刺槐屬雜交親和性及果實特性研究

喬玉玲 ，荀守華 ，毛秀紅 ，宋玉民 ，孫百友 ，張元帥 ，董元夫

(1.山東省林業科學研究院，山東 濟南 250014；2.費縣國有大青山林場，山東 費縣 273400)

刺槐(Robinia pseudoacacia L.)為蝶形花科刺槐屬落葉喬木。目前，我國刺槐育種主要是以優良無性系選擇育種為主，如果能夠采用控制授粉實現刺槐雜交育種，必將提高刺槐改良程度，對改良刺槐的遺傳品質,提高刺槐林分生產力具有顯著效益。

刺槐由于特殊的蝶形花結構，雌、雄蕊被花瓣包裹，花粉成熟散出和柱頭最佳可授粉期都是在花瓣未完全張開時就已完成這種閉花自交授粉，從而降低植物結實率。所以自然結實率較低，平均30%左右[1]。刺槐花開放時從外觀看不到花藥和柱頭，需借助工具撥開花瓣才能露出雄蕊和雌蕊，這給雜交育種人工授粉帶來很大難度，進而影響到雜交的親和性。近年來，國內外學者在刺槐雜交育種方面的研究取得了一些進展。田志和等[2]選擇9棵植株開展人工控制授粉試驗，結果顯示，同花序自交成果率為3.94%，自由異交成果率為0.44%，自由自交成果率為0，強迫異交成果率為1.82%。孫鵬等[3]研究了刺槐開花傳粉及交配方式，認為刺槐是以異交為主、部分自交親和的交配方式，并試驗刺槐去雄人工授粉雜交結果率為3.56%。袁存權[4]對刺槐有性生殖過程及交配系統進行了深入系統研究，得出刺槐的繁育系統屬于以異交為主的混合交配系統。戴麗等［5］研究了刺槐屬不同種質之間雜交授粉可配性，結果是刺槐做母本與紅花刺槐、金葉刺槐和四倍體刺槐雜交都可獲得可育種子并萌發成苗，紅花刺槐等分別做母本時都沒有得到種子。但關于刺槐交配親和性和結實性的系統研究迄今未有深入系統的研究報道，有必要系統探討優良無性系交配親和性,為刺槐育種和種質資源的充分利用提供實用的資料。我們項目組自2013年以來，荀守華等［6］對20個刺槐無性系的生殖特性及雜交親本選配進行了研究，姜麗娜等［7］研究了多花刺槐花粉與柱頭形態及授粉親和性，本文以多花刺槐和刺槐優良無性系為試驗材料，研究刺槐種間及種內、不同花粉在同一雌性品種上以及相同花粉在不同雌性品種上授粉后的結實率、親和指數及種子形態特征的差異,進行綜合判定刺槐種間、種內的雜交親和性，從另外一個方面為刺槐雜交育種親本的選擇以及雜交組合的選配提供重要的科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于2013—2015年在山東省費縣大青山林場（國家刺槐良種基地）刺槐優良無性系嫁接繁殖的種子園進行，樹齡6年生，6株小區，單行排列。供試材料為1985年山東省林業科學研究院選育鑒定的優良無性系魯刺 1、2、7、9、10、13、42、68 共計 8個，山東省選出的優樹無性系魯刺57、152、133、186、229等5個，山西省的優樹無性系晉刺4，河南省的優樹無性系民權2，遼寧省林業科學研究院選育鑒定的優良無性系興刺1、興刺15及優樹無性系興刺22、25、46，墨西哥刺槐的變種多花刺槐共計21個。

1.2 花粉采集及活力測定

刺槐多在4月底5月初開花。花瓣初裂時，摘取花序，取出小花內的花藥，用硫酸紙包好放在生石灰中干燥24h,輕輕碾壓花藥使其破裂散粉，花粉經凈化、干燥后，放在玻璃小瓶中低溫（0～4℃）貯藏備用。

花粉活力測定采用離體培養萌發法[8]，液態培養基配方是以蒸餾水為溶劑，其成分含有150g/L的蔗糖和0.1g/L的硼酸。將配好的滅菌培養液趁熱用取樣器滴一滴于載玻片凹槽中央，使其慢慢擴散成一略帶弧度的平面且基本完全鋪滿凹槽，將花粉均勻撒在培養基上，然后將載玻片放入有濕潤濾紙的培養皿內，并置于25℃的恒溫光照培養箱中培養。用高倍光學顯微鏡（尼康 50I）分別于培養 2、4、6、8、14、24h時進行花粉萌發情況觀察。每個處理重復3次，每次隨機取3個視野進行觀察。，統計花粉萌發率以反映有活力的花粉所占比例。花粉萌發率(%)=(萌發花粉數/總花粉數)×100%。

