黄牡丹远缘杂交后代花粉粒特征

赵　娜， 石颜通， 袁　涛

( 1. 北京林业大学 园林学院， 北京 100083； 2. 国家花卉工程技术研究中心， 北京 100083； 3. 花卉种质创新与分子育种北京市重点实验室， 北京 100083； 4. 城乡生态环境北京实验室， 北京 100083； 5. 北京当代科旅规划建设研究中心， 北京， 100037； 6. 北京东方园林股份有限公司， 北京 100012 )

黄牡丹远缘杂交后代花粉粒特征

赵娜1，2，3，4，5， 石颜通6， 袁涛1，2，3，4*

( 1. 北京林业大学 园林学院， 北京 100083； 2. 国家花卉工程技术研究中心， 北京 100083； 3. 花卉种质创新与分子育种北京市重点实验室， 北京 100083； 4. 城乡生态环境北京实验室， 北京 100083； 5. 北京当代科旅规划建设研究中心， 北京， 100037； 6. 北京东方园林股份有限公司， 北京 100012 )

摘要：为揭示牡丹远缘杂交后代花粉粒的特征，测定了以肉质花盘亚组黄牡丹为母本，革质花盘亚组栽培品种‘日月锦’、‘层中笑’、‘百园红霞’等为父本的10个远缘杂交组合，共计11个亲本、25个后代的花粉畸形率和萌发率，用扫描电镜观察了花粉粒形态，同时也观察了花和叶的形态特征。结果表明：与双亲相比，杂交后代的花粉量极少，花粉粒萌发率极低，畸形率极高，畸形花粉粒扭曲、破碎或粘成团块状。25个杂交后代的花粉粒均为超长球形，具三拟孔沟，与母本黄牡丹和绝大多数父本一致；但杂交后代的花粉粒小于双亲，外壁纹饰类型受父本影响较大，为小穴状、穴状、网状和粗网状。结合前人的观察结果，25个杂交后代中15个与父本的纹饰类型一致，与母本纹饰类型一致的杂交后代仅有6个，与父母本纹饰类型均不同的杂交后代有4个。形态观察发现杂交后代具有父本的花盘革质、心皮被毛的特征，而小叶分裂程度较母本减轻但小叶裂片较母本加宽；花径则介于父母本之间。其中，心皮被毛、小叶裂片加宽可以结合花粉粒特征作为以黄牡丹为母本的远缘杂交后代的形态识别标记。

关键词：黄牡丹， 远缘杂交后代， 花粉粒， 特征

牡丹(Paeoniasuffruticosa)是我国的传统名花，杂交是牡丹品种起源及新品种培育的主要方式之一(王莲英，1997)。黄牡丹(P.lutea)是我国特有的黄色花牡丹育种资源，国外曾以此为亲本育成很多黄色品种，而我国则相对落后(侯祥云和郭先锋，2013)。有关牡丹花粉形态研究(席以珍，1984；袁涛和王莲英，1999，2002；杨秋生等，2010)多集中在通过花粉形态的观察对材料的分类地位或材料间亲缘关系进行分析判断等，而对已知杂交组合的亲本及后代花粉形态变化规律的研究很少，仅见何丽霞等(2012)1篇报道，但该文仅涉及4个组合(每组合1个后代)，且缺少杂交后代花粉粒育性的研究。

本研究检测了黄牡丹(母本，牡丹组肉质花盘亚组)与栽培品种(革质花盘亚组)共10个杂交组合的11个亲本和25个后代的花粉萌发率、畸形率，观察了所有组合的后代花粉粒形态，分析牡丹远缘杂交中亲本及后代花粉形态及育性变化，并结合已有工作成果(郝津藜等，2014)提出黄牡丹远缘杂交后代鉴定的花粉证据。

1材料与方法

1.1 材料

采自河南栾川中国芍药科野生种迁地保护中心(简称保护中心)，部分取自河南洛阳王城公园(表1)。

1.2 方法

1.2.1 花粉粒畸形率、萌发率及花粉形态花粉畸形率为一个视野中畸形花粉粒占该视野花粉粒总数的百分比。萌发率测定采用悬滴培养法，培养液浓度参照盖伟玲等(2010)的结果加以调整，为10%蔗糖+0.08 g·L-1硼酸。萌发标准为花粉管长度≥花粉粒直径的2倍，萌发率为萌发花粉数占该视野中花粉粒总数的百分比。重复3次，每次3个视野，每个视野花粉粒在100个以上。

