印度南瓜與中國(guó)南瓜種間雜交試驗(yàn)

葉飛華，張明方，金永祥

（1.湖州市農(nóng)作物技術(shù)推廣站，浙江 湖州 313000；2.浙江大學(xué)農(nóng)業(yè)與生物技術(shù)學(xué)院，浙江 杭州 310058）

印度南瓜（Cucurbita maximaDuch.）與中國(guó)南瓜（Cucurbita moschataDuch.）的種間雜交存在雜交親和性障礙。20世紀(jì)初以來(lái)，欲尋求打破種間雜交障礙的研究未能獲得理想結(jié)果[1-2]，其F1能成活但自交不育，回交1次恢復(fù)可育性后未做進(jìn)一步研究[3]。后來(lái)的研究證實(shí)，印度南瓜與中國(guó)南瓜栽培種之間存在部分親和，只要材料選用得當(dāng)，可以用中國(guó)南瓜改造印度南瓜[4-6]，并成功選育出種間雜交組合“四季綠”且應(yīng)用于生產(chǎn)[7]。但對(duì)于種間雜交自交系材料的獲得至今未見(jiàn)報(bào)道。如果在印度南瓜與中國(guó)南瓜之間創(chuàng)造一個(gè)“種間自交系”橋梁親本，則可為利用種間雜交開(kāi)展優(yōu)質(zhì)南瓜育種和南瓜砧木生產(chǎn)開(kāi)辟一條新的途徑。為此，筆者開(kāi)展了中國(guó)南瓜與印度南瓜種間自交系選育方法的研究和探索。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料及其來(lái)源

供試印度南瓜4份材料，均為自交系，其中P1是從日本協(xié)和種苗株式會(huì)社的“栗子蔓”南瓜中選育出來(lái)的多代自交系，P2是從日本武藏野種苗株式會(huì)社的“勝榮”南瓜中選育出來(lái)的多代自交系，NY3-24和NY16-16是從其他印度南瓜中選育出來(lái)的多代自交系。

供試中國(guó)南瓜材料4份，其中P3為河北省邯鄲市的“象鼻子”中國(guó)南瓜，0603、NZ10-1-4、NZ11-8均為浙江湖州本地中國(guó)南瓜品種中選育出來(lái)的多代自交系。

2017年秋季產(chǎn)量對(duì)照品種為從日本協(xié)和種苗株式會(huì)社引進(jìn)的印度南瓜“栗子蔓”。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.2.1 試驗(yàn)時(shí)間與地點(diǎn)

試驗(yàn)于2013春季至2017年秋季在浙江湖州市瓜果蔬菜園區(qū)內(nèi)進(jìn)行，每年種植春季、秋季2茬，5年共種植10茬，各茬種植數(shù)量及面積見(jiàn)表1。

表1 2013春季至2017年秋季南瓜種間雜交試驗(yàn)各茬次種植安排

1.2.2 試驗(yàn)方法

（1）采取1次雜交2次回交和5次自交方法獲得種間自交系，詳見(jiàn)圖1。

1次雜交：2013年春季，以印度南瓜（P1、P2）為親本之一，中國(guó)南瓜P3為親本之二進(jìn)行正反交，即組成P1×P3、P2×P3、P3×P1、P3×P2這4種雜交組合，收瓜后挖取種子，記錄收獲的瓜數(shù)，調(diào)查單瓜種子數(shù)。2013年秋季用其F1種子播種，考查出苗情況。

2次回交：眾所周知，即使對(duì)種間F1自交成功，F(xiàn)2則會(huì)產(chǎn)生瘋狂分離，較難篩選到有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的個(gè)體，但在群體較大時(shí)，可對(duì)優(yōu)良個(gè)體進(jìn)行系統(tǒng)選育；因此，在自交無(wú)果情況下，改用P2的花粉對(duì)‘P1×P3’進(jìn)行雜交（近似1次回交）和回交（近似2次回交），獲得了可育的回交種子。2013年秋季至2014年春季，用印度南瓜P2的花粉對(duì)P1×P3（兩季分別種植16、60株）進(jìn)行2次回交，每次回交收瓜后挖取種子，記錄收獲的瓜數(shù)，考查平均單瓜種子的數(shù)量和質(zhì)量。

5次自交：2014年秋季至2016年秋季，各季依次分別種植36株BC2F1植株、60株BC2F2植株、110株BC2F3植株、120株BC2F4植株、210株BC2F5植株，進(jìn)行5次自交。每次自交收瓜后挖取種子，記錄收獲的瓜數(shù)，考查平均單瓜種子的數(shù)量和質(zhì)量。

