刺槐属杂交亲和性及果实特性研究

乔玉玲 ，荀守华 ，毛秀红 ，宋玉民 ，孙百友 ，张元帅 ，董元夫

(1.山东省林业科学研究院，山东 济南 250014；2.费县国有大青山林场，山东 费县 273400)

刺槐(Robinia pseudoacacia L.)为蝶形花科刺槐属落叶乔木。目前，我国刺槐育种主要是以优良无性系选择育种为主，如果能够采用控制授粉实现刺槐杂交育种，必将提高刺槐改良程度，对改良刺槐的遗传品质,提高刺槐林分生产力具有显著效益。

刺槐由于特殊的蝶形花结构，雌、雄蕊被花瓣包裹，花粉成熟散出和柱头最佳可授粉期都是在花瓣未完全张开时就已完成这种闭花自交授粉，从而降低植物结实率。所以自然结实率较低，平均30%左右[1]。刺槐花开放时从外观看不到花药和柱头，需借助工具拨开花瓣才能露出雄蕊和雌蕊，这给杂交育种人工授粉带来很大难度，进而影响到杂交的亲和性。近年来，国内外学者在刺槐杂交育种方面的研究取得了一些进展。田志和等[2]选择9棵植株开展人工控制授粉试验，结果显示，同花序自交成果率为3.94%，自由异交成果率为0.44%，自由自交成果率为0，强迫异交成果率为1.82%。孙鹏等[3]研究了刺槐开花传粉及交配方式，认为刺槐是以异交为主、部分自交亲和的交配方式，并试验刺槐去雄人工授粉杂交结果率为3.56%。袁存权[4]对刺槐有性生殖过程及交配系统进行了深入系统研究，得出刺槐的繁育系统属于以异交为主的混合交配系统。戴丽等［5］研究了刺槐属不同种质之间杂交授粉可配性，结果是刺槐做母本与红花刺槐、金叶刺槐和四倍体刺槐杂交都可获得可育种子并萌发成苗，红花刺槐等分别做母本时都没有得到种子。但关于刺槐交配亲和性和结实性的系统研究迄今未有深入系统的研究报道，有必要系统探讨优良无性系交配亲和性,为刺槐育种和种质资源的充分利用提供实用的资料。我们项目组自2013年以来，荀守华等［6］对20个刺槐无性系的生殖特性及杂交亲本选配进行了研究，姜丽娜等［7］研究了多花刺槐花粉与柱头形态及授粉亲和性，本文以多花刺槐和刺槐优良无性系为试验材料，研究刺槐种间及种内、不同花粉在同一雌性品种上以及相同花粉在不同雌性品种上授粉后的结实率、亲和指数及种子形态特征的差异,进行综合判定刺槐种间、种内的杂交亲和性，从另外一个方面为刺槐杂交育种亲本的选择以及杂交组合的选配提供重要的科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于2013—2015年在山东省费县大青山林场（国家刺槐良种基地）刺槐优良无性系嫁接繁殖的种子园进行，树龄6年生，6株小区，单行排列。供试材料为1985年山东省林业科学研究院选育鉴定的优良无性系鲁刺 1、2、7、9、10、13、42、68 共计 8个，山东省选出的优树无性系鲁刺57、152、133、186、229等5个，山西省的优树无性系晋刺4，河南省的优树无性系民权2，辽宁省林业科学研究院选育鉴定的优良无性系兴刺1、兴刺15及优树无性系兴刺22、25、46，墨西哥刺槐的变种多花刺槐共计21个。

1.2 花粉采集及活力测定

刺槐多在4月底5月初开花。花瓣初裂时，摘取花序，取出小花内的花药，用硫酸纸包好放在生石灰中干燥24h,轻轻碾压花药使其破裂散粉，花粉经净化、干燥后，放在玻璃小瓶中低温（0～4℃）贮藏备用。

花粉活力测定采用离体培养萌发法[8]，液态培养基配方是以蒸馏水为溶剂，其成分含有150g/L的蔗糖和0.1g/L的硼酸。将配好的灭菌培养液趁热用取样器滴一滴于载玻片凹槽中央，使其慢慢扩散成一略带弧度的平面且基本完全铺满凹槽，将花粉均匀撒在培养基上，然后将载玻片放入有湿润滤纸的培养皿内，并置于25℃的恒温光照培养箱中培养。用高倍光学显微镜（尼康 50I）分别于培养 2、4、6、8、14、24h时进行花粉萌发情况观察。每个处理重复3次，每次随机取3个视野进行观察。，统计花粉萌发率以反映有活力的花粉所占比例。花粉萌发率(%)=(萌发花粉数/总花粉数)×100%。

