锥栗不同授粉方式结实性状及亲本选配初步研究

2018-03-21吴聪连吴小林江锡兵龚榜初胡青素赖俊声吴永丰

浙江农业科学 2018年3期

杨龙，吴聪连，吴小林，江锡兵，龚榜初，胡青素，赖俊声，吴永丰

(1.庆元县林业局，浙江庆元 323800； 2.中国林业科学研究院亚热带林业研究所，浙江杭州 311400)

锥栗(Castaneahenryi)属壳斗科栗属植物，是我国南方著名的干果和木本粮食树种，其坚果风味独特、品质优良，富含淀粉、蛋白质、可溶性糖及人体所需的多种维生素和微量元素，营养价值较高，深受广大南方群众喜爱[1-2]。锥栗规模化人工繁育及栽培始于20世纪90年代，截至目前，全国锥栗人工栽培面积约8万hm2，且主要分布于浙南闽北地区，年产量不足7.5万t，远不能满足国内外市场需求，良种及新品种短缺是当前我国锥栗生产和产业发展面临的主要问题之一。至今，锥栗育种研究主要集中于种质资源调查、群体遗传变异及选择育种等方面[3-5]，而亲本选配及杂交育种方面的研究鲜有报道。近年来利用花粉直感效应提高产量、改善果实品质的研究在板栗[6]、梨[7]、苹果[8]、罗汉果[9]、李[10]等树种上均有大量报道，而在锥栗上仅张旭辉等[11]做过初步研究。正确选择亲本是开展杂交育种工作的前提条件和关键因素，亲本选配得当，后代易出现大量的理想变异类型，进而创新种质和培育优良新品种[12]。本研究以浙南地区7个锥栗主栽品种、无性系为材料，通过开展自花授粉、自然授粉和人工杂交授粉(包括正反交)3种方式授粉试验，对不同组合的坐果率、果实性状等进行遗传变异分析，初步筛选锥栗最佳亲本及杂交授粉组合配置，以期为合理进行锥栗亲本选配、新种质创制以及高效生产栽培提供理论依据和指导。

1 材料与方法

1.1 供试材料

试验地设在庆元县黄坛锥栗园区，海拔450 m，土壤为沙壤土，肥力中等，锥栗种植于2004年春季(采用实生苗种植1年后嫁接不同品种、无性系，随机区组设计)，栽植密度4 m×4 m，田间管理条件较好。

以浙南地区7个锥栗主栽品种、无性系为供试材料(杂交亲本)，其中YLZ 24号(以下简称24号)、YLZ 25号(以下简称25号)、YLZ 26号(以下简称26号)为浙江省审定良种，1号、14号、15号、21号为锥栗优良无性系。每个品种、无性系选择15～20株生长发育良好、结果盛期大树用于人工控制授粉试验。授粉试验于2013—2015年每年5～6月份进行，连续开展3年。

1.2 试验方法

1.2.1 花粉收集

雄花长出至散粉前，每个锥栗品种、无性系选择花期较为一致、花量较大的大树3株以上，采用白色透明硫酸纸袋对其雄花穗条进行套袋，待花粉成熟后带袋采摘，带回实验室收集花粉，花粉阴干后装入带盖玻璃小瓶或硫酸纸袋包紧放置于盛有硅胶的干燥器中，4～6 ℃低温保存。

1.2.2 授粉方式

采用自花授粉、自然授粉、人工杂交授粉3种授粉方式。

自花授粉。每个锥栗品种、无性系选择花期较为一致、花量较大的大树3株以上，于雌花长出至开放前，摘除雌花枝上的雄花序，采用白色透明硫酸纸袋对雌花进行套袋，每株套袋30个以上。待雌花开放1～2 d后，即柱头较大幅度分叉且出现大量黏液时，打开纸袋，迅速用人工收集的同一品种或无性系雄花粉授于雌花柱头上，授粉完成后继续套袋，挂牌标记并记录授粉花数，约7～10 d雌花柱头枯萎后，及时去除纸袋。