（2）采用正反交方法驗(yàn)證種間自交系與印度南瓜、中國(guó)南瓜雜交制種的可能性。2016年秋季，分別用印度南瓜自交系NY3-24、NY16-16以及中國(guó)南瓜自交系0603、NZ10-1-4和NZ11-8與種間自交系BC2F5（共計(jì)60株，分別為12株）進(jìn)行正反交，考查其坐瓜情況和種子的數(shù)量與質(zhì)量。

圖1 中國(guó)南瓜與印度南瓜種間自交系BC2F6的育成過(guò)程示意

（3）2017年春季、秋季，分別種植種間自交系BC2F6（180、30株），田間觀察其植物學(xué)特征和生物學(xué)特性。

（4）2017年秋季，種植種間自交系BC2F5與印度南瓜的雜交F130株，測(cè)定產(chǎn)量并與對(duì)照（印度南瓜“栗子蔓”）進(jìn)行產(chǎn)量比較。

1.2.3 授粉與取種

在雜交或自交過(guò)程中，于授粉前1 d的16：00—17：00用塑料夾子夾住次日即將開(kāi)放的雌花和雄花，次日8：00—10：00（秋季為7：00—9：00）去夾授粉后，再重新夾花以防串粉，直至花冠自然脫落。授粉后50～55 d（秋季為55～60 d）采收，后熟5～7 d（秋季為10～15 d）后全部分單瓜考查取種。

2 結(jié)果與分析

2.1 F1種子的獲得及其出苗情況

2013年春季試驗(yàn)結(jié)果表明：以中國(guó)南瓜（P3）作母本，印度南瓜（P1、P2）作父本，較難獲得可育的F1種子，對(duì)獲得的0～7粒不等的種子進(jìn)行播種，沒(méi)有1粒能夠正常出苗。反之，以印度南瓜（P1、P2）作母本，中國(guó)南瓜（P3）作父本，可以獲得少量可育的F1種子，單瓜種子數(shù)0～19粒，播種后種子出苗率為12.50%～50.00%（表2）。

2013年秋季種植種間F1，結(jié)果表現(xiàn)出了長(zhǎng)勢(shì)旺、莖蔓粗（基部蔓粗超過(guò)印度南瓜或中國(guó)南瓜的1倍以上）、葉片大、根系發(fā)達(dá)、抗逆性強(qiáng)等特點(diǎn)；其中，在抗逆性方面，主要表現(xiàn)為較強(qiáng)的抗白粉病和葉枯病能力以及極強(qiáng)的抗寒能力，說(shuō)明中國(guó)南瓜與印度南瓜的種間F1具有很強(qiáng)的雜種優(yōu)勢(shì)。

2.2 回交種子的獲得

2013年秋季和2014年春季試驗(yàn)結(jié)果表明，種間F1和回交一代BC1F1進(jìn)行自交，較難獲得可育的自交種子；但用印度南瓜花粉進(jìn)行回交授粉，得到了回交1～2代材料。

用P2的花粉對(duì)‘P1×P3’進(jìn)行雜交（近似1次回交）和回交（近似2次回交），獲得可育的回交種子，平均分別為26.8、18.3個(gè)（表3）。由于2次用印度南瓜花粉授粉以及以食用品質(zhì)為標(biāo)準(zhǔn)等人為選擇因素，回交后代的植株、瓜果性狀明顯趨向于印度南瓜，長(zhǎng)勢(shì)、抗逆性等生物學(xué)特性較種間F1有所下降。

2.3 自交種子的獲得

2014年秋季至2016年秋季5次自交試驗(yàn)結(jié)果表明，對(duì)回交2次的BC2F1材料進(jìn)行自交，獲得可育種子。2014年秋季，種植BC2F1材料36株，經(jīng)自交獲得3個(gè)自交瓜，平均單瓜種子數(shù)44.0粒。2015—2016年，每年種植春、秋2季，每季依次分別種植60、110、120、210株（表4），全部自交。經(jīng)過(guò)2年半時(shí)間內(nèi)5次種植和5次自交，于2016年秋季獲得了可育的自交5代的種間自交系BC2F6，平均單瓜種子數(shù)為199.0粒，最大單瓜種子數(shù)達(dá)315粒，平均單株結(jié)瓜數(shù)為0.74個(gè)，單瓜種子質(zhì)量介于24～68 g，平均44.9 g，千粒質(zhì)量介于186～270 g，平均227.0 g。以上指標(biāo)均接近正常南瓜水平，說(shuō)明種間自交系BC2F6完全恢復(fù)了自交可育性。

