石竹属植物染色体倍性、花粉活力及种间杂交结实率研究

赵丹丹，马璐琳，瞿素萍，阮继伟，卢珍红，苏 艳*，周旭红

(1. 云南省农业科学院农业经济与信息研究所，云南 昆明 650205；2. 云南省农业科学院花卉研究所/国家观赏园艺工程技术研究中心， 云南 昆明 650205；3. 云南集创园艺科技有限公司，云南 晋宁 650600)

【研究意义】香石竹别名康乃馨、麝香石竹，属石竹科的石竹属，为多年生宿根草本植物，香石竹(Dianthuscaryophyllus)是著名的“母亲节”之花，代表慈祥、温馨、真挚、不求代价的母爱。香石竹产花量大，栽培的经济效益较高，在当前农业结构调整中，因地制宜，根据市场经济的发展规律，发展香石竹种苗业和切花业，是一个农业持续高效、农民致富的好途径[1]。【前人研究进展】石竹属(DianthusL.)为1年生、2年生或多年生草本。全球有238余种，广布于北温带，主要分布于欧亚大陆，尤其是地中海地区，少数产北美和北非[2]。据《中国植物志》记载，中国石竹属有17个种、1个亚种、9个变种，多分布于北方草原和山区草地，大多生长于干燥向阳处，有些种生长于林缘或林下、荒漠及半荒漠，新疆是中国本属植物的分布和分化中心[3-5]。前人研究多集中在香石竹、须孢石竹和常夏石竹等的种间杂交育种上，对中国的野生资源中国石竹和瞿麦的种间杂交研究较少[2]。【本研究切入点】石竹新品种大多由国外的育种公司培育，国内育种公司如采用国外的品种为父母本进行杂交，后代选育的品种在花型和花色上与国外公司的品种相比变化不大，缺乏强有力的市场竞争能力。【拟解决的关键问题】利用中国现有的石竹属野生种质资源，开展对石竹属植物染色体倍性、花粉活力及杂交组合的亲合性研究，对石竹新品种培育和推进产业持续健康发展，具有积极的重要意义。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于2016年8月在云南省农业科学院花卉研究所宝峰基地进行，选用石竹属的5个种进行实验，它们分别是香石竹(Dianthuscaryophyllus)、瞿麦(Dianthussuperbus)、中国石竹(Dianthuschinensis)、须孢石竹(Dianthusbarbatus)和常夏石竹(Dianthusplumarius)，其中香石竹供试品种有大花香石竹‘Nogalte’, 多头香石竹‘D.P Barbara’、‘Thomas’、‘Red Barbara’、‘NH6’(单瓣中间材料)、‘NH10’(单瓣中间材料)和盆栽香石竹‘冬梅’； 须孢石竹供试品种有头石竹(Dianthusbarbatusvar.asiaticusNakai)和须孢石竹(Dianthusbarbatus)，头石竹为须孢石竹的一个变种。

1.2 试验方法

1.2.1 染色体观察 0.0005 mol/L 8-羟基喹啉液处理0.1～0.5 cm根尖24 h，预处理后用卡诺氏I固定液固定2～24 h，用蒸馏水清洗3次，再转入70 %酒精保存并放于4 ℃冰箱中。取出保存的材料，将材料置于1 mol/L盐酸中，在室温条件下酸解20 min。处理后将材料清洗3次，用卡宝品红染色30 min，统计其染色体的数目。

1.2.2 花粉活力测定 采用醋酸洋红染色测定法。取石竹属植物3朵花，将每朵花的花粉置于载玻片上，加2滴1 %醋酸洋红溶液，混匀，盖上盖玻片，在显微镜下观察。共统计花粉1500粒以上，计算花粉的活力。花粉活力百分数(%) =(着色花粉数 / 观察花粉数)× 100。

1.2.3 杂交结实情况 选取石竹属不同的种进行种间杂交，选定的母本在花朵开放前的1～2 d去雄，对去雄的柱头进行套袋。待柱头卷曲且长有绒毛时，在柱头上授以新鲜的花粉，不同杂交组合各授粉50朵花。授粉后立即套袋，并在标记牌上记录。授粉10 d左右去袋，观察结实情况。膨大率(%)=(膨大花朵数 / 授粉花朵数) × 100 ，结实率(%)=(结实花朵数 / 授粉花朵总数)× 100，每果种子数(亲合指数) = 收获种子数 / 授粉花朵总数。