表1 刺槐不同花粉平均萌發率/%

1.3 授粉組合及方法

刺槐種間雜交選擇4個優良無性系與多花刺槐組成4個雜交組合。

刺槐種內雜交選擇19個優良無性系組成17個雜交組合。

①自交，對花進行套袋但不去雄，檢測自交能力;每個無性系在群體內隨機選取10個以上花序，在花朵尚未開放時給整個花序套袋、掛牌。

②雜交，套袋并且去雄，用不同植株的花粉進行異花授粉;

1.4 結實率及種子形態調查

在授粉后7d去袋、30d和60d分別統計各交配類型的坐果數與坐果率，收獲莢果時統計成熟莢果數，計算結實率及親和指數。其中結實率=(成熟莢果數/授粉花朵數)×100%,親和指數= (結籽數/花序數)。待果實成熟后采收,用游標卡尺測量莢果長度和膨脹部位的寬度。變異幅度=（雜交組合均值-母本雜交授粉均值）/母本雜交授粉均值×100%

1.5 數據處理

數據處理采用Excel 2013和DPS軟件。

2 結果與分析

2.1 刺槐不同花粉生活力的比較

多花刺槐和刺槐各無性系花粉在常溫下保存1d和0～4℃低溫下保存5d，體外培養2h開始萌發，培養至8h時萌發量達最大值。多花刺槐花粉隨著花粉保存時間延長，萌發率降低。新鮮花粉的活力較高，萌發率最高可達到50%以上；保存1d后，萌發率為37.8%；低溫保存5d后，花粉活力下降明顯，培養萌發率為12.3%左右。

刺槐不同無性系父本花粉萌發率近似，而且保存1d后和低溫保存5d后，花粉活力下降不明顯。魯刺1等魯刺系列花粉常溫下保存1d，培養4h花粉萌發，培養6h花粉管長度超過花粉粒直徑3倍；低溫下保存5d培養6h，魯刺1花粉管萌發率最低為17.5%。

2.2 刺槐不同種間及種內自交親和性比較

通過對多花刺槐和5個刺槐無性系同花序自交結莢情況調查結果表明，魯刺229結實率為0.84%，親和指數為0.154，親和性稍高；其次是魯刺57結實率為0.38%，親和指數為0.059；興刺22自交結實率為0.17%，親和指數為0.028；多花刺槐、魯刺133和魯刺186結實率為0，自交無親和性（見表2）。自交雖然有成熟的莢果和種子，但數量很低，而且種子萌發也低。

表2 刺槐屬自交親和性狀

2.3 刺槐不同種間及種內雜交親和性比較

對刺槐結莢情況調查結果表明(表3)，刺槐種間雜交，多花刺槐做父母本都獲得了雜種，說明刺槐與多花刺槐種間具有較高的雜交親和性。多花刺槐做父本，以魯刺152×多花刺槐組合最好，結實率最高為19.76%，親和指數為2.833，其次為魯刺7×多花刺槐組合，結實率為9.25%，親和指數為1.586；多花刺槐做母本，結實率較低，說明多花刺槐比較適合做父本。

表3 刺槐不同種間及種內雜交親和性狀

刺槐不同無性系之間人工授粉結實率平均8.47%，組合魯刺57×興刺15最高為21.28%,興刺22×魯刺1和魯刺7×魯刺1兩個雜交組合沒有結果實，無雜交親和性。 在17個雜交組合中親和性最高的為魯刺57×興刺15組合，結實率為 21.28%，親和指數為2.148；結實率最低的為魯刺7×魯刺1和興刺22×魯刺1組合，結實率0，無親和性。

2.4 刺槐不同雜交組合間種子形態的比較

由表4看出，種子飽滿度以自然結實的普遍好于雜交的，本試驗中最好的雜交組合魯刺133×興刺22的種子飽滿率可達91%，變異幅度最小為0.52，最差的興1×多花刺槐只有12%，變異幅度最大為83.15。各雜交組合中，在種子長、寬和厚度3個性狀上，興刺1×興刺15的種子最長，為0.56cm，組合魯刺133×興刺22的最短為0.42cm，兩者相差0.14 cm；組合魯刺57×魯刺68和興刺1×多花刺槐的種子寬度稍大為0.36cm，其余組合種子寬度基本相當；組合魯刺57×興刺15的種厚為0.22cm，組合興刺1×興刺15、多花刺槐的為0.17cm，兩者相差不多。總之，雜交組合與母本自由授粉之間的種子形態差異不明顯，有的幾乎沒有差異。