表2 2013年春季中國(guó)南瓜與印度南瓜種間雜交結(jié)瓜情況及F1種子出苗情況

表3 2013年秋季至2014年春季印度南瓜與種間F1回交后的結(jié)瓜及種子情況

表4 2014年秋季至2016年秋季中國(guó)南瓜與印度南瓜種間F1回交、自交后結(jié)瓜及種子情況

2.4 種間自交系BC2F6的特征特性

田間觀察結(jié)果表明，種間自交系BC2F6的生物學(xué)特性和植物學(xué)特征兼具中國(guó)南瓜和印度南瓜的特點(diǎn)，多數(shù)性狀明顯趨向于印度南瓜，但有2個(gè)株系的多數(shù)果實(shí)仍保留了不完整但很明顯的中國(guó)南瓜特征——果梗基部膨大呈多角形，其種子則為明顯的印度南瓜特征，其中1個(gè)株系收獲3個(gè)瓜果，平均單瓜種子數(shù)為205粒，平均單瓜種子質(zhì)量為39.3 g，千粒質(zhì)量為191 g；另1個(gè)株系收獲8個(gè)瓜果，平均單瓜種子數(shù)為124粒，平均單瓜種子質(zhì)量為32.0 g，千粒質(zhì)量為252 g。

根據(jù)2017年春、秋兩季種植情況，種間自交系BC2F6果實(shí)的食用品質(zhì)、早熟性（第1雌花節(jié)位和開(kāi)花時(shí)間）、葉片特征、種子特征等性狀趨向于印度南瓜，具有肉質(zhì)堅(jiān)實(shí)、粉質(zhì)強(qiáng)、早熟、葉片厚而圓且無(wú)白斑、種子表面光滑等特點(diǎn)；而長(zhǎng)勢(shì)、瓜蔓不定根生長(zhǎng)習(xí)性、后期分枝性、葉片壽命、果瓤特征、雄花開(kāi)花前花瓣表面和雌花胚珠表面的絨毛等性狀趨向于中國(guó)南瓜，具有長(zhǎng)勢(shì)強(qiáng)、抗病性強(qiáng)、瓜蔓易生不定根、春季種植生長(zhǎng)后期較耐高溫、秋季種植生長(zhǎng)后期較耐低溫、果瓤分布松散易與種子分離、絨毛較長(zhǎng)等特點(diǎn)；抗病性、對(duì)溫度的反應(yīng)等生物學(xué)特性介于印度南瓜與中國(guó)南瓜之間；而作為“種”的主要特征，果柄、柄座和果實(shí)特征則介于中國(guó)南瓜和印度南瓜之間；另外，種子長(zhǎng)寬度及長(zhǎng)寬比表現(xiàn)為，種間自交系BC2F6分別為16.l mm×9.6 mm和1.66∶1，而印度南瓜自交系P1分別為14.8 mm×10.2 mm和1.45∶1，可見(jiàn)種間自交系較為細(xì)長(zhǎng)，介于中國(guó)南瓜與印度南瓜之間。

2.5 印度南瓜與種間自交系的雜交

2016年秋季，用印度南瓜NY3-24、NY16-16與種間自交系BC2F5進(jìn)行正反交，得到了正交和反交的F1種子共4份，說(shuō)明種間自交系與印度南瓜之間具有較強(qiáng)的親和性。

2017年秋季，種植種間自交系BC2F6與印度南瓜的雜交組合F1共30株，總產(chǎn)量為88.5 kg，折合667 m2產(chǎn)量為1 062 kg，與對(duì)照印度南瓜品種“栗子蔓”的667 m2產(chǎn)量（1 066 kg）基本持平，且表現(xiàn)為高粉質(zhì)，瓜果食用品質(zhì)優(yōu)。初步研究表明，種間自交系與印度南瓜雜交F1具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