花粉粒形态观察与描述按照郝津藜等(郝津藜等，2014)方法进行。

1.2.2 形态性状花期观察花朵的花盘质地、心皮是否被毛、花径；复叶叶形以当年生枝倒数第三或第四片为准。

2结果与分析

2.1 花粉粒萌发与形态

2.1.1 花粉粒萌发从表2可见，花粉萌发率与畸形率基本呈负相关。亲本的平均萌发率和平均畸形率分别为19.28%和42.76%，多数亲本花粉萌发率高于20%，畸形率低于60%；与亲本相比，杂交后代花粉粒育性呈现“一高一低”的特点，即“畸形率极高，萌发率极低”。25个后代平均畸形率为85.74%，其中22个后代畸形率大于这一平均值；平均萌发率为1.18%，比亲本中萌发率最低的‘层中笑’还低，有9个甚至零萌发。畸形花粉扭曲、凹陷、空瘪、破碎或粘成团块状，形状及大小均极不规则。

2.1.2 花粉粒形态自然散粉后各亲本花粉量较大，杂交后代花粉量则极少。所有杂交后代花粉粒均为超长球形，花粉粒赤道面观为长椭圆形，极面观为三裂圆形，具三拟孔沟，纹饰类型有小穴状、穴状、网状和粗网状，详见表3及图版Ⅰ。

组合一的双亲花粉粒明显大于所有杂交后代，7个后代外壁纹饰则分化为三类。其中 ‘大彩蝶’的网脊不突出或略突出(图版Ⅰ：11)，但也有部分花粉粒的网脊突出较明显(图版Ⅰ：12)。

组合二杂交后代花粉粒比亲本小，各后代间极赤比变化小，孔径与脊宽度虽介于双亲之间，但更偏向父本。

组合三和组合四共6个杂交后代，均为粗网状纹饰。

组合五杂交后代花粉粒从小到大依次为‘英豪红’<‘紫缘荷’<‘血色黄昏’<黄牡丹(♀)<‘华夏隐斑白’(♂)，其中‘英豪红’比双亲的花粉粒更狭长；后代与亲本虽都为粗网状纹饰，但4个后代的外壁孔径和脊宽度均介于双亲之间。

表 1　材料及来源

表 2　黄牡丹杂交组合花粉粒畸形率和萌发率

组合六后代‘金波’花粉粒明显小于双亲，但花粉粒更狭长；孔径明显大于亲本，脊宽与母本一致；父本‘清香白玉翠’有网状和穴状两种纹饰，‘金波’的外壁纹饰则出现双亲均不同的变异，呈粗网状，但网孔直径与网脊宽度更偏向父本。

组合七后代‘金龙探海’花粉粒小于双亲；孔径及脊宽介于亲本之间，外壁纹饰类型与父本相同，但网脊不光滑，孔径大小不匀但偏向父本。

组合八后代‘春潮’花粉粒明显小于双亲，但极赤比大于两个亲本，花粉粒也更狭长；孔径及网脊宽度介于亲本之间，但接近父本，外壁纹饰则与父本一致，为粗网状。

表 3　黄牡丹杂交组合花粉形态

注： 组合一、三、四的数据引自郝津藜等(2014)。

Note: Data of CombinationⅠ， Ⅲ and Ⅳ come from Hao Jinli et al (2014).

图版 Ⅰ　黄牡丹及杂交后代花粉粒形态与纹饰　1-3. ♀黄牡丹； 4. ♂‘日月锦’； 5. ‘金鳞霞冠’； 6. ‘彩虹’； 7. ‘蕉香’； 8. ‘金袍赤胆’； 9. ‘蝶舞’； 10. ‘金英豪’； 11-12. ‘大彩蝶’； 13. ♂‘层中笑’； 14. ‘香妃’； 15. ‘小香妃’； 16. ‘霞光’； 17. ♂‘百园红霞’； 18. ‘山川飘香’； 19. ‘嫦娥’； 20. ‘金童玉女’。1，9. × 300； 2，14. × 2 000； 其余 × 10 000。Plate Ⅰ　Pollen morphology and extine sculpture of Paeonia lutea and hybridization progenies　1-3. ♀ P. lutea； 4. ♂‘Jitsugetsu-nishiki’； 5. ‘Jinlin Xiaguan’； 6. ‘Caihong’； 7. ‘Jiaoxiang’； 8. ‘Jinpao Chidan’； 9. ‘Diewu’； 10. ‘Jinyinghao’； 11-12. ‘Da Caidie’； 13. ♂‘Cengzhongxiao’； 14. ‘Xiangfei’； 15. ‘Xiaoxiangfei’； 16. ‘Xia Guang’； 17. ♂‘Baiyuan Hongxia’； 18. ‘Shanchuan Piaoxiang’； 19. ‘Chang’e’； 20. ‘Jintong Yunü’. 1，9. × 300； 2，14. × 2 000； the rest × 10 000.

