用氣孔性狀鑒定100份百合倍性的研究

王美玲，李興桃，王文和，杜 方*

(1.山西農業大學 城鄉建設學院,山西 太谷 030801；2.山西農業大學 園藝學院,山西 太谷 030801；3.北京農學院 園林學院,北京 102206)

百合(Lilium)是著名的球根花卉，約100個原生種[1]，分為7個組(Lilium、Martagon、Pseudolirium、Archelirion、Sinomartagon、Leucolirion、Oxypetala)。20世紀20年代開始的以日本和美國為中心的百合育種工作，如今已轉移至荷蘭。通過近100年的努力，形成了現在廣受歡迎的亞洲百合(Asiatic，A)、麝香百合(Longiflorum，L)、東方百合(Oriental，O)、喇叭百合(Trumpet，T)和頭巾百合(Martagon，M)等品種群，以及品種群間的組間雜交群體：麝亞百合(LA)、東喇百合(OT)、東亞百合(OA)、麝東百合(LO)等，目前，百合品種已超過3萬個[2]。盡管我國偶爾也有新品種釋放[3-11]，但距離商業化還有很長的路要走。

百合育種實踐中應用最為普遍的是雜交育種和倍性育種[12]，明確親本的倍性對成功育種十分重要。一般來說，百合野生種多為二倍體，但卷丹(L.tigrinum也寫作L.lancifolium)和珠芽百合(L.bulbiferum)中存在三倍體(2n=3x=36)類群[13-14]；A、O、鐵炮百合和T類百合大多為二倍體；LA、OT、OA、LO雜種系百合大部分為三倍體，但依然有許多品種的倍性不符合上述規律。李克虎等利用染色體制片法報道了45個品種的倍性[15]，陳敏敏等利用流式細胞技術鑒定了61份百合倍性[16]，然而仍然有大量百合品種的倍性未知。

常用的倍性鑒定方法有根尖染色體計數法、流式細胞儀檢測法、形態學鑒定法和細胞學鑒定法等。與需要昂貴儀器的流式細胞儀檢測法、流程復雜不易計數的根尖染色體法相比，利用氣孔保衛細胞的大小和密度來鑒定倍性既經濟又簡便，已在橡樹[17]、西葫蘆[18]、獼猴桃[19]等多種作物上應用。氣孔保衛細胞的性狀包括橫徑、縱徑、周長、密度、保衛細胞葉綠體數目等。選擇合適的氣孔保衛細胞的性狀指標對判別植物倍性有著舉足輕重的影響。參考對黃花蒿[20]、甘藍型油菜[21]、渥丹百合[22]和月季[23]的研究結果，本研究選取了氣孔保衛細胞的周長和密度作為指標，并以24份倍性已知的百合品種為參照，對76份百合資源進行倍性鑒定，旨在為百合育種選配親本提供參考。

1 材料與方法

1.1 供試材料

本試驗以96份來自山西農業大學園藝站百合種質資源圃和4份來自北京農學院的百合材料(以下簡稱“北”)作為試材，具體材料清單見表1。

表1 試驗材料名錄

1.2 試驗方法

晴天上午10：00左右，每份試材分別采3個植株的中部葉片。撕取葉片中部下表皮在目鏡10×、物鏡 40×的顯微鏡視野下觀察，記錄氣孔的橫徑(A)和縱徑(B)，氣孔周長=1.57×[1.5×(A+B)-(A×B)1/2]。每個品種隨機測 10 個氣孔的大小并取其平均值。

