybrid of C.bungei and C.ovata was pseudo three-branch,with strong differentiation ability of flower buds,and multiple rounds of flowering in the year of grafting,and the flowering period of over 100 days,exhibited maternal traits.The floral organ characteristics of hybrid species
8、 of C.bungei were significantly different,with seven to nine rounds of lateral branches in the inflorescence axis,and the main axis was an infinite inflorescence,and the lateral branches were dichasium,and the transition from the bottom to the top was a cyme inflorescence,which was a transitional tr
9、ait from a limited inflorescence of C.bungei to an infinite inflorescence of C.ovata.The variation ranges of total flower length,flower tube diameter,flower tube length,corolla width,peduncle length,pistil length,anther length,stamen length,and sterile 基金项目:国家重点研发计划项目(2017YFD0600604);河南省科技兴林项目(YLK20
10、2215)。第一作者简介:曹文昱(1994)男,硕士研究生,主要从事楸树遗传育种研究。*通信作者:E-mail:。收稿日期:2023年07月24日。曹文昱等:楸树远缘杂交种花器官性状变异分析2 期stamen length were 35.42-50.36,10.84-16.13,16.57-24.68,31.58-44.87,9.07-31.99,19.44-27.52,4.85-5.89,13.93-21.10,3.66-6.79 mm,respectively.The variation coefficient ranged from 10.88%-31.02%,and the dive
11、rsity index ranged from 1.36-1.93.Based on the nine traits,the 12 hybrids were clustered into three types:large flower type,medium flower type and small flower type.There were significant differences in flower color among C.bungei hybrids.The values of L*,a*and b*were used to cluster the labellum fl
12、ower spots color of the 12 hybrids into three categories,namely pinkish purple,purplish red and purple.Key words Catalpa bungei;distant hybridization;floral organ;genetic variation林木杂交育种是楸树(Catalpa bungei)新品种选育的重要方法之一,包括近缘杂交和远缘杂交。远缘杂交在增强观花植物遗传变异、挖掘优质基因资源及优异新品种培育中起着关键性作用1-2。目前远缘杂交育种已在牡丹(Paeonia suffr
13、uticosa)、芍药(Paeonia lactiflora)、月季(Rosa chinensis)、蝴蝶兰(Phalaenopsis aphrodite)3-6等观赏植物研究中取得良好的效果。花是种子植物的有性繁殖器官,比其他植物器官更容易产生变异,表现出更高的差异性,且遗传力高,性状表现稳定,易于观察,是植物分类和演化的主要依据7-8。因此,楸树远缘杂交种花性状研究具有重要的理论价值和实践意义。楸树是紫葳科(Bignoniaceae)梓属(Catalpa)植物,是我国特有的乡土树种,也是园林绿化、生态保护和观赏游憩的珍贵优质用材树种,因其材质优良,用途广泛,树体高大挺拔,花多繁密,深受群众
14、喜爱,素有“木王”之称9。梓属于1771年由Scopoli 创建命名,分为梓树组、大梓树组和楸树组,在全世界约有14个种、数变种和数变型,目前我国原产和引栽的共有7种变种及变型,包括楸、灰楸(C.fargesii)、滇楸(C.fargesii f.duclouxii)、梓树(C.ovata)、藏楸(C.tibetica)、黄金树(C.speciosa)、美国梓树(C.bignonioides)10。楸树属异花授粉植物,自花不育,现阶段大多采用无性繁殖技术进行造林,导致地域性楸树无性系单一,基因型固定,产生生殖隔离,严重限制了楸树的发展11。1974年,叶培忠等12选取楸树、灰楸和滇楸为材料开展
15、了楸树有性繁殖研究,获得杂交实生苗,并探索性进行了楸树与梓树、美国梓树、黄金树和梓树组内的远缘杂交育种试验。2002年,中国林业科学研究院与洛阳市农林科学院等单位相继开展了楸树种内和种间杂交育种研究,先后选育出 洛楸 系列、百日花 楸树(C.bungei Bairihua)等国家、省级审定楸树良种13-16,已成为楸树遗传育种研究的重要材料17-19。目前,楸树远缘杂交育种技术获得突破,通过属间远缘杂交聚合楸树的速生性和梓树的抗逆性,创制出一种速生抗冻耐水湿的楸树属新种质20。楸树花期时观赏性强,花多色艳,不同楸树单株花性状和花期物候变异较大21-22,而楸树远缘杂交种花性状、物候等方面尚鲜见
16、相关报道。本研究以12株楸树远缘杂交种的花器官为研究对象,选取花期物候特征、花序性状、花朵性状以及花色性状等指标,分析研究楸树花器官性状表型变异规律,以期为楸树远缘杂交育种的遗传进化机制、生物学特性、新种质的创制、改良、鉴定、分类和保护提供理论依据和资料。1 材料与方法1.1试验材料和试验地概况试验材料和试验地概况在洛阳市农林科学院楸树种质资源圃(3438 N,11228 E)中选取 12株具有代表性的楸树杂交种作为样本单株(见表1),于2022年45月楸树盛花期进行楸树花器官表型性状测定。该地气候属暖温带大陆性半湿润季风气候,海拔160 m,年平均气温为14,无霜期平均为218 d,年平均降