2.6 中國(guó)南瓜與種間自交系的雜交

2016年秋季，用中國(guó)南瓜0603、NZ10-1-4花粉對(duì)種間自交系進(jìn)行授粉，得到了2份F1種子；但是，用種間自交系花粉對(duì)中國(guó)南瓜0603、NZ10-1-4、NZ11-8進(jìn)行授粉，僅得到3份F1瓜果，而未得到F1種子，說(shuō)明果實(shí)為因花粉刺激所結(jié)果實(shí)，而非精卵結(jié)合。這表明中國(guó)南瓜與種間自交系似乎還存在單向遺傳隔離問(wèn)題，只能進(jìn)行單向雜交；但高代自交系的遺傳隔離程度及其與中國(guó)南瓜雜交后代的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值還有待于進(jìn)一步的研究。

3 結(jié)論與討論

在印度南瓜與中國(guó)南瓜的種間雜交過(guò)程中，正反交存在顯著差異，這與金桂英等[8-9]的研究結(jié)果一致。本研究結(jié)果表明，印度南瓜與中國(guó)南瓜的種間雜交以印度南瓜為母本、中國(guó)南瓜為父本，可能會(huì)得到極少量育性極低的F1種子，反之以中國(guó)南瓜為母本、印度南瓜為父本的難度較大。

回交可以提高種間雜交后代的自交可育性。種間雜交組合F1以及種間自交系BC1F1均表現(xiàn)為自交不育，但以印度南瓜為父本進(jìn)行2次回交后所得的BC2F1自交可育，從而獲得了可育的BC2F6種子。

種間自交系BC2F5可與印度南瓜正反交，也可用中國(guó)南瓜花粉對(duì)其授粉得到正常數(shù)量F1種子，但用種間自交系BC2F5的花粉對(duì)中國(guó)南瓜授粉仍難獲得雜交種子，說(shuō)明種間自交系與印度南瓜雜交F1具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

由于非同源染色體存在排異性的可能，在種間自交系BC2F6的株系材料中，多數(shù)單株的植物學(xué)性狀趨向于印度南瓜，但有2個(gè)株系的部分植株具有不完整但很明顯的中國(guó)南瓜特征，這些不同形態(tài)特征的植株含有多少比例的中國(guó)南瓜遺傳基因，以及BC2F6種子材料在進(jìn)一步自交加代中能否形成穩(wěn)定的自交系材料，還待于進(jìn)一步的研究。

種間雜交能否獲得遺傳穩(wěn)定的“種間自交系”，主要是觀察其自交育性是否正常和果實(shí)器官的形態(tài)特征。即使從形態(tài)學(xué)上判斷為中間雜種，但是否為典型精卵結(jié)合的種間雜交固定種，還需從分子水平加以確認(rèn)。

本研究中的回交只采用了印度南瓜作為輪回親本，存在著中國(guó)南瓜染色體將被逐代置換的問(wèn)題。今后，應(yīng)增加采用中國(guó)南瓜作為輪回親本，以進(jìn)一步育成主要性狀與中國(guó)南瓜相似的新的種間雜交橋梁親本。

參考文獻(xiàn)

[1]羅伯祥,沈俊國(guó),趙蘇海,等.南瓜屬作物育種研究進(jìn)展[J].種子,2006,25(1):43-46.

[2]徐東輝,崔崇士,張耀偉.南瓜優(yōu)勢(shì)育種及遺傳規(guī)律的研究進(jìn)展[J].東北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2004,35(5):612-615.

[3]林德佩.中國(guó)南瓜植物的遺傳基因及種間雜交[J].中國(guó)西瓜甜瓜,2000(3):41-44.

[4]程永安,張恩慧,許忠民,等.印度南瓜與中國(guó)南瓜的有性雜交研究[J].西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2002,30(6):97-100.

[5]中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜花卉研究所.中國(guó)蔬菜栽培學(xué)[M].2版.北京:中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社,2010:242-244.

[6]MARK J.蔬菜作物育種[M].陳世儒,譯.重慶:西南農(nóng)業(yè)大學(xué)編輯出版部,1994:143-152.

[7]沈吾山,許小江,黃偉忠.印度南瓜與中國(guó)南瓜的遠(yuǎn)緣雜交初探[J].浙江農(nóng)業(yè)科學(xué),2007(4):392-394.

[8]金桂英,魏文雄,陳靜瑤,等.中國(guó)南瓜屬種間有性雜交研究初報(bào)[J].福建農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào),1999,14(增刊1):97-101.

[9]蔣宇,李海濤,劉愛(ài)群.中國(guó)南瓜和印度南瓜遠(yuǎn)緣雜交親和性與生理生化變化的研究[J].東北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2009,40(8):23-27.蔬