3 結論與討論

常溫保存與低溫保存相比，保存前期、時間較短時，常溫保存的萌發要早，花粉管更先伸長，但最終萌發量要少。保存后期，常溫保存的花粉萌發率低于低溫保存。花粉管伸長后，花粉粒內的遺傳物質、營養物質等內含物逐步向花粉管內運輸轉移，且花粉管末端會出現膨大現象，充分接受遺傳物質與營養物質。最終，花粉粒會變空，其遺傳物質、營養物質等全部轉移到達花粉管前端[9]。多花刺槐保存1d后，萌發率為37.8%；低溫保存5d后，花粉活力下降明顯，培養萌發率為12.3%左右。刺槐不同無性系父本花粉萌發率近似，而且保存1d后和低溫保存5d后，花粉活力下降不明顯。

表4 不同雜交組合間種子形態的差異

部分刺槐無性系可以自交結實，但結實率很低，多花刺槐、魯刺133和魯刺186結實率、親和指數為零。這與孫鵬（2012）和袁存權（2013）的研究結果相同。Surles等［10］也認為自交會嚴重降低刺槐的結實率。自交雖然有成熟的莢果和種子，但數量很低，而且種子萌發率也低，幾乎可以忽略不計，因此，在今后的雜交育種中，可以采取不去雄的方法，既不傷到柱頭，又省去好多繁瑣程序。

刺槐與多花刺槐種間雜交具有較好的親和性，只是多花刺槐與異株多花刺槐的親和性較低，用多花刺槐做父本進行人工雜交授粉是可行。在22個雜交組合中,魯刺152×多花刺槐親和指數最高為2.833，其次是興刺1×魯刺68，親和指數為2.719，雜交組合魯刺57×興刺15，親和指數為2.148；魯刺 1的花粉活力低，與魯刺1和興刺22的雜交結實率、親和指數為0，說明魯刺1不適合做父本。通過對刺槐屬種間和種內雜交結實性與親和性的研究發現，雜交大都表現是親和的，結實率和親和指數密切相關［11］。不論同一父本與不同母本雜交，還是同一母本與不同父本雜交，其親和性均存在差異。并不是所有的雜交組合都適合作為育種材料，因此，通過對刺槐屬種間和種內雜交親和性研究，可為刺槐雜交育種親本的選配提供重要的理論基礎。

種內雜交對種子形態的影響不大，特別是在種子大小方面，種子長、寬和厚度都與母本接近，說明這些性狀在雜交過程中變異不大，且主要受母本控制。

參考文獻：

［1］孫鵬.去雄對刺槐發育及雜交坐果率的影響機制［D］.北京:北京林業大學，2012.

［2］田志和，董健，李繼剛.刺槐開花結實生物學特性的觀察初報［J］.遼寧林業科技，1981，(2):18－20.

［3］孫鵬，戴麗，胡瑞陽，等.刺槐開花傳粉及交配方式［J］.東北林業大學學報，2012，40(1):6－11.

［4］袁存權.刺槐有性生殖過程及交配系統研究［D］.北京:北京林業大學，2013.

［5］戴麗.不同種質刺槐花粉萌發及雜交可配性研究［D］.北京：北京林業大學，2013

［6］荀守華，喬玉玲，毛秀紅等.刺槐無性系開花結實生殖特性及雜交親本選配.東北林業大學學報，2016，44（11）：13－18.

［7］姜麗娜，荀守華，張元帥等.多花刺槐花粉與柱頭形態及授粉親和性研究.西北植物學報，2016，36（5）：0938－0944.

［8］賈愛平，王 飛，張潮紅等.中華獼猴桃品種間親和性研究園藝學報，2010，37（11）：1829–1835.

［9］王其剛，張 顥，等.月季柱頭形態發育進程與可授性［J］.西北農業學報，2012,21（5）：169－173.

［10］SURLESSE，HAMRICKJL，BONGARTENBC.Mting systemsin openpollinated familiesofbiack locust(Robinia pseudoacia)[J].Silvae Genetica,1990,29(1):35-40.

［11］趙丹，王飛，趙秀明 .柿屬部分品種雜交親和性以及結實性的研究.園藝學報，2012，39（11）：2229–2237.