图版 Ⅱ　黄牡丹及杂交后代花粉粒形态与纹饰　21. ♂‘夜光杯’； 22. Z5-28-5； 23. ‘金衣漫舞’； 24. ‘金衣花脸’； 25. ‘金衣飞舞’； 26. ♂‘华夏隐斑白’； 27. ‘紫缘荷’； 28. ‘英豪红’； 29. ‘血色黄昏’； 30. ♂‘清香白玉翠’； 31. ‘金波’； 32. ♂‘朱砂垒’； 33. ‘金龙探海’； 34. ♂‘似荷莲’； 35. ‘春潮’； 36-37. ♂‘红辉狮子’； 38. ‘杏花春’； 39. ♂‘日暮’； 40. ‘银袍赤胆’。29，31. × 300； 23，36. × 2 000； 其余 × 10 000。Plate Ⅱ　Pollen morphology and extine sculpture of P. lutea and hybridization progenies　21. ♂‘Yeguangbei’； 22. Z5-28-5； 23. ‘Jinyi Manwu’； 24. ‘Jinyi Hualian’； 25. ‘Jinyi Feiwu’； 26. ♂‘Huaxia Yinbanbai’； 27. ‘Ziyuanhe’； 28. ‘Yinghaohong’； 29. ‘Xuese Huanghun’； 30. ♂‘Qingxiang Bai yucui’； 31. ‘Jinbo’； 32. ♂‘Zhushalei’； 33. ‘Jinlong Tanhai’； 34. ♂‘Sihelian’； 35. ‘Chunchao’； 36-37. ♂‘Honghui Shizi’； 38. ‘Xinghuachun’； 39. ♂‘Higurashi’； 40. ‘Yinpao Chidan’. 29，31. × 300； 23，36. × 2 000； the rest × 10 000.

组合九后代‘杏花春’花粉粒也明显小于双亲；孔径介于亲本之间，脊宽小于双亲，外壁纹饰为粗网状，但网脊比小于父本。

组合十后代‘银袍赤胆’花粉粒介于亲本之间，极轴长稍小于父本，而赤道轴稍大于母本，花粉粒比双亲更狭长，与组合四、五、六、八类似。孔径接近母本，但脊宽与父本一致，外壁为网状纹饰。

从外壁纹饰类型看，组合一变化最丰富，7个后代中4个与母本纹饰相同，2个与父本纹饰相同，1个与父母本均不同；组合二的纹饰特征介于双亲之间；组合三、五、七、八、九所有后代的纹饰与父本完全相同；组合四的4个后代中3个与父本相同，1个与母本相同；组合六的后代与父母本均不同；组合十的后代与母本一致。25个后代中，与父本纹饰类型一致的总计15个，与母本纹饰类型一致的有6个，与父母本纹饰类型均不同的有4个。

2.2 花和小叶片形态

本研究观察了11个亲本、25个杂交后代的花盘、心皮、花径及叶形等方面的形态特征(表1)。从表1可以看出，以黄牡丹为母本的后代均表现出花盘革质、心皮被毛、花径大于母本、小叶叶裂较母本浅，但裂片宽度大于母本的特点。

3讨论与结论

3.1 杂交后代花粉粒形态变化规律

远缘杂交获得的后代花粉量极少、畸形率极高、萌发率极低，基本不育。值得注意的是亲本‘夜光杯’是野生紫斑牡丹与传统品种的远缘杂交后代(陈德忠，2003)，也呈现出与杂交后代相似的“一高一低”的特点。

除父本‘夜光杯’外，所有材料花粉粒均为超长球形，而袁涛等(1999)和杨秋生等(2010)的观察结果为球形或长球形。制样及观察方法不同可能是导致差异的原因。与亲本相比，所有组合的后代花粉粒均变小，形状也发生一定变化，比亲本更狭长，如 ‘清香白玉翠’组合、‘似荷莲’组合、‘日暮’组合及‘日月锦’组合的部分后代，与郝津藜等(2014)对‘夜光杯’组合的观察结果一致。

尽管杂交后代纹饰出现各种类型的变化，但受父本影响较大，表现出偏父的特点。后代与父本一致者占大多数，有些后代的网孔直径与网脊宽度虽介于双亲之间，但更偏向父本，如 ‘层中笑’组合、‘清香白玉翠’组合、‘朱砂垒’组合及‘似荷莲’组合。某些后代正常花粉粒会出现分化，如‘大彩蝶’网脊的分化。

3.2 杂交后代形态变化规律

目前，关于牡丹远缘杂交后代早期鉴定方面的研究还较少，吴蕊等(2011)认为形态标记结合分子标记有利于杂交后代的早期鉴定；关坤(2009)提出了肉质花盘亚组和革质花盘亚组间杂交后代早期鉴定的4个性状，即花盘质地、心皮是否被毛、花径及叶形；郝津藜等(2014)仅观察了组合一、三、四的13个后代；本研究则继续观察了更多的组合，结果显示这些以黄牡丹为母本的后代均表现出花盘革质、心皮被毛、花径大于母本、小叶的叶裂较母本浅，但裂片宽度大于母本的特点，这进一步证实了关坤(2009)和郝津藜等(2014)的观察结果。