自然授粉。每个锥栗品种、无性系选择花期较为一致、花量较大的大树3株以上，于雌花长出至开放前，仅对雌花枝进行挂牌标记和记录雌花数，不作套袋处理，每株挂牌标记雌花枝30个以上，让其接受自然授粉。

杂交授粉。利用7个锥栗品种、无性系共设置杂交组合22个，包括正反交，每个组合母本选择花期较为一致、花量较大的大树3株以上，每株雌花枝套袋30个以上，套袋方法等与自花授粉相同，待母本雌花开放1～2 d后采用父本花粉对其进行充分授粉，授粉完成后继续套袋，挂牌标记并记录授粉花数。

1.2.3 性状调查

坐果数、空苞数调查。于每年8月份对不同方式授粉试验挂牌标记的结果枝进行调查，统计每个结果枝上的坐果数、空苞数，根据连续3年的调查数据，计算平均坐果率和空苞率。

杂交果实性状测定。待杂交栗果成熟时，分批采集挂牌标记的所有栗苞，带回实验室测量栗苞总质量、坚果质量、坚果横径、坚果纵径等指标。

1.3 统计分析

利用SPSS 19.0统计软件，采用单因素方差分析和双因素交互作用方差分析方法对统计数据进行分析。

2 结果与分析

2.1 锥栗自花授粉的坐果及果实性状

由表1可知，7个锥栗品种、无性系自花授粉平均坐果率仅6.1%，空苞发生率高达79.8%，其中1号、15号、25号、26号坐果率均低于平均值，24号坐果率最高，也仅有11.9%，表明锥栗自花授粉坐果率极低。部分锥栗品种、无性系间栗苞质量和坚果质量差异显著，其中21号栗苞质量和坚果质量均最大，分别为40.43和13.64 g，显著大于其他品系。不同品种、无性系坚果形状亦有较大差异，其中15号、1号、24号坚果果形指数均在1.20以上，坚果呈长圆锥形，14号坚果果形指数为0.91，坚果呈扁圆形。

表1 锥栗自花授粉的坐果及果实性状情况

注：同列无相同字母表示差异显著 (P<0.05)，表2～4同。

2.2 锥栗自然授粉的坐果及果实性状

锥栗自然授粉坐果情况及果实性状见表2。锥栗在自然授粉状态下，坐果率相对较高且空苞率低，7个品种、无性系平均坐果率比自花授粉提高32.0%，空苞率降低65.2%，说明锥栗可能存在一定的自交不亲和性。各品系坐果率变幅为17.1%～56.8%，不同品系间差异明显，其中15号、21号坐果率明显高于其他品系，其值分别为56.8%、49.1%，其次为26号、14号，均在40%以上；空苞率除1号相对较高外(29.7%)，其他品系均低于16.7%，其中15号、21号仅为7.1%、8.6%，坐果性能良好。不同品种、无性系栗苞质量和坚果质量存在差异，其中21号栗苞质量和坚果质量依然最大，显著大于其他品系，其次为24号，15号最小；相比于自花授粉方式，自然授粉状态下1号栗苞和坚果明显变小，而果形也由长圆锥形变成短圆锥形甚至近圆形，其他品系亦有变化，但总体变化不显著。

表2 锥栗自然授粉的坐果及果实性状情况

2.3 父本对锥栗坐果和果实性状的影响

不同品种授粉后，父本花粉当年内直接影响其种子或果实的形状、大小、颜色、风味及内在成分含量发生变异的现象，称之为花粉直感[13]。为研究锥栗花粉直感现象，采用人工控制杂交授粉方式，利用不同父本的锥栗花粉对同一母本进行授粉。

