肉錐屬多肉植物的雜交育種研究

葉松菩 馮堯 楊建偉

(1.西南林業(yè)大學(xué)園林園藝學(xué)院，云南 昆明 650224；2.滇西應(yīng)用技術(shù)大學(xué)普洱茶學(xué)院，云南 普洱 665099)

多肉植物指植物葉片、莖稈內(nèi)因含有大量水分而使得植株整體呈現(xiàn)肉質(zhì)、多漿、肥厚狀態(tài)的一類植物。因其肥厚、可愛的形態(tài)特征而得名,也因此在市場上受到熱捧。番杏科肉錐屬(Conophytum)多肉植物原產(chǎn)于南非納米比亞地區(qū)[1],該屬植物植株矮小、無莖或短莖,根上面直接長有高度肉質(zhì)化的變態(tài)葉,部分品種植株通透、色彩多樣、紋路豐富,極具觀賞價(jià)值。近年來,肉錐屬多肉植物受到熱捧,原有品種性狀已經(jīng)逐漸滿足不了消費(fèi)者的需求,培育新的觀賞性狀是大勢所趨。

肉錐屬的新品種選育方法主要有雜交育種和突變優(yōu)選育種,突變育種往往缺乏目的性且時(shí)間漫長。雜交育種能使不同種的優(yōu)良基因在種間充分的流動,培育出兼具不同物種優(yōu)良特性的新種質(zhì),豐富植物的多樣性,長久以來,雜交育種都是園林園藝植物新種質(zhì)資源創(chuàng)制的重要途徑[2]。肉錐屬多肉植物主要以觀葉為主,其育種目標(biāo)應(yīng)主要體現(xiàn)在株型、葉形、葉透度、葉面花紋方面,窗頂透度、窗面大小,株型高矮、寬度,花紋顏色和連貫程度等均可作為育種目標(biāo)。目前,我國市場上出現(xiàn)的多肉植物品種大多來自于荷蘭、日本、韓國等地,日本島田培育的很多生石花品種在國內(nèi)就炙手可熱,如紅窗菊紋章、綠光陽等很多玩家為求一苗不惜親自赴日選購。韓國帕克(PARK)培育的許多景天科品種也是受到熱捧,2020年帕克培育的麥稈系列半年扦插苗更是被炒作到近千元1株的價(jià)格。

多肉植物產(chǎn)業(yè)不斷發(fā)展,目前已具一定規(guī)模,但消費(fèi)者的需求也隨之提高,已不僅僅滿足于傳統(tǒng)品種的性狀,開始追求新的形態(tài)和觀賞性。近年來,雖然我國也報(bào)道了一些通過有性繁殖雜交育種培育出來的多肉植物新品種,如云南省農(nóng)科院花卉研究所通過雜交選育出3個(gè)盆栽觀賞多肉植物新品種雪佳人、燃燈蓮和阿蘿,然而在肉錐屬多肉植物新品種的培育工作方面的進(jìn)展緩慢,目前相關(guān)肉錐屬多肉植物的研究報(bào)道多是關(guān)于觀賞價(jià)值、生物學(xué)特性、園林應(yīng)用、栽培繁殖方面的,雜交育種方面的文獻(xiàn)報(bào)道甚少,本文擬通過肉錐屬多肉植物品種間雜交實(shí)驗(yàn)、播種培育、F1代表型性狀分析鑒定等工作,探析肉錐屬植物的雜交和繁殖技術(shù),為其新品種的培育工作提供參考。

1 材料和方法

1.1 親本的選擇

1.1.1 親本選取的原則

雜交育種所選親本的形狀特征直接關(guān)系到子代的性狀,所以定向雜交育種應(yīng)預(yù)先設(shè)定預(yù)期培育性狀、明確目標(biāo),根據(jù)預(yù)期性狀的特點(diǎn)選擇具有這些性狀的父母本,以期將父母本的優(yōu)良性狀結(jié)合。另外,植物的營養(yǎng)生長與生殖生長息息相關(guān),所以要選取健康、無病蟲害的植株作為親本來授粉,這樣可以提高植株授粉的成功率也能提高種子質(zhì)量。植株年份的大小與授粉后植株的產(chǎn)種量直接相關(guān),植株年份越大則產(chǎn)種量越高,授粉成功概率也越大,所以要盡量選擇年份大的植株進(jìn)行雜交授粉。