17、水量为601 mm,年平均日照时间为2 291.6 h,土壤为壤土。1.2试验方法试验方法根据楸树花器官结构特征,调查测定了不同楸树杂交种的花期物候、花序性状和花朵性状(花朵测定指标见图1),选取的质量性状为花序类型、花期物候和花色,选取的数量性状为花序轮数、花序每轮分枝数、花序每轮分枝花数、单花序总花数、花总长度、花筒直径、花筒长度、花冠宽度、花梗长度、雌蕊长度、花药长度、雄蕊长度、不育雄蕊长度。每个单株随机选取树冠不同方向的9个花序,每个花序测定39朵花(由于不同单株花序特征不同,所以部分花序调查花朵数量不同)。首先,计数记录花序性状(花序轮数、花序每轮分枝数、花序每轮分枝花数、单花序总花
18、数)。然后,用电子游标卡尺(精确度为0.01 mm)测定花朵性状22144 卷植物研究(花总长度、花筒直径、花筒长度、花冠宽度、花梗长度、雌蕊长度、花药长度、雄蕊长度、不育雄蕊长度)。由于楸树的花朵与花苞有渐变杂斑和杂色,其花朵为白色花被间杂颜色深浅、数量密度、分布范围各异的紫斑,花色分析相对复杂,因此调查中,进行人工分级分析花色特征(内外花被唇瓣花斑颜色、唇瓣花斑范围、花斑密度、花斑大小、蜜导颜色)和花苞颜色。使用数码相机与色彩分析仪测定花朵下唇瓣紫斑颜色,包括色彩亮度L*值、彩度 C*、色相角值 h 和色相 a*、b*值,每朵花重复 3次,取平均值。花期物候指标(开花持续时间、开花树龄、开
19、花习性、侧枝量、花粉量)为肉眼观测记录,其中侧枝量的判断方法为,肉眼观察轮生枝、假三叉分枝的数量,分为多和少两类;花粉量的判断方法为,肉眼观察花药中花粉量的饱满程度,分为多、少和无三类。为避免人为因素的实验误差,所有测定工作均由同一人完成。1.3数据分析数据分析表型性状变异系数(CV)公式为:CV=S/x(1)式中:S为标准差,x 为平均值。遗传多样性指数的计算采用 Shannon-wiener 信息指数(H),公式为:H=-Piln Pi(2)式中:Pi为某一个性状第 i 个级别出现的概率。分级根据平均值和标准差划分为10级,每0.5个标准差为1级。数据处理后,花朵数量性状指标进行单因素方差
20、分析、LSD法多重比较、Pearson相关性分析和聚类分析,花朵唇瓣紫斑颜色以CIE表色系统的L*、a*、b*值进行聚类分析,聚类分析采用Euclidean距离和Ward法。数据的分析处理及图表制作,使用 Excel 2019、SPSS 21.0和Origin 2021软件完成。2 结果与分析2.1花期物候和花序特征分析花期物候和花序特征分析不同楸树杂交种花期物候调查结果如表2所示,经连续4年观测表明,楸树杂交种的花期物候特征表现出明显的差异性。其中,属间楸梓杂交种20-004、20-006、19-001、19-002和种间楸滇杂交图1楸树花器官表型性状指标a.花总长度;b.花筒直径;c.花筒
21、长度;d.花冠宽度;e.花药长度;f.雄蕊长度;g.雌蕊长度;h.不育雄蕊长度。Fig.1Floral organ phenotypic traits of C.bungeia.Total length of flower;b.Flower tube diameter;c.Flower tube length;d.Corolla width;e.Anther length;f.Stamen length;g.Pistil length;h.Sterile stamen length.表1不同楸树杂交品种单株Table 1Individual hybrid varieties of differ
22、ent C.bungei编号Num123456789101112单株Individuals20-00420-00619-00119-002BRH-001BRH-002BRH-003洛楸4号D-3X-1D-1S-1母本Female parent百日花 楸树(C.bungei Bairihua)百日花 楸树(C.bungei Bairihua)洛楸4号(C.bungei Luoqiu4)百日花 楸树(C.bungei Bairihua)洛楸4号(C.bungei Luoqiu4)洛楸4号(C.bungei Luoqiu4)洛楸4号(C.bungei Luoqiu4)楸树(C.bungei)楸树(C
23、.bungei)楸树(C.bungei)楸树(C.bungei)长果楸(C.longicarpa)父本Male parent梓树(C.ovata)梓树(C.ovata)梓树(C.ovata)梓树(C.ovata)滇楸2号(C.fargesii f.duclouxii Dianqiu2)滇楸2号(C.fargesii f.duclouxii Dianqiu2)滇楸2号(C.fargesii f.duclouxii Dianqiu2)长果楸(C.longicarpa)滇楸(C.fargesii f.duclouxii)滇楸(C.fargesii f.duclouxii)灰楸(C.fargesii)
24、灰楸(C.fargesii)树高Height/m4.55.57.57.07.58.019.021.015.013.012.020.0胸径DBH/cm5.56.015.712.811.711.930.034.029.021.019.526.0222曹文昱等:楸树远缘杂交种花器官性状变异分析2 期种BRH-001、BRH-002、BRH-003为假三叉分枝,可持续多轮开花,花期长达100 d以上,嫁接当年开花,花量大;而其他5个杂交种单株花期为1015 d,开花树龄6年左右,单次开花,顶端优势明显。将12株楸树杂交种的花粉量分为多、少和无三类,其中20-004、19-001、BRH-001、BRH
25、-002、洛楸4号 和S-1的花药饱满,花粉量多;20-006、D-3、X-1的花粉量少,19-002、BRH-003和D-1败育,花药中无花粉。不同楸树杂交种花序性状特征调查结果如表3所示,属间楸梓杂交种与楸树种间杂交种在花序类型、花序轮数、花序每轮分枝数、花序每轮分枝花数和单花序总花数,共5个性状中均表现出明显差异。20-004、20-006、19-001均为顶生二歧聚伞圆锥花序,花序分枝轮生,分别为78轮、89轮、67轮,每轮分枝花数(通常花序下层花数多)分别为 17 朵、17 朵、15 朵,单花序花数分别可达6081朵、72110朵、4563朵,其中20-006的部分花序每轮分枝数为4
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