由表3可知，1号分别授以21号、15号、24号、25号花粉后，以15号作父本的坐果率最高，25号作父本的栗苞和坚果质量最大，显著大于以1号作母本的其他组合；24号授以不同父本花粉后，坐果率以24号×15号组合最高，而栗苞和坚果质量则以24号×21号组合最大，显著大于以24号作母本的其他组合，表明锥栗在杂交坐果率和果实质量方面表现出明显的花粉直感效应。同时，不同组合间坐果率及果实性状存在差异，其中21号×15号组合坐果率最高，达52.6%；其次为26号×15号组合，而1号×21号坐果率最低，仅有11.0%；栗苞质量和坚果质量以21号×15号、21号×25号2个组合较大，其次为1号×25号、24号×21号、24号×25号等3个组合，26号×14号、26号×15号2个组合较小；果形指数以24号×1号组合最大，达1.36；其次为24号×14号组合。而以24号作母本的5个组合果形指数均较大，其坚果均呈长圆锥形，以1号作母本的4个组合果形指数均较小，其坚果近圆形。

表3 同一母本不同父本杂交组合的坐果及果实性状变异

2.4 母本对锥栗坐果和果实性状的影响

为系统研究锥栗父母本对杂交坐果和果实性状的影响，同样采用人工控制杂交授粉方式，利用同一父本的锥栗花粉对不同母本进行授粉。

由表4可知，同一父本不同母本杂交组合间坐果率存在差异，如以1号作父本的4个组合中，21号×1号组合的坐果率显著低于其他3个组合；4个组合的栗苞性状和果形指数亦存在差异，其中24号×1号组合的果形指数显著大于其他组合，坚果呈长圆锥形，而栗苞质量和坚果质量差异不显著；以24号作父本的3个组合坐果率差异明显，栗苞形状不尽相同，果形指数差异显著，而坚果质量无显著差异，表明锥栗母本对杂交坐果率和果实外观影响较大，而对杂交果实大小、质量等影响较小。

不同组合间坐果率和果实性状存在显著差异，其中坐果率以15号×21号组合最高，达44.7%；其次为26×14号组合，而21号×1号组合最低，仅有11.2%；栗苞质量和坚果质量则以25号×21号组合最大，其次为以24号作父本的3个组合，而以14号作父、母本的3个组合较小。

2.5 正反交组合坐果及果实性状的比较

表5列出了本试验中8组正反交组合坐果率和果实性状部分数据。经比较分析发现，1号×24号、1号×25号、21号×15号3个正交组合的坐果率、栗苞及坚果质量与其反交组合均存在较大差异，24号×15号正交组合的栗苞质量、坚果质量与其反交组合差异较大，其余组合正反交差异不显著。值得注意的是，21号×15号、21号×25号、24号×15号3个组合无论是正交还是反交，其坐果率、栗苞质量和坚果质量均有着不错的表现，其中21号×15号正交组合坐果率达52.6%，反交组合坐果率达44.7%，在所有22个杂交组合中坐果率均最高；21号×25号正交组合坚果质量为13.05 g，反交组合坚果质量为13.16 g，在所有22个杂交组合中坚果质量最大。

表4 同父本不同母本杂交组合的坐果及果实性状变异

表5 正反交组合的坐果率及果实性状比较

2.6 锥栗杂交坐果率及果实性状的双因素方差分析

设定不同杂交组合和不同年份分别为因素A和B，对本试验中22个杂交组合3年的坐果率、果实性状数据进行双因素方差分析。

从表6中可以看出，不同杂交组合和两因素的交互作用对坐果率、栗苞质量、坚果质量和果形指数均有着极显著影响，而不同年份对这些指标均无显著影响。由此说明，锥栗杂交坐果率及果实性状主要受其父母本及杂交组合配置影响，且表现出较稳定的遗传性。

表6 锥栗杂交坐果率及果实性状双因素的方差分析

注：**表示差异极显著(P<0.01)。

2.7 亲本选配的初步研究

本研究以浙南地区7个锥栗主栽品种、无性系为材料，采用自花授粉、自然授粉以及人工杂交授粉3种授粉方式，围绕坐果率、果实性状等重要指标进行分析，拟筛选出锥栗最佳亲本及杂交组合配置，通过连续3年的试验，得出了初步研究结果。21号、24号无论在自花授粉还是自然授粉状态下，其坐果率和果实性状均有优异表现，其中21号坚果质量均达到13 g以上，属大果型无性系，自然授粉坐果率达到49.1%；24号自花授粉坐果率最高(11.9%)，且其坚果质量仅次于21号，在11 g以上；15号自然授粉坐果率在所有品系中最高，达56.8%。3个锥栗品系各具优势，因此，开展锥栗杂交育种试验时可优先选择15号、21号、24号作为杂交亲本。