1.1.2 親本選擇和預(yù)處理

本文所選親本材料為四年生健康成長無病蟲害的毛漢尼(C.maughanii)和安貞(C.obcordellum),親本性狀特征如表1所示。毛漢尼和安貞各選40株養(yǎng)殖在云南省昆明市呈貢區(qū)段家村多肉基地連體大棚內(nèi),75%遮陽網(wǎng),光照充足。開花前按照1∶1000比例噴施磷酸二氫鉀促進(jìn)植物花芽分化,以確保能正常開花,待開花進(jìn)行雜交授粉。

表1 雜交親本表型性狀

1.2 方法

1.2.1 親本花期觀測

安貞和毛漢尼各選10株花朵即將開放的植株,對其花朵形狀、每日開花時(shí)間、開花習(xí)性、雄蕊散粉時(shí)間、單花花期、柱頭出現(xiàn)時(shí)間等進(jìn)行觀察和記錄。

1.2.2 雜交組合設(shè)計(jì)

根據(jù)育種目標(biāo)和親本特點(diǎn),選擇毛漢尼和安貞為親本,進(jìn)行正反交雜交設(shè)計(jì)。

圖1 雜交親本形態(tài)特征

1.2.3 雜交授粉

待親本開花,準(zhǔn)備小型授粉筆、剪刀、彎頭鑷子等授粉工具,按照以下方法進(jìn)行授粉雜交:用鑷子摘掉花瓣,以便去雄；用剪子剪掉母本的雄蕊上部有花粉部分進(jìn)行去雄,去雄后用鑷子將掉落的雄蕊清理出花朵,以免影響授粉結(jié)果；用授粉筆蘸取父本雄蕊采集父本花粉；用授粉筆沾滿花粉處輕掃柱頭。授粉后用防蟲網(wǎng)袋將植株罩住,以防昆蟲傳粉影響授粉結(jié)果。授粉成功后,觀察記錄授粉后果實(shí)發(fā)育情況、成熟時(shí)間并統(tǒng)計(jì)結(jié)實(shí)數(shù)。

1.2.4 種子采集和保存

果實(shí)成熟后摘下果實(shí),將摘下的果實(shí)泡于水中,10min后果實(shí)會自然打開,種子沉于水底,用鑷子將果實(shí)中殘余的種子掏出后濾干水分,自然干燥保存。肉錐屬植株的種子存在后熟、休眠現(xiàn)象[3],這種現(xiàn)象是植物在長期系統(tǒng)的發(fā)育過程中為了適應(yīng)環(huán)境、保證自身的繁衍而形成的一種生物學(xué)特性[4],肉錐花屬植物的種子在春季成熟后不能立即萌發(fā),需要經(jīng)過一段時(shí)間的休眠后遇到合適的環(huán)境條件才能正常萌發(fā),以避免在不利于建植的季節(jié)萌發(fā)[5]。所以肉錐屬植物種子在采集后需要室溫干燥放置6～8個(gè)月左右待種子完成生理后熟破除休眠才能進(jìn)行播種。

1.2.5 播種和育苗

種子采集6～8個(gè)月后,待種子完成后熟、破除休眠,當(dāng)天氣溫度穩(wěn)定在12～24℃時(shí),即可開始播種[6],播種基質(zhì)為細(xì)泥炭∶稻殼炭∶蛭石∶細(xì)鹿沼土＝4∶1∶1∶1,混勻后用高錳酸鉀浸溶液泡1h殺菌消毒,播種可以選擇點(diǎn)播或者撒播,點(diǎn)播即將種子一粒一粒的播于土壤之中,這樣播種出來的種子有一定的間距,可以避免互相擠壓,但是需要耗費(fèi)大量的時(shí)間精力,對于比較珍貴的種子可以選擇點(diǎn)播。撒播即將種子均勻的撒于土壤表面,撒播省時(shí)省力但有時(shí)會出現(xiàn)幾粒種子撒在同一個(gè)地方的情況,發(fā)芽后苗子會互相擠壓,搶奪生長空間,撒播有一定的技巧,適用于播種量比較大的情況。種子播種以后在土表面噴施1%多菌靈溶液、用保鮮膜密封播種盤,置于棚內(nèi)75%遮陽網(wǎng)下,其間要避免陽光直射,以免造成播種容器溫度過高。15～25d后出苗整齊時(shí)即可打開密封保鮮膜,進(jìn)行正常養(yǎng)殖,期間澆水保持土壤潮濕,不能干透,以免僵苗。