在目鏡10×、物鏡20×的顯微鏡視野下觀察并記錄氣孔的個數，所拍攝的視野面積為 0.95 mm2，氣孔密度=氣孔個數/0.95 mm2。

采用Excel 2010軟件分析所得數據。

2 結果與分析

2.1 文獻中百合倍性匯總

經文獻查閱，自1999年以來，共報道了210個百合品種的倍性，具體分析如下。在百合栽培品種群中，O、T、L和新鐵炮百合一般為二倍體。明確倍性為二倍體的O類百合：Acapulco[24]、After Eight[16]、Albion[24]、Aruba[24]、Bernini[24]、Cobra[25-26]、Con Amore[24]、Constansa[27]、Cold Play[26]、Chealse[26]、Dordogne[15]、Dynamite[15]、Entertainer[16,26]、Fenice[26]、Justina[25]、Marlon[16,26,28]、Maru[15]、Mediter Ranne[24]、Miss Lucy[15]、Montezuma[15]、Reeleeze[16]、Roselily Elena[16]、Roselily Isabella[16]、Roselily Monica[16]、Roselily Natalia[16]、Roselily Samantha[16]、Roselily Thalita[16]、Royal Vanzanten[26]、Sheer Blonde[16]、Siberia[15,24-26,29,30]、Subway[26]、Sorbonne[15,26,29-31]、Souvenir[16]、Star Gazer[24,26]、Sunny Azores[16]、Sunny Keys[16]、Sunny Martinique[16]、Tiber[25,26]、Tom pouce[24]。L類百合：Gelria[15]、White Fox[15]。

新鐵炮百合：新鐵炮2號[32]、雷山2號[32]。

M類百合既有二倍體也有三倍體，其中二倍體M類：Manitoba Morning[16]；三倍體M類：Sunny Morning[16,24]。

四倍體T類：Angel Gabriel[33]、Ice Folies[33]、Ice Caves[33]。

亞洲百合倍性較為復雜，除二倍體外，還存在三倍體和四倍體品種。明確為二倍體的亞洲百合：4 You[34]、Adelina[16,35]、Bananarama[24]、Black Bird[15,36]、Blackout[37]、Butter Pixie[15]、Cancún[37]、Ceb Dozzle[38]、Centerfold[37]、Connecticut King[39]、Eleganza[15,40]、Eleganze[34]、Fata Morgana[16]、Gironde[41]、Golden Matrix[16]、Golden Horn[27]、Grand Cru[39]、Heartstrings[16]、Italia[24]、Lemon Tree[24]、Levi[16]、Lollypop[15]、Marrakech[15]、Matrix[16,32,35,42]、Monte Negro[15,43,44]、Montreux[37]、Orange Matrix[15]、Party Diamond[38,45]、Petit Brigitte[15,36]、Pink Pixie[15]、Pollyanna[15,27,30,36,40,43,45,46]、Red alert[38]、Red Latin[15]、Regata、Renoir[15,34,40,41,43]、Tiny Bee[16]、Tiny Double You[16]、Tiny Invader[16]、Tiny Padhye[16]、Tiny Pearl[16]、Tiny Rocket[16]、Tiny Skyline[39]、Toro[24]、Trendy Dakota[16]、Trendy Havana[16]、Trendy Savannah[16]、Tribal Dance 600[16]、White Twinkle[16]、Zsazsa[24-25]。三倍體的百合：Compass[33]、Dazzling[30]、Elite[35]、Elodie[15]、Lancifolium Flore Pleno[16]、Lyon[15,35,42]、Navona[15,41]、Vermeer[15]。四倍體的百合：Avignon[33]、Benlica[43]、Brunello[15,27,30,34,35,40,42]、Clair[35]、Gironde[43]、Gorden Globe[35]、Gran Paradiso、Indian Diamond[47]、Loreto[41]、Nello[43]、Pearl Frances[16]、Pink Flight[16]、Pisa[35]、Sarina[34]、Tetra Aristo[33]、Tetra Bicolito[33]、Tetra Orlito[33]、Tresor[15,34,41,44]、Val di Sole[15,40,41,43]。

組內雜交一般產生二倍體品種群，但也容易產生三倍體品種群，OT類多為三倍體，也有二倍體和四倍體。明確為二倍體的OT類百合：Bondini[33,48]、Black Beauty[16]、Ovatie[26,31]、Red Dutch[15,26]、Yelloween[15,49]、Saltarello[26]。三倍體的OT類百合：Belladonna[26]、Candy Club[26]、Cocossa[26]、Competition[16,25]、Conca D’Or[15]、Golden City[15,29]、Manissa[16,29]、Muscat[25]、Myth[25]、OPalazzo[25]、Palazzo[16,25]、Profundo[16]、Table Dance[25,43]、Travatore[26]、Touchstone[16]。四倍體的OT類百合：OTevans[33]、Passion Moon[16]、White Eyes[16]。

