6個(gè)鐵線蓮品種雜交F1代表型性狀遺傳分析

陳曉蕾，邵偉麗，厲思源，劉志高，馬紅玲，申亞梅，董 彬，張 超

（1.浙江農(nóng)林大學(xué) 風(fēng)景園林與建筑學(xué)院，浙江 杭州 311300；2.浙江農(nóng)林大學(xué) 浙江省園林植物種質(zhì)創(chuàng)新與利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江 杭州 311300）

鐵線蓮屬Clematis植物為多年生木質(zhì)藤本，少數(shù)為草本、灌木或亞灌木，隸屬于毛茛科Ranunculaceae，全世界現(xiàn)有鐵線蓮屬植物371種[1]，主要分布在熱帶及亞熱帶，寒帶地區(qū)亦有分布。中國(guó)約有159種鐵線蓮屬植物[2]，全國(guó)各地均有分布，集中于華中和西南地區(qū)[3?4]。鐵線蓮屬植物兼具了藥用及園藝觀賞價(jià)值，被譽(yù)為“攀援植物皇后”。國(guó)外鐵線蓮屬植物的栽培育種工作已有很長(zhǎng)的歷史，栽培品種多源于歐美等國(guó)家，數(shù)量多達(dá)3 000余種，適宜在冷涼干燥的環(huán)境下栽培，目前已有超過400個(gè)品種在世界各地廣泛種植[5?6]，大量應(yīng)用在西方的私家庭院中，每年的英國(guó)切爾西花展中，鐵線蓮都是最耀眼的“明星”。中國(guó)該屬植物種占世界1/3，而且世界上園藝變種的主要親本大都源于中國(guó)，但中國(guó)擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的鐵線蓮品種卻寥寥無幾。因此，對(duì)鐵線蓮屬植物中優(yōu)良觀賞種資源的開發(fā)利用和育種等工作意義重大。

雜交育種是人類有目的地創(chuàng)造變異的重要方法，也是目前觀賞植物品種改良的主要途徑[7]。鐵線蓮的花色、花期、花直徑、花型、葉型等性狀，都是新品種選育的主要目標(biāo)性狀。掌握性狀的遺傳，對(duì)正確選配親本組合、提高育種效率具有重要意義。鐵線蓮遺傳背景復(fù)雜，大多數(shù)栽培品種并非是純合子，在復(fù)雜的遺傳背景下，要獲得目標(biāo)性狀則需要在大量的親本組合中進(jìn)行嘗試。國(guó)內(nèi)鐵線蓮的雜交育種工作尚處于起步階段，目前已有關(guān)于親本選配、雜交結(jié)實(shí)率以及子代觀賞性篩選[8?10]的相關(guān)研究，對(duì)鐵線蓮雜交遺傳規(guī)律的報(bào)道較少，而國(guó)外的雜交育種工作集中在新品種的研發(fā)以及現(xiàn)有品種的改良方面。鑒于此，本研究以觀賞性及適應(yīng)性較好的6個(gè)鐵線蓮品種為親本，進(jìn)行雜交試驗(yàn)，對(duì)雜交一代(F1)的表型性狀進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，以期為鐵線蓮新品種選育提供理論支持。

1 材料與方法

1.1 材料

2016年4—5月，將6個(gè)鐵線蓮品種組配成4個(gè)不同的雜交組合進(jìn)行雜交授粉，當(dāng)年11月采收成熟的種子播種，盆栽于浙江農(nóng)林大學(xué)鐵線蓮種質(zhì)資源圃內(nèi)，采用V(泥炭)∶V(珍珠巖)為1∶1的基質(zhì)，50%遮光，常規(guī)水肥管理(表1)。

表1 6 個(gè)鐵線蓮品種的主要信息Table 1 Main information of of 6 Clematis cultivars

1.2 方法

雜交F1代從2019年4月開始開花，確定花部性狀穩(wěn)定后于2021年4—5月，按照NY/T 2583—2014 《植物新品種特異性、一致性和穩(wěn)定性的測(cè)試指南 鐵線蓮屬》[11]中列出的性狀標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)親本和F1代的12個(gè)表型性狀進(jìn)行觀測(cè)記錄。