1.2.6 子代形態(tài)學(xué)鑒定

選擇出10株與親本差異明顯的F1代植株,進(jìn)行株型、紋路、透度、窗面、葉色等主要形態(tài)特征的觀察測定,并與親本進(jìn)行對比。

2 結(jié)果與分析

2.1 親本開花特性

毛漢尼在當(dāng)?shù)鼗ㄆ跒?月13日—10月17日,花朵開放當(dāng)天雌蕊高度低于雄蕊,難以進(jìn)行人工授粉,雄蕊在開放第1天就散粉,肉眼可見雄蕊頂呈絨毛狀即為花粉,開放第2～3天雌蕊伸出雄蕊群可以進(jìn)行授粉,每朵花花期為7～9d。安貞在當(dāng)?shù)鼗ㄆ跒?月3日—10月5日,安貞花朵開放當(dāng)天雄蕊不散粉,第2天雄蕊散粉肉眼可見雄蕊頂呈絨毛狀即為花粉,第2～3天雌蕊顯現(xiàn)即可進(jìn)行授粉,每朵花花期為6～8d。安貞和毛漢尼柱頭上均有粘性,可以黏住沾到柱頭上的花粉。二者均為晴天夜間開花,陰雨天少花或不開花,白天花朵呈直筒狀,18∶00時(shí)以后花朵逐漸打開,20∶00時(shí)花朵打開幅度最大,授粉工作在每日20∶00—21∶00進(jìn)行,當(dāng)親本開放第2天后即可雜交授粉。

2.2 雜交結(jié)實(shí)情況

授粉成功后,毛漢尼和安貞均是2～3d花朵即開始萎蔫至凋謝,植株子房逐漸膨大,授粉失敗的個(gè)體花朵自然凋謝,子房不膨大。約4個(gè)月后授粉成功的果莢在植株上自然成熟、干燥,遇水種莢會然打開,種子隨水流出,此時(shí)證明果實(shí)已經(jīng)成熟,可以摘下果實(shí)收集種子。由表2可知,組合1的結(jié)實(shí)率、平均單果種子數(shù)、種子總量均高于組合2,其中,種子總量比組合2高110%。說明與安貞相比,毛漢尼更適于作為母本進(jìn)行雜交。

表2 雜交結(jié)實(shí)情況

2.3 形態(tài)學(xué)鑒定

雜交種苗長至1.5a后,第2次蛻皮后可通過肉眼觀察到形狀特征與親本進(jìn)行對比,F1代苗形態(tài)特征如圖2所示。對父母本及篩選出的10株F1代苗的形態(tài)特征進(jìn)行了觀察統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn),10個(gè)雜種株在形態(tài)上均處于雜交親本之間,見表3。在葉色方面,篩選出的F1代苗葉色偏向親本毛漢尼,擁有更多種類的顏色；透度方面,子代透度介于父母本之間,融合了毛漢尼的通透,改善了安貞透度低的特性；植株體型方面,更趨向于毛漢尼,呈矮胖橢圓形狀；透亮的窗面消失,但卻遺傳了安貞的紋路；出現(xiàn)了親本都沒有的性狀,植株表面呈現(xiàn)出絨毛質(zhì)感。由于年份不夠,蛻皮次數(shù)過少,目前暫無法對比蛻皮分頭能力與親本之間的差異,是否容易群生尚不可知。