3.3 杂交后代鉴定的花粉证据

花粉形态受基因型所控制，具一定的保守性，因此花粉外壁纹饰在远缘杂交杂种鉴定中具一定的参考价值。本试验中牡丹亚组间远缘杂交后代的正常花粉粒多数小于双亲，与何丽霞等(2012)的研究结果一致。有个别后代花粉纹饰出现了一定的分化，需进一步观察和证实。

综上可知，黄牡丹远缘杂交后代花粉粒小于双亲、外壁纹饰类型多但受父本影响较大；花粉量极少、畸形率极高，萌发率极低，这些特征可用于黄牡丹杂交后代鉴定时的参考。花和叶片的形态观测虽简单但易受环境及观察者主观因素的影响，花粉粒形态与萌发率观测相对费时费力，但稳定性较高。在做后代鉴定时，可结合花和叶片形态并参考其花粉粒大小、外壁纹饰及育性综合判断。

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Pollen grain features of distant hybridized progenies ofPaeonialutea

ZHAO Na1，2，3，4，5， SHI Yan-Tong6， YUAN Tao1，2，3，4*

( 1.CollegeofLandscapeArchitecture，BeijingForestryUniversity， Beijing 100083， China; 2.NationalEngineeringResearchCenterforFloriculture，Beijing 100083， China; 3.BeijingKeyLaboratoryofOrnamentalPlantsGermplasmInnovation&MolecularBreeding， Beijing 100083， China;4.BeijingLaboratoryofUrbanandRuralEcologyEnvironment， Beijing 100083， China; 5.BeijingResearchCenterofContemporaryKelvPlanningandConstruction， Beijing 100037， China; 6.BeijingOrientLandscapeCo.Ltd， Beijing 100012， China )

Abstract:To reveal the pollen grain features of tree peony distant hybridized progenies， the pollen grain forms of 10 distant hybridization combinations， which were crossed from female parent subsect. Delavayanae Paeonia lutea and male parents Subsect Vagiatae cultivars ‘Jitsugetsu Nishiki’，‘Cengzhongxiao’ and ‘Baiyuan Hongxia’， totaling 11 parents and 25 progenies， were tested and the pollen grain forms were examined by scanning electron microscopy (SEM)，also floral and leaf morphologies were observed. The results indicated that comparing with both parents， the progenies yielded very few pollen grains with extremely low germination rate but high deformity rate and the deformed grains being twisted， broken or clustered. The progenies pollen grains were shaped like ultra-subprolate with 3-colporoidate， consistent with that of P. lutea and most male parents; while the size was smaller than that of both their parents. The extine patterns included foveolae， foveolate， reticulate and thick-reticulate， greatly affected by their male parents. Combining with the previous results，15 out of the total 25 progenies sharing the patterns of their male parents， only 6 being the same as their female parents， and 4 differing from either parent. Morphologic observation showed that the progenies had leathery flora discs and hairy carpels as their male parents，while the division of leaflet lobes was more shallow but wider than those of their female parent. The flower diameters ran between both parents. Therefore， hairy carpels and widened leaflet lobes plus pollen grain features can be used as morphological identification marks of distant hybridized progenies of which P. lutea is the famle parent.

Key words:Paeonia lutea， distant hybridization progenies， pollen， characteristic

DOI:10.11931/guihaia.gxzw201408024

收稿日期:2014-12-24修回日期： 2015-03-17

基金项目：国家林业局重点项目(2008-10)； 花卉产业技术创新战略联盟项目(2014hhlm012)[Supported by Major Project of State Forestry Administration(2008-10)； Technology Innovation Project of Flower Industry Strategic Alliance(2014hhlm012)]。

作者简介：赵娜(1987-)，女，河北邯郸人，硕士，主要从事园林植物种植设计工作，(E-mail)bifuzn@163.com。 *通讯作者： 袁涛，博士，副教授，主要研究方向为花卉资源与育种、园林植物应用与园林生态，(E-mail)yuantao1969@163.com。

中图分类号：Q943， S685.11

文献标识码：A

文章编号：1000-3142(2016)03-0280-09

赵娜，石颜通，袁涛. 黄牡丹远缘杂交后代花粉粒特征 [J]. 广西植物， 2016， 36(3)：280-288

ZHAO N，SHI YT，YUAN T. Pollen grain features of distant hybridized progenies ofPaeonialutea[J]. Guihaia， 2016， 36(3)：280-288