1.2.1 花表型性狀測(cè)定標(biāo)準(zhǔn) 每個(gè)觀測(cè)對(duì)象選取5朵處于盛花期的花朵，分別進(jìn)行如下性狀的測(cè)量：①花色。隨機(jī)選擇3片花萼，在室內(nèi)上午北向自然光源下，使用英國(guó)皇家園藝學(xué)會(huì)比色卡對(duì)花萼的上表面進(jìn)行色值參數(shù)比對(duì)，以比色卡比色中出現(xiàn)頻率最高的顏色來確定花色。②花朵直徑。過輻射對(duì)稱中心測(cè)量花朵直徑，每朵花測(cè)量3次取平均值[12]。③萼片長(zhǎng)和寬。分別測(cè)量萼片中軸線及與中軸線垂直的花萼片最寬處，得到萼片的長(zhǎng)和寬。④花期(盛花期)觀測(cè)。每天8:00—9:00觀測(cè)并記錄花朵的開放情況，以全株50%的花朵開放作為盛花期的標(biāo)準(zhǔn)。

1.2.2 節(jié)間距測(cè)定標(biāo)準(zhǔn) 選取植株上生長(zhǎng)健壯、無病蟲害的5個(gè)枝條，分別測(cè)定其中上部著生成熟葉片的各節(jié)間的距離，取平均值。

1.2.3 葉表型性狀測(cè)定標(biāo)準(zhǔn) 隨機(jī)選取5個(gè)植株中上的健康葉片，測(cè)量葉片中軸線和與中軸線垂直的葉片最寬處，得到葉片的長(zhǎng)和寬。

1.3 數(shù)據(jù)分析

利用Excel進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，計(jì)算親本中親值(MPS)、F1代各表型性狀(i)的平均值(Xi)、標(biāo)準(zhǔn)差(σi)、遺傳變異系數(shù)(CV)，其中CV＜15%、15%≤CV≤30%、CV＞30%分別定義為遺傳變異度較小、中等和較大[13]。采用SPSS 25.0分析數(shù)據(jù)，利用Pearson相關(guān)性分析計(jì)算各數(shù)量性狀間的相關(guān)系數(shù)。中親值(MPS)=(P1+P2)/2，其中P1、P2為親本各表型性狀的實(shí)際測(cè)量值。遺傳變異系數(shù)(CV)=(σi/Xi)×100%。

2 結(jié)果與分析

2.1 花期遺傳變異分析

由表2可見：鐵線蓮品種間雜交F1代的盛花期均在4—5月，集中于4月下旬(43.2%)。不同雜交組合F1代花期分離，出現(xiàn)了花期早于或晚于雙親的個(gè)體。其中ZGH×LZ雜交組合中，F(xiàn)1代早花個(gè)體在4月上旬和中旬開花，占比分別為39.3%和25.0%；BS×ZGH雜交組合中，F(xiàn)1代晚花個(gè)體，花期分別為5月上旬(13.7%)、中旬(17.6%)和下旬(21.6%)，總占比為52.9%；ZLY×XDD雜交組合中，F(xiàn)1代出現(xiàn)了5月上旬和中旬開花的晚花株系，占比分別為21.1%和26.3%；SLS×LZ雜交組合中，F(xiàn)1代盛花期介于雙親之間。

表2 花期遺傳分析Table 2 Heredity of flower time

2.2 花色遺傳變異分析

鐵線蓮品種不僅花色繁多，還有含2種或2種以上顏色的復(fù)合花色，其遺傳十分復(fù)雜，親本及F1代的花色如圖1所示。從表3可見：在以紫羅蘭色系品種‘浪子’為父本的ZGH×LZ和SLS×LZ雜交組合中，前者F1代中紫羅蘭色系植株占群體的29.6%，兼具父母本花色的復(fù)色(紫羅蘭色和紅紫色)植株占比為70.4%，不存在與母本花色(紅紫色)一致的植株；后者F1代中紫羅蘭色系植株占群體的60.0%，與母本花色(紫羅蘭色和紫色)一致的植株占40.0%，表明紫羅蘭色的遺傳力高于紅紫色以及復(fù)色紫羅蘭色和紫色。BS×ZGH雜交組合中，有36.5%的F1代植株與父本花色(紅紫色)一致，另外63.5%表現(xiàn)為紫色和紅紫色的組合復(fù)色，與母本的紫羅蘭紫色和紅紫色的復(fù)色稍有差異；在ZLY×XDD雜交組合中，F(xiàn)1代中出現(xiàn)了與親本花色完全不同的紫羅蘭色系和紫羅蘭藍(lán)色系的植株，卻沒有出現(xiàn)于父本花色一致的白花后代，初步推測(cè)白色為相對(duì)隱性性狀。