表3 F1代表型性狀

圖2 F1代形態(tài)特征

3 討論

雜交育種是目前國內(nèi)外培育觀賞植物新品種和類型的基本方法,是指通過2個(gè)遺傳性不同個(gè)體之間的有性生殖獲得不同基因的融合得到雜種,再通過后代個(gè)體篩選培育新品種的方法。根據(jù)親本親緣關(guān)系的遠(yuǎn)近,分為品種間雜交、遠(yuǎn)緣雜交,遠(yuǎn)緣雜交又分為種間雜交、屬間或科間雜交。這幾種方法都是選育花卉觀賞植物新品種的重要手段。

雜種優(yōu)勢指2個(gè)性狀不同的親本雜交產(chǎn)生的雜種子代在生活力、生長勢、繁殖力、適應(yīng)性以及產(chǎn)量、品質(zhì)等性狀方面優(yōu)于其雙親的現(xiàn)象。雜交育種可以綜合雙親的優(yōu)良性狀,克服親本的劣勢,從而獲得具有雜種優(yōu)勢的新品種[9]。許多園林植物新品種的產(chǎn)生均與雜交育種相關(guān)[10]。肉錐屬多肉植物雜交育種目標(biāo)主要體現(xiàn)在株型、葉形、花朵、抗性、透度、紋路等方面,具體性狀選擇、結(jié)合應(yīng)以市場需求為導(dǎo)向,不同的時(shí)段消費(fèi)者的審美需求是不同的,當(dāng)下的熱門性狀以矮胖緊湊的株型、植株容易群生、葉形圓潤可愛、葉片顏色鮮艷多彩、植株整體通透、表面紋路連貫、葉緣色彩鮮明為主。

雜交后代鑒定的方法有形態(tài)學(xué)標(biāo)記鑒定、細(xì)胞學(xué)標(biāo)記、DNA分子標(biāo)記等,不同的鑒定方法有不同的優(yōu)缺點(diǎn)。形態(tài)形狀鑒定是最直接、最基礎(chǔ)的鑒定方法[11]。肉錐屬植物的雜交后代從外部形狀來鑒別主要包括葉色、葉形、株型、表面紋路、葉質(zhì)感、花色等。通過對這些性狀的觀察及測量可以初步鑒定肉錐屬多肉植物的雜交F1代。

本文選用番杏科肉錐屬多肉植物安貞和毛漢尼進(jìn)行雜交,通過設(shè)定預(yù)期培育性狀、選擇親本、親本花期觀測、雜交組合設(shè)計(jì)、種子收集和貯藏、播種和育苗、F1代形態(tài)學(xué)鑒定對肉錐屬多肉植物的雜交進(jìn)行試驗(yàn)。雜交授粉時(shí)機(jī)方面,毛漢尼和安貞都屬于小型花朵,在自然條件下其授粉媒介均以夜間活動的小型昆蟲為主,為了適應(yīng)這種特性,保證自身群落的生存繁衍,其進(jìn)化出夜間開花的特性,人工授粉的時(shí)候就需要注意這種特性在晚上進(jìn)行雜交授粉。雜交果實(shí)的結(jié)實(shí)率雖然均低于50%,但是以毛漢尼為母本的雜交組合結(jié)實(shí)率、平均單果種子數(shù)、種子總量均高于以安貞為母本的雜交組合,說明在這種雜交組合中,毛漢尼較安貞更適于作為母本。通過F1代與親本的對比可知,所選的10株F1苗代融合了雙親的特有性狀,鑒定為真雜種,此次試驗(yàn)獲得了擁有預(yù)期培育性狀的F1代植株。

本實(shí)驗(yàn)由于使用形態(tài)學(xué)標(biāo)記法鑒定F1代苗,從播種到F1代鑒定工作耗時(shí)1.5a,以后的肉錐屬雜交育種工作可以把形態(tài)標(biāo)記學(xué)鑒定和DNA分子標(biāo)記的鑒定方法相融合,能更準(zhǔn)確、快速地鑒定雜交苗,減少對人力物力的浪費(fèi)。以毛漢尼為母本的雜交組合擁有更高的結(jié)實(shí)率和種子量,推測是毛漢尼子房內(nèi)的胚珠數(shù)量比安貞的胚珠數(shù)量多,也可能與雙方柱頭可授性差異有關(guān),有待進(jìn)一步的研究。