LA類百合多為三倍體，也有四倍體。明確為三倍體的LA類百合：Advantage[15,26,43]、Albufeira[16]、Arcachon[43]、Armandale[16]、Batistero[43]、Beau Soleil[16,43]、Bonsoir[16]、Brindis[15,44]、Brindisi[26,43]、Califonia[43]、Cavalese[43]、Ceb Dazzle[43]、Cilesta[43,50]、Couplet[43,50]、Courier[15]、Desiderio[43,50]、Diabolo[43]、Donau[43,50]、Ercolano[43]、Eyeliner[16,50]、Flamington[16]、Freya[43]、Golden Stone[16]、Golden Tycoon[43]、Laskmi[50]、Menorca[43,47,50]、Merlet[16]、Mestre[15,26]、Mombasa[15,26]、Nashville[16,43]、Orange Tycoon[43]、Pavia[15,26,43,44]、Pirandello[15,26]、Pirax[43]、Rousseau[43]、Royal Lace[27,45,46]、Royal Sunset[16]、Royal Trinity[43]、Samur[43]、Serrada[15,26,50]、White Sound[50]、White Tycoon[43]。四倍體的LA類百合：Honesty[16]。

LO類有三倍體，也有四倍體。明確為三倍體的LO類百合：Triumphator[15]、White Triumph[15,26]、Chiara[26]、Vendella[26]、Temi[26]；四倍體的LO類百合：Santa Rosa[26]。

除以上倍性明確的品種外，還有一些非整倍體的材料，如O類Viviana[16,26,28]，OT類Zambesi[16]、LA類Bach[16]、Fangio[16]、Mynnou[16]。

此外，有幾篇文獻顯示了同一品種不同的倍性結果：Original Love可能為二倍體[38]、三倍體[47]或四倍體[1]；Orange Pixie可能為二倍體[36]或三倍體[15,47]；White Heaven可能為二倍體[15]或三倍體[48]；Detroit為三倍體[48]或四倍體[15,34,41,43]；Black Out為二倍體[33]或四倍體[43]；Robina為三倍體[25]或四倍體[29]；Indian Summerset為二倍體[38]或三倍體[16]。

2.2 供試百合材料的倍性分析

氣孔的觀測結果表明：不同倍性百合的氣孔的大小和密度存在差異。百合氣孔大小與密度呈負相關，倍性越大，氣孔越大，密度越小(圖1)。以氣孔密度為橫坐標、氣孔周長為縱坐標，制作了百合氣孔的散點圖，以倍性已知的L.davidiivar.unicolor(22)、L.regale(94)、Pink Pixie(3)、Tiny Bee(7)、Tiny Invader(9)、Tiny Pearl(10)、Tiny Double You(12)、Whistler(23)、Levi(25)和Yelloween(56)為二倍體百合的對照，以倍性已知的Conca D’Or(85)、Elodie(26)、Navona(5)、Palazzo(79)、Manissa(80)、Eyeliner(41)、Golden Stone(45)、Competition(72)、Brindisi(46)、Pavia(47)和Vermeer(16)為三倍體百合的對照，以倍性已知的Red Life(37)、Red Life(北)(100)、天舞(北)(97)、美人(北)(98)為四倍體百合的對照，劃分不同倍性百合的分布區域(圖2)：二倍體的氣孔周長范圍為 57.75～70.05 μm、氣孔密度為 42.63～97.37個/mm2；三倍體的氣孔周長范圍為70.42～93.59μm、氣孔密度為 24.73～46.84個/mm2；四倍體的氣孔周長范圍為 99.44～113.69 μm、氣孔密度為 17.36～28.42個/mm2。以此為依據，新鑒定的四倍體有：Rosella’s Dream(27)、Pearl Loraine(34)、Robert Swanson(55)、Mister Cass(58)、Beverly Dreams(62)、Mister Sandman(84)、Leslie Woodriff(88)。