表1 刺槐不同花粉平均萌发率/%

1.3 授粉组合及方法

刺槐种间杂交选择4个优良无性系与多花刺槐组成4个杂交组合。

刺槐种内杂交选择19个优良无性系组成17个杂交组合。

①自交，对花进行套袋但不去雄，检测自交能力;每个无性系在群体内随机选取10个以上花序，在花朵尚未开放时给整个花序套袋、挂牌。

②杂交，套袋并且去雄，用不同植株的花粉进行异花授粉;

1.4 结实率及种子形态调查

在授粉后7d去袋、30d和60d分别统计各交配类型的坐果数与坐果率，收获荚果时统计成熟荚果数，计算结实率及亲和指数。其中结实率=(成熟荚果数/授粉花朵数)×100%,亲和指数= (结籽数/花序数)。待果实成熟后采收,用游标卡尺测量荚果长度和膨胀部位的宽度。变异幅度=（杂交组合均值-母本杂交授粉均值）/母本杂交授粉均值×100%

1.5 数据处理

数据处理采用Excel 2013和DPS软件。

2 结果与分析

2.1 刺槐不同花粉生活力的比较

多花刺槐和刺槐各无性系花粉在常温下保存1d和0～4℃低温下保存5d，体外培养2h开始萌发，培养至8h时萌发量达最大值。多花刺槐花粉随着花粉保存时间延长，萌发率降低。新鲜花粉的活力较高，萌发率最高可达到50%以上；保存1d后，萌发率为37.8%；低温保存5d后，花粉活力下降明显，培养萌发率为12.3%左右。

刺槐不同无性系父本花粉萌发率近似，而且保存1d后和低温保存5d后，花粉活力下降不明显。鲁刺1等鲁刺系列花粉常温下保存1d，培养4h花粉萌发，培养6h花粉管长度超过花粉粒直径3倍；低温下保存5d培养6h，鲁刺1花粉管萌发率最低为17.5%。

2.2 刺槐不同种间及种内自交亲和性比较

通过对多花刺槐和5个刺槐无性系同花序自交结荚情况调查结果表明，鲁刺229结实率为0.84%，亲和指数为0.154，亲和性稍高；其次是鲁刺57结实率为0.38%，亲和指数为0.059；兴刺22自交结实率为0.17%，亲和指数为0.028；多花刺槐、鲁刺133和鲁刺186结实率为0，自交无亲和性（见表2）。自交虽然有成熟的荚果和种子，但数量很低，而且种子萌发也低。

表2 刺槐属自交亲和性状

2.3 刺槐不同种间及种内杂交亲和性比较

对刺槐结荚情况调查结果表明(表3)，刺槐种间杂交，多花刺槐做父母本都获得了杂种，说明刺槐与多花刺槐种间具有较高的杂交亲和性。多花刺槐做父本，以鲁刺152×多花刺槐组合最好，结实率最高为19.76%，亲和指数为2.833，其次为鲁刺7×多花刺槐组合，结实率为9.25%，亲和指数为1.586；多花刺槐做母本，结实率较低，说明多花刺槐比较适合做父本。

表3 刺槐不同种间及种内杂交亲和性状

刺槐不同无性系之间人工授粉结实率平均8.47%，组合鲁刺57×兴刺15最高为21.28%,兴刺22×鲁刺1和鲁刺7×鲁刺1两个杂交组合没有结果实，无杂交亲和性。 在17个杂交组合中亲和性最高的为鲁刺57×兴刺15组合，结实率为 21.28%，亲和指数为2.148；结实率最低的为鲁刺7×鲁刺1和兴刺22×鲁刺1组合，结实率0，无亲和性。

2.4 刺槐不同杂交组合间种子形态的比较

由表4看出，种子饱满度以自然结实的普遍好于杂交的，本试验中最好的杂交组合鲁刺133×兴刺22的种子饱满率可达91%，变异幅度最小为0.52，最差的兴1×多花刺槐只有12%，变异幅度最大为83.15。各杂交组合中，在种子长、宽和厚度3个性状上，兴刺1×兴刺15的种子最长，为0.56cm，组合鲁刺133×兴刺22的最短为0.42cm，两者相差0.14 cm；组合鲁刺57×鲁刺68和兴刺1×多花刺槐的种子宽度稍大为0.36cm，其余组合种子宽度基本相当；组合鲁刺57×兴刺15的种厚为0.22cm，组合兴刺1×兴刺15、多花刺槐的为0.17cm，两者相差不多。总之，杂交组合与母本自由授粉之间的种子形态差异不明显，有的几乎没有差异。