在22个杂交组合中，21号×15号组合坐果率高达52.6%，其栗苞质量和坚果质量分别为37.66和12.74 g，在所有杂交组合中有着显著优势，且其反交组合15号×21号坐果率亦高达44.7%；21号×25号组合无论正交还是反交，其坚果质量均为最大，分别达到13.05 g和13.16 g，坐果率亦有着不错的表现，均在34%以上；其余组合中，1号×25号、24号×25号、15号×24号、21号×24号、25号×24号等5个组合杂交坚果平均质量均在12 g以上，大果优势明显；24号×15号、26号×14号、26号×15号、15号×24号、25号×14号、26号×14号等6个组合坐果率均在30%以上，属于杂交易坐果组合。综上，初步筛选出21号×15号、21号×25号、15号×24号等3个锥栗最佳授粉组合。

3 小结与讨论

锥栗自交不亲和，属典型异花授粉树种[11]。本研究中，锥栗自花授粉坐果率极低，7个锥栗品种、无性系平均坐果率仅6.1%，空苞发生率高达79.8%，而其自然授粉平均坐果率较自花授粉提高了32.0%，空苞率降低了65.2%，且任一个品种、无性系自然授粉坐果率较自花授粉均有大幅度的提高，空苞发生率大幅度降低，充分印证了锥栗存在一定的自交不亲和性，因此在锥栗生产栽培中必须配置适量的授粉品种。

生产中大部分果树类型、品种存在花粉直感现象，研究花粉直感现象对果树生产有着重要的现实意义，能为生产上选择合适的授粉树品种、改良果实内外品质以及提高产量和经济效益等提供理论依据。齐秀娟等[14]选用4种花粉对3个猕猴桃品种进行人工授粉表明，猕猴桃的单果质量、横径、纵径、果形指数及果实形状等表现出明显的花粉直感效应；沙海峰等[15]对京白梨的花粉直感现象研究表明，不同授粉品种组合的花粉直感效应对京白梨果实重量有显著影响，且大部分组合表现为正向效应；此外，在桂味荔枝[16]、黑宝石李[10]、苹果[8]等树种的花粉直感效应研究中发现，授粉品种果实大小正向影响母本果实质量，选用大果型品种进行授粉能显著提高单果质量；张静茹等[10]研究表明，花粉直感对黑宝石李坐果率亦表现出明显的效应。本研究中，锥栗在杂交坐果率和果实质量方面表现出明显的花粉直感效应，如15号自然授粉坐果率在7个锥栗品系中最高，达56.8%，采用15号花粉对1号、21号、26号进行授粉，3个品系杂交坐果率明显提高；21号、24号为大、中果型无性系，采用21号、24号花粉分别对15号、25号进行授粉，2个品系栗苞质量和坚果质量大幅提高。

在锥栗生产栽培中，栗农为追求产量和效益，通常只选择高产优质品种种植，而忽略了授粉品种配置或授粉品种配置不当，导致大面积锥栗坐果率低下、空苞发生率高，产量和效益均不理想，取得适得其反的效果。因此，为改变这种现状，本研究以浙南地区7个锥栗主栽品种、优良无性系为材料，通过开展自花授粉、自然授粉和人工杂交授粉3种方式授粉试验，系统研究不同授粉方式、不同授粉组合对锥栗坐果率和果实性状的影响，初步筛选出坐果率高的15号、大果型的21号以及中大果型的24号等3个优良亲本，以及21号×15号、21号×25号、15号×24号等3个锥栗最佳授粉组合，为锥栗合理进行授粉品种配置和高效生产栽培提供理论依据和指导。

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