表3 花色遺傳分析Table 3 Heredity of the flower colors

圖1 雜交親本和部分雜交后代花色圖Figure 1 Flower colors diagram of parents and some hybrids

2.3 花藥顏色遺傳變異分析

由表4可知：所有雜交組合的F1代花藥顏色均未發(fā)生變異，與雙親中的一方保持一致。當(dāng)黃色花藥的品種作為親本時(shí)，F(xiàn)1代花藥均為黃色，初步推測(cè)黃色花藥對(duì)于粉紅和紅色為相對(duì)顯性性狀。BS×ZGH雜交組合中，F(xiàn)1代紫紅色花藥的植株占群體的63.5%，紅色花藥顏色的植株占36.5%，表明紫紅色花藥的遺傳力大于紅色花藥。

表4 花藥顏色遺傳分析Table 4 Heredity of anther color

2.4 花部形態(tài)性狀遺傳變異分析

由表5可以看出：幾個(gè)雜交組合F1代的花梗長(zhǎng)度分離廣泛，變異系數(shù)皆大于10%，最高可達(dá)24.73% (ZLY×XDD)，表明花梗長(zhǎng)度具有豐富的遺傳變異力。在ZGH×LZ和BS×ZGH的2個(gè)雜交組合中，F(xiàn)1代的花梗長(zhǎng)度呈明顯的減小趨勢(shì)，F(xiàn)1代的平均花梗長(zhǎng)度分別為中親值的79%和82%，小于低親值分別為92.31%和76.47%；而在ZLY×ZDD雜交組合中，雖然F1代的平均花梗長(zhǎng)度為中親值的76%，表現(xiàn)出低親性，但小于低親的個(gè)體只占48.65%，低親優(yōu)勢(shì)并不顯著，這可能是由于母本(ZLY)的花梗長(zhǎng)度較大，起到了中和作用；SLS×LZ的雜交組合中，F(xiàn)1代的花梗長(zhǎng)度介于雙親之間，并未表現(xiàn)出雜種優(yōu)勢(shì)。

表5 花部形態(tài)性狀遺傳分析Table 5 Heredity of floral morphological characters

F1代花直徑總平均值相當(dāng)于中親值的89%，總體表現(xiàn)出衰退趨勢(shì)，但組合間存在差異。SLS×LZ、BS×ZGH和ZLY×XDD的3個(gè)雜交組合中，F(xiàn)1代的花直徑呈減小趨勢(shì)，F(xiàn)1代花直徑的總平均值為中親值的84%，但從F1代花直徑的分布比例來看，僅在BS×ZGH雜交組合中出現(xiàn)了94.12%的小于低親個(gè)體，另外2個(gè)雜交組合中則不存在小于低親的個(gè)體。因此，雖然3個(gè)雜交組合中F1代的花直徑均值表現(xiàn)出了一定的低親性，但小于低親的個(gè)體出現(xiàn)的幾率并不高。而在ZGH×LZ雜交組合中，F(xiàn)1代的花直徑表現(xiàn)出一定的超親性，超高親個(gè)體出現(xiàn)的概率為57.69%。

鐵線蓮品種間雜交組合F1代的萼片長(zhǎng)度呈微弱的減小趨勢(shì)，F(xiàn)1代的總平均萼片長(zhǎng)度為中親值的98%，萼片寬度呈一定的增大趨勢(shì)，F(xiàn)1代的總平均萼片寬度為中親值的111%，萼片長(zhǎng)寬比呈明顯的減小趨勢(shì)，F(xiàn)1代的總平均萼片長(zhǎng)寬比為中親值的91%。萼片長(zhǎng)度的減小，萼片寬度的增加，導(dǎo)致萼片長(zhǎng)寬比減小，說明F1代的萼片形狀已發(fā)生變化。幾個(gè)組合雜交后代的萼片長(zhǎng)寬比的變異系數(shù)均值為21.35%，表明其遺傳變異豐富，雜交后代的萼片形狀發(fā)生變化且F1代間差異較大。

2.5 葉部形態(tài)性狀遺傳變異分析

由表6可知：F1代節(jié)間距的平均變異系數(shù)為11.68%，遺傳力較差。總體來看，節(jié)間距介于雙親之間的F1代個(gè)體占群體的60.55%，低親個(gè)體和高親個(gè)體分別占13.52%和25.94%，F(xiàn)1代節(jié)間距的總平均值為中親值的102%，未表現(xiàn)出明顯的超親優(yōu)勢(shì)。