3 结论与讨论

常温保存与低温保存相比，保存前期、时间较短时，常温保存的萌发要早，花粉管更先伸长，但最终萌发量要少。保存后期，常温保存的花粉萌发率低于低温保存。花粉管伸长后，花粉粒内的遗传物质、营养物质等内含物逐步向花粉管内运输转移，且花粉管末端会出现膨大现象，充分接受遗传物质与营养物质。最终，花粉粒会变空，其遗传物质、营养物质等全部转移到达花粉管前端[9]。多花刺槐保存1d后，萌发率为37.8%；低温保存5d后，花粉活力下降明显，培养萌发率为12.3%左右。刺槐不同无性系父本花粉萌发率近似，而且保存1d后和低温保存5d后，花粉活力下降不明显。

表4 不同杂交组合间种子形态的差异

部分刺槐无性系可以自交结实，但结实率很低，多花刺槐、鲁刺133和鲁刺186结实率、亲和指数为零。这与孙鹏（2012）和袁存权（2013）的研究结果相同。Surles等［10］也认为自交会严重降低刺槐的结实率。自交虽然有成熟的荚果和种子，但数量很低，而且种子萌发率也低，几乎可以忽略不计，因此，在今后的杂交育种中，可以采取不去雄的方法，既不伤到柱头，又省去好多繁琐程序。

刺槐与多花刺槐种间杂交具有较好的亲和性，只是多花刺槐与异株多花刺槐的亲和性较低，用多花刺槐做父本进行人工杂交授粉是可行。在22个杂交组合中,鲁刺152×多花刺槐亲和指数最高为2.833，其次是兴刺1×鲁刺68，亲和指数为2.719，杂交组合鲁刺57×兴刺15，亲和指数为2.148；鲁刺 1的花粉活力低，与鲁刺1和兴刺22的杂交结实率、亲和指数为0，说明鲁刺1不适合做父本。通过对刺槐属种间和种内杂交结实性与亲和性的研究发现，杂交大都表现是亲和的，结实率和亲和指数密切相关［11］。不论同一父本与不同母本杂交，还是同一母本与不同父本杂交，其亲和性均存在差异。并不是所有的杂交组合都适合作为育种材料，因此，通过对刺槐属种间和种内杂交亲和性研究，可为刺槐杂交育种亲本的选配提供重要的理论基础。

种内杂交对种子形态的影响不大，特别是在种子大小方面，种子长、宽和厚度都与母本接近，说明这些性状在杂交过程中变异不大，且主要受母本控制。

参考文献：

［1］孙鹏.去雄对刺槐发育及杂交坐果率的影响机制［D］.北京:北京林业大学，2012.

［2］田志和，董健，李继刚.刺槐开花结实生物学特性的观察初报［J］.辽宁林业科技，1981，(2):18－20.

［3］孙鹏，戴丽，胡瑞阳，等.刺槐开花传粉及交配方式［J］.东北林业大学学报，2012，40(1):6－11.

［4］袁存权.刺槐有性生殖过程及交配系统研究［D］.北京:北京林业大学，2013.

［5］戴丽.不同种质刺槐花粉萌发及杂交可配性研究［D］.北京：北京林业大学，2013

［6］荀守华，乔玉玲，毛秀红等.刺槐无性系开花结实生殖特性及杂交亲本选配.东北林业大学学报，2016，44（11）：13－18.

［7］姜丽娜，荀守华，张元帅等.多花刺槐花粉与柱头形态及授粉亲和性研究.西北植物学报，2016，36（5）：0938－0944.

［8］贾爱平，王 飞，张潮红等.中华猕猴桃品种间亲和性研究园艺学报，2010，37（11）：1829–1835.

［9］王其刚，张 颢，等.月季柱头形态发育进程与可授性［J］.西北农业学报，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］赵丹，王飞，赵秀明 .柿属部分品种杂交亲和性以及结实性的研究.园艺学报，2012，39（11）：2229–2237.