A.Tiny Invader；B.Whistler；C.Yelloween；D.Navona；E.Brindisi；F.Elodie；G.Red Life；H.美人；I.天舞

圖2 100份百合氣孔散點圖

新鑒定的三倍體有：Easy Waltz(1)、Little Kiss(11)、Easy Life(19)、Discoteca(20)Forever Susan(24)、Peach Dwarf(29)、Red Twin(30)、Ivory Pixie(31)、Abbeville Pride(32)、Pearl Jessica(35)、Bourbon Street(40)、Dynamix(42)、Double Sensation(43)、Bentley(44)、Sweet Surender(48)、Purple Diamond(49)、Triumphator(50)、Pink Heaven(51)、Zambesi(53)、Amarossi(57)、Outback(59)、Forever(60)、Fujian(61)、Friso(64)、Anastacia(65)、Debby(67)、Yellow Strike(69)、Berlingo(70)、Corcovado(71)、Mister Right(73)、Tabledance(74)、Fedora(75)、Catina(76)、Serano(77)、Shine On(78)、Terrasol(81)、Pangea(82)、Robina(86)、Saltarello(87)、African Queen(95)、Night Rider(96)、White Heaven(北)(99)。

新鑒定的二倍體有：Twosome(2)、Foxtrot(4)、L.tigrinum‘Pearl Melanie’(6)、Tiny Ghost(8)、Black Eye(13)、Pink Blossom(14)、Joao Pessoa(18)、L.davidiivar.unicolor‘Pinglu’(21)、Trogon(28)、White Heaven(38)、Fusion(52)、Pink Mist(63)、Honeymoon(66)、Garden Affaire(68)、Pink Perfection(89)、Lady Alice(91)、Golden Splendor(92)、Regale Album(93)。

三倍體與二倍體存在交集。交集中，Fusion(52)為L.longiflorum和L.pardalinumn的雜交品種，推測為二倍體；Bentley(44)和Dynamix(42)為LA類百合，推測為三倍體。

另外，有8份材料Annemarie’s Dream(15)、Bright Diamond(39)、Red Velvet(36)、Tailor Made(33)、Orange Planet(90)、Olympic Torch(54)、Urandi(83)、Tiny Diamond(17)無法推測其倍性。

3 討論

倍性鑒定方法中形態學鑒定法最直觀、最簡單，然而百合原生種種類復雜多樣，相同倍性百合在植株高度、花朵大小等方面有很大差異，不同倍性百合在植株高度、花朵大小等方面也可能差異不顯著，因此，形態特征不能作為百合倍性鑒定的依據。利用氣孔保衛細胞的性狀判別倍性也相對簡單，已在多種植物中被證明具有一定的可行性和可靠性。

本研究通過查閱大量文獻，列出210個已知倍性百合材料的名稱，并以已知倍性的百合為參照，將氣孔周長和密度指標相結合，劃分不同倍性百合的分布區域，明確了前人未研究過的66種百合的倍性，這是迄今為止對百合倍性最為全面的報道。

研究發現：二倍體與四倍體的分布區域不存在交集，易于區分，而三倍體與部分二倍體的分布區域存在交集。在月季[23]和黃花蒿[20]等研究中也發現利用葉片氣孔鑒定倍性的方法較難將三倍體與二倍體和四倍體區分開。百合育種實踐可能產生非整倍體材料[16]，包括O、LA 和OT，這種現象產生的機制已由周樹軍[2]闡明。研究中有8份材料沒有確定倍性，它們可能是非整倍體，需要進一步確定。

文獻調查發現了同一品種不同倍性的現象，如Robina被認為是四倍體或三倍體，試驗所用材料Robina為三倍體。White Heaven被認為是二倍體或三倍體，來自山西農業大學和北京農學院的試驗材料White Heaven，被分別判定為二倍體和三倍體。這種同一材料倍性不同的原因可能是：(1)品種名的誤用導致材料混淆；(2)該材料同時有二倍體、三倍體或四倍體的存在，如卷丹不僅有三倍體和二倍體2種倍性的野生種，還有非整倍體與整倍的混倍體[10]。