表6 葉部形態(tài)性狀遺傳分析Table 6 Heredity of leaf morphological characters

鐵線蓮品種間雜交組合F1代的葉片長(zhǎng)度整體上表現(xiàn)出一定的增大趨勢(shì)，總平均值為中親值的114%。在ZGH×LZ和SLS×LZ雜交組合中表現(xiàn)為超親性，在BS×ZGH和ZLY×XDD雜交組合中則表現(xiàn)為低親性；葉片寬度總體呈一定的增大趨勢(shì)，F(xiàn)1代總平均葉片寬度為中親值的119%；由于F1代的葉片寬度增幅較大，導(dǎo)致葉片長(zhǎng)寬比減小，F(xiàn)1代的總平均葉片長(zhǎng)寬比為中親值的82%，葉片形狀發(fā)生了明顯的變化，但總平均變異系數(shù)(5.38%)小于15%，F(xiàn)1代間差異較小，遺傳變異度較小。

2.6 9 個(gè)表型數(shù)量性狀相關(guān)性分析

分析花部5個(gè)性狀和葉片4個(gè)性狀之間的相關(guān)性(表7)發(fā)現(xiàn)：花直徑分別與萼片長(zhǎng)度、萼片長(zhǎng)寬比呈極顯著(P＜0.01)正相關(guān)關(guān)系，花直徑越大，萼片長(zhǎng)度越大，萼片長(zhǎng)寬比越大，表明萼片長(zhǎng)度和萼片長(zhǎng)寬比在一定程度上影響花直徑的大小，但未表現(xiàn)出對(duì)萼片寬度的影響；萼片長(zhǎng)寬比與萼片長(zhǎng)度呈極顯著(P＜0.01)正相關(guān)關(guān)系，與萼片寬度呈極顯著(P＜0.01)負(fù)相關(guān)關(guān)系。葉片長(zhǎng)度與葉片寬度呈極顯著(P＜0.01)正相關(guān)，即葉片長(zhǎng)度越長(zhǎng)，片寬度就越大，且相關(guān)系數(shù)最高(0.940)，趨于連鎖遺傳。花梗長(zhǎng)度與節(jié)間距之間呈極顯著(P＜0.01)正相關(guān)關(guān)系，說明節(jié)間距與花梗長(zhǎng)度之間存在一定的聯(lián)系。

表7 F1 代 9 個(gè)性狀的相關(guān)性分析Table 7 Correlation analysis of 9 characters of F1 generation

3 結(jié)論與討論

雜種優(yōu)勢(shì)利用是觀賞植物雜交育種的有效手段[14?16]。親本間的異質(zhì)性在很大程度上決定了雜種優(yōu)勢(shì)，親本間主要性狀的差異反映了它們的遺傳差異，而選擇遺傳差異大的親本進(jìn)行雜交，才能產(chǎn)生較強(qiáng)的雜種優(yōu)勢(shì)[17]。對(duì)生長(zhǎng)于同一環(huán)境中的雜交群體表型性狀進(jìn)行系統(tǒng)測(cè)定和分析，對(duì)于研究觀賞性狀的遺傳規(guī)律、探索該性狀表現(xiàn)型與基因型的關(guān)聯(lián)性以及開展后續(xù)目標(biāo)育種具有重要意義[18]。

本研究對(duì)6個(gè)鐵線蓮品種進(jìn)行雜交試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)F1代的大部分表型性狀(除花藥顏色外)都發(fā)生了變異，僅有萼片長(zhǎng)度和節(jié)間距2個(gè)性狀表現(xiàn)出偏母性遺傳的特點(diǎn)，萼片寬度表現(xiàn)為偏父性遺傳，花期、花色、花藥顏色、花梗長(zhǎng)度、花直徑、萼片長(zhǎng)寬比、葉片長(zhǎng)度、葉片寬度、葉片長(zhǎng)寬比等9個(gè)性狀未表現(xiàn)出明顯的遺傳傾向。余偉軍[10]研究發(fā)現(xiàn)：鐵線蓮品種間雜交后代綜合了父本與母本之間的遺傳特性，不同程度地遺傳了雙親的某個(gè)或某些性狀，部分單株之間存在差異。SABA等[19]研究發(fā)現(xiàn)：部分菊花Chrysanthemum morifolium雜交F1代的表型性狀與雙親中的一方相似，F(xiàn)1代間存在差異且與親本有別。本研究結(jié)果與以上結(jié)果一致。