2 结果与分析

2.1 石竹属植物染色体倍性测定

采用常规压片法对石竹属植物进行染色体倍性鉴定，发现绝大多数石竹属植物为二倍体(2n = 2x = 30)，其中包括大花香石竹‘Nogalte’、多头香石竹‘D.P Barbara’、‘Thomas’、‘Red Barbara’、‘NH6’、‘NH10’和盆栽香石竹‘冬梅’、石竹属的瞿麦、中国石竹、头石竹和须孢石竹(图1 A～V)，而常夏石竹为六倍体(2n = 6x = 90)(图1 W和图1 X)。

2.2 花粉活力测定

测定香石竹的7个品种(‘Nogalte’、‘D.P Barbara’、‘Thomas’、‘Red Barbara’、‘NH6’、‘NH10’、‘冬梅’)、瞿麦、中国石竹、须孢石竹的2个品种(头石竹、须孢石竹)和常夏石竹的花粉活力(表1)，发现上述石竹属植物花粉活力较高，为69.17 %～94.97 %，其中花粉活力最高的是单瓣中间材料‘NH10’，为94.97 %，其次是常夏石竹，为93.34 %，再次是‘Thomas’，为92.1 %，最低的是香石竹多头品种‘Red Barbara’，为69.17 %。

2.3 杂交结实情况

不同石竹种间杂交座果率和每果种子数各不相同，高的组合座果率达100 %，低的组合座果率为0 %；每果种子数在0 ～ 42.64颗。其中‘瞿麦’ב石竹’种间杂交组合座果率和每果种子数最高，其次是‘头石竹’ב中国石竹’种间杂交组合，再次是‘瞿麦’בRed Barbara’ 种间杂交组合，最低是为‘D.P Barbara’ב中国石竹’和‘Nogalte’ב瞿麦’，种间杂交组合座果率为0 %，每果种子数为0。除了D.P Barbara’ב中国石竹’、‘Nogalte’ב瞿麦’和‘瞿麦’בD.P Barbara’ 种间杂交组合每果种子数小于1以外，其余种间杂交组合每果种子数大于1颗，种间杂交具有亲合性。常夏石竹为六倍体，而须孢石竹和中国石竹为二倍体，‘常夏石竹’ב须孢石竹’和‘常夏石竹’ב中国石竹’座果率分别为36 %和48 %，每果种子数分别为1.72颗和2.06颗，不同倍性石竹种间杂交也具有一定的亲合性。

A：‘Nogalte’；B：‘Nogalte’染色体 (2n = 2x = 30) ； C：‘D.P Barbara’； D：‘D.P Barbara’染色体 (2n = 2x = 30)； E：‘Thomas’； F：‘Thomas’染色体 (2n = 2x = 30)； G：‘Red Barbara’； H：‘Red Barbara’染色体 (2n = 2x = 30)； I：‘NH6’； J：‘NH6’染色体 (2n = 2x = 30)； K：‘NH10’； L：‘NH10’染色体 (2n = 2x = 30)； M：‘冬梅’； N：‘冬梅’染色体 (2n = 2x = 30)； O：瞿麦； P：瞿麦染色体 (2n = 2x = 30)； Q：中国石竹； R：中国石竹染色体 (2n = 2x = 30)； S：头石竹； T：头石竹染色体 (2n = 2x = 30)； U：须孢石竹； V：须孢石竹染色体 (2n = 2x = 30)； W：常夏石竹； X：常夏石竹染色体 (2n = 6x = 90)A: Flower of ‘Nogalte’; B: Chromosome of ‘Nogalte’ (2n = 2x = 30); C: Flower of ‘D.P Barbara’; D: Chromosome of ‘D.P Barbara’ (2n = 2x = 30); E: Flower of ‘Thomas’; F: Chromosome of ‘Thomas’ (2n = 2x = 30); G: Flower of ‘Red Barbara’; H: Chromosome of ‘Red Barbara’ (2n = 2x = 30); I : Flower of ‘NH6’; J: Chromosome of ‘NH6’ (2n = 2x = 30); K: Flower of ‘NH10’; L: Chromosome of ‘NH10’ (2n = 2x = 30); M: Flower of ‘DongMei’; N: Chromosome of ‘DongMei’(2n = 2x = 30); O: Flower of Dianthus superbus; P: Chromosome of Dianthus superbus (2n = 2x = 30); Q: Flower of Dianthus chinensis; R: Chromosome of Dianthus chinensis (2n = 2x = 30); S: Flower of Dianthus barbatus var. asiaticus Nakai; T: Chromosome of Dianthus barbatus var. asiaticus Nakai (2n = 2x = 30); U: Flower of Dianthus barbatus; V: Chromosome of Dianthus barbatus (2n = 2x = 30); W: Flower of Dianthus plumarius; X: Chromosome of Dianthus plumarius (2n = 6x = 90)图1 石竹属植物的花和染色体数量Fig.1 The flowers and number of chromosomes of Dianthus species