雜交F1代的花期出現(xiàn)分離，其中ZGH×LZ雜交組合中，F(xiàn)1代出現(xiàn)了花期早于雙親的個(gè)體，BS×ZGH和ZLY×XDD雜交組合中，F(xiàn)1代出現(xiàn)了花期晚于雙親的個(gè)體，但多數(shù)介于親本之間，這與楊云燕等[20]在切花菊品種間雜交試驗(yàn)中所得的結(jié)果一致。馬紹宇等[21]在高山杜鵑Rhododendron lapponicum雜種中發(fā)現(xiàn)花色發(fā)生廣泛分離，分離的色譜范圍并不局限于雙親之間；周熠瑋等[22]在姜花Hedychium coronarium的雜交F1代中發(fā)現(xiàn)了親本中沒有的橙紅色花色植株；INAMURA等[23]研究發(fā)現(xiàn)：三葉草Trifolium repens的雜交F1代中出現(xiàn)了花色優(yōu)于親本的個(gè)體，在本研究中部分F1代表現(xiàn)出一定的超親優(yōu)勢(shì)，出現(xiàn)了兼具父本與母本花色的復(fù)色植株；而以白色植株作為父本時(shí)，F(xiàn)1代中有57.9%的植株與親本花色均不相同，卻沒有出現(xiàn)與父本花色一致的白花后代，初步推測(cè)白色為相對(duì)隱性性狀，這與AROS等[24]在石竹Dianthus chinensis的雜交后代中，發(fā)現(xiàn)與親本花色一致的橙色和紅色丟失的結(jié)果一致。因此，在現(xiàn)實(shí)育種工作中選擇白花的鐵線蓮品種作為親本有利于創(chuàng)造出花色更為豐富的植株。通過分析雜交親本與F1代的花藥顏色，發(fā)現(xiàn)黃色花藥的植株做親本時(shí)，F(xiàn)1代的花藥均為黃色，可以初步推測(cè)黃色花藥為顯性性狀，因此若要選育其他顏色(除黃色外)花藥的品種，不宜選擇黃色花藥的品種作為親本。本研究中F1代的萼片長(zhǎng)度呈輕微的減小趨勢(shì)，萼片寬度呈一定的增大趨勢(shì)，從而導(dǎo)致了萼片長(zhǎng)寬比的減小，說明F1代的萼片形狀已發(fā)生變化；F1代的葉片長(zhǎng)度表現(xiàn)出一定的增大趨勢(shì)，葉片寬度呈明顯的增大趨勢(shì)，導(dǎo)致葉片長(zhǎng)寬比明顯減小，葉片形狀發(fā)生了明顯的變化，但總平均變異系數(shù)為5.38%，F(xiàn)1代間差異較小。花梗長(zhǎng)度和花直徑總體上呈現(xiàn)出減小的趨勢(shì)，其原因可能是親本品種都是經(jīng)過單項(xiàng)選擇育成的優(yōu)良品種，經(jīng)過長(zhǎng)期無性繁殖又使入選品種的非加性效應(yīng)占較大比例，一經(jīng)有性雜交可能使其優(yōu)勢(shì)解體，致使雜種群體的性狀平均值下降。在實(shí)際育種工作中，將上述性狀在雜種中的下降表現(xiàn)估計(jì)在內(nèi)，提高親本性狀平均值，仍可提高雜種平均值，從而有利于提高入選率。

本研究中，雜交后代9個(gè)數(shù)量性狀的變異系數(shù)為3.48%～31.34%，所有雜交組合的F1代花直徑、葉片長(zhǎng)度、葉片寬度和葉片長(zhǎng)寬比4個(gè)性狀的變異系數(shù)均小于15%，遺傳變異力較差；不存在所有雜交組合的F1代變異系數(shù)均大于15%的性狀，但F1代中仍可能出現(xiàn)少數(shù)超高親個(gè)體，選育觀賞性更好的新品種依然可能實(shí)現(xiàn)。

鐵線蓮品種大多是經(jīng)過人工雜交而來，又經(jīng)過長(zhǎng)期的無性繁殖，因此大多數(shù)栽培品種基因型高度雜合，品種間雜交后代分離極為廣泛，要研究其性狀的遺傳規(guī)律是十分困難的。但通過對(duì)各類雜交組合的親本品種及其雜種的性狀表現(xiàn)進(jìn)行比較統(tǒng)計(jì)與分析，仍可發(fā)現(xiàn)各性狀在遺傳上帶有規(guī)律性的傾向。總結(jié)這些遺傳傾向，對(duì)雜交育種中的親本選擇與選配、提高育種效率具有指導(dǎo)意義。本研究中雜種F1代群體花色分離廣泛，為群體遺傳學(xué)、花色分類、花色形成機(jī)理、新品種培育等研究提供了重要依據(jù)，但通過肉眼及比色卡測(cè)定的花色結(jié)果帶有一定的主觀性，后續(xù)可通過色差儀來將花色數(shù)量化，以及測(cè)定雜種后代的花色素種類及含量來深入研究花色遺傳變異機(jī)制。