表1 石竹属植物的花粉活力Table 1 Pollen vitality of Dianthus species

表2 石竹属杂交授粉试验座果率与每果种子数Table 2 The percentage of fertile fruit and seed number per fruit of Dianthus species

3 讨 论

Andersson-Kottö和 Gairdner对石竹属种间杂交进行研究[2]，发现‘常夏石竹’ב须孢石竹’杂交可收到少量的种子，‘须孢石竹’ב香石竹’杂交具有一定的亲合性，而反交‘香石竹’× ‘须孢石竹’杂交不亲合，但对瞿麦为亲本的杂交组合没有进行研究。本项目以瞿麦做为母本进行种间杂交，发现杂交具有亲合性，且‘瞿麦’ב中国石竹’种间杂交组合亲合性最高。以瞿麦做为父本，‘须孢石竹’ב瞿麦’亲合指数为1.68，‘中国石竹’ב瞿麦’亲合指数为1.76；而以瞿麦做母本，‘瞿麦’ב须孢石竹’亲合指数为3.2； ‘瞿麦’ב中国石竹’亲合指数为42.64，由此可见，瞿麦在种间杂交中适合作母本。头石竹为须孢石竹的变种，‘头石竹’ב须孢石竹’亲合指数小于‘须孢石竹’ב头石竹’，可采用‘须孢石竹’ב头石竹’杂交组合进行新品种培育。

杂交亲本的基因型也是影响亲和力大小的重要因素[6]。试验中瞿麦为母本， 香石竹‘D.P Barbara’、‘ Thomas’、‘ Red Barbara’、‘ NH6’、‘ NH10’和‘冬梅’为父本进行杂交，杂交亲合指数分别为0.9、3.22、2.94、13.0、2.14 和2.48瞿麦和‘NH6’杂交亲和性最高，瞿麦和‘D.P Barbara’杂交亲和性最低。

染色体倍性和物种间亲缘关系远近直接影响杂交亲和性[7-8]。‘D.P Barbara’ב中国石竹’杂交不亲合，‘头石竹’ב中国石竹’杂交亲合性较高，本试验中头石竹和中国石竹属于同一分组[4]，可能是因为物种的亲缘关系较近，导致其杂交亲合性高。试验中瞿麦和中国石竹的亲缘关系虽相对较远[4]，但杂交亲合性却很高，推测亦可能有其它因素决定着其杂交亲和性。

本项目采用常规压片法检测石竹属植物的倍性，除常夏石竹为六倍体外其余4个种的植物都为二倍体，这与前人的研究成果一致[9]。种间杂交发现倍性差异较大的‘常夏石竹’ב须孢石竹’和‘常夏石竹’ב中国石竹’杂交可以结籽，具有亲合性。而在菊花的杂交育种研究中，低倍性与高倍性(如二倍体与四倍体、六倍体)间倍性差异较大，种间杂交未能结籽[10]。本研究与其它属的不同倍性杂交组合的亲和性结果不一致，可能石竹属杂交亲和性不单纯与物种间的倍性及遗传距离相关，杂交不亲和机理相当复杂，还有待于进一步深入研究。

4 结 论

石竹属植物中大多数为二倍体，包括大花香石竹‘Nogalte’、多头香石竹‘D.P Barbara’、‘Thomas’、‘Red Barbara’、‘NH6’、‘NH10’和盆栽香石竹‘冬梅’、瞿麦、中国石竹、头石竹和须孢石竹，而常夏石竹为六倍体；石竹属植物花粉活力较高，在69.17 % ～ 94.97 %；在石竹种间杂交中，瞿麦适合作母本，采用‘须孢石竹’ב头石竹’杂交组合结实率高，六倍体常夏石竹做母本与二倍体须孢石竹和中国石竹杂交具有一定的亲和性。