铁皮石斛与霍山石斛杂交后代性状分析

摘  要：为选择杂交后代优良株系，对铁皮石斛（Dendrobium officinale）、霍山石斛（Dendrobium huoshanense）及其雜交F1代株系的组培苗及栽培苗生长量、表型性状及多糖含量进行测定和分析。结果表明：各株系的组培生长量差异显著，变幅为0.15～0.69 g，超亲株系占75.00%，移栽生长量变幅为0.03～0.44 g，超亲株系占75.00%;组培苗8个表型性状表现为超亲，占总考察性状的88.89%;栽培苗4个表型性状表现为超亲，占总考察性状的44.44%，各株系多糖含量与亲本差异显著，7个株系的多糖含量表现为超亲，占总考察株系的87.50%。可见，利用铁皮石斛与霍山石斛杂交是改良石斛产量与品质的有效途径之一。

关键词：铁皮石斛;霍山石斛;杂交;表型性状;多糖

中图分类号：S567      文献标识码：A

Abstract： To select the best hybrid lines， the growth， phenotypic traits and polysaccharide content of Dendrobium officinale， Dendrobium huoshanense and their F1 hybrid lines were determined and analyzed. The growth of tissue culture was significantly different in each line， in the range 0.15-0.69 g， superior to their parental strains accounting for 75.00%. The growth of the transplanting seedlings was ranged for 0.03-0.44 g， superior to their parental strains， accounting for 75.00%. Eight phenotypic traits of the tissue culture seedlings showed superior to their parents， accounting for 88.89% of the total investigation. In the transplanting seedlings， four phenotypic traits of the cultivated seedlings showed superior to their parents， accounting for 44.44% of the total investigation. The content of polysaccharides in each line was significantly different from that of their parents. The content of polysaccharides in seven lines was superior to their parents， accounting for 87.50% of the total lines studied. In summary， interspecific hybridization is one of the effective ways to improve the output and quality of Dendrobium.

Keywords： Dendrobium officinale; Dendrobium huoshanense; hybridization; phenotypic character; polysaccharide

DOI： 10.3969/j.issn.1000-2561.2020.08.010

中药石斛为石斛属多种药用植物的总称，为我国传统名贵中药，具有滋阴清热、益胃生津、润肺止咳及清音明目等功效。我国原产石斛属植物74种和2变种中，作为药用石斛的就超过40多种[1-2]。霍山石斛（Dendrobium houshanense）因其药用历史悠久、品质上乘[3-4]，被认为是石斛中的极品，但由于本种野生资源稀少、植株矮小、生长缓慢、人工栽培难度大，难以进行大规模产业化推广[5]，因此对霍山石斛进行改良具有重大的产业价值。铁皮石斛（Dendrobium officinale）是药用栽培最为广泛的品种之一，与霍山石斛有较近的亲缘关系[6]，相对霍山石斛，铁皮石斛具有环境适应性强、生长迅速、生物产量大、规模化栽培成熟等优点，但由于产业规模扩大过快，品质参差不齐，铁皮石斛单价逐年下跌，因此对铁皮石斛进行品质改良是铁皮石斛产业研究的重点之一[7]。

有性杂交是品种改良的有效途径之一，杂交亲本的遗传多样性是有性杂交实施的基础，利用不同亲本进行杂交可以得到较为丰富的F1代分离群体，筛选优良种质[8]。石斛属植物为兰科附生兰类，普遍存在生长缓慢、对环境敏感，自然状态下种子萌发率低的特点[9-10]，加上近年来破坏性采集严重，野生石斛资源已较为罕见。特别是霍山石斛，其分布地域窄，仅见于安徽及河南少部分地区[11]，种群遗传多样性指数处于极低水平[12]，这些特性使得霍山石斛进行种内杂交的有效性大大降低。利用种间杂交可使不同物种优良特性重组，扩大遗传变异，从而创造新的种质。研究表明石斛属植物种内和种间杂交的亲和力均较高，可进行广泛的杂交[13-18]。此前，本课题组进行了大量的药用石斛种间杂交试验[19-20]，获得了霍山石斛与铁皮石斛正反交组合的无菌萌发植株，并利用SSR分子标记对霍山石斛和铁皮石斛正反交后代进行了杂种鉴定[21]，对已鉴定为阳性的真杂种进行了单株组培快繁，形成性状一致的单株克隆株系。本试验随机选取8个株系，对其及亲本的组培生长量、栽培生长量、植株表型性状、品质性状及多糖含量进行测定和分析，以期筛选出优于父母本的新种质，为药用石斛属植物的品种改良提供理论依据和技术参考。

1  材料与方法

1.1  材料

以鐵皮石斛为母本，霍山石斛为父本，杂交F1代株系中随机选取8份（TH29、TH31、TH25、TH9、TH23、TH7、TH32、TH13）以及2个亲本，共10份为供试材料，所有材料均保存于三明市农业科学研究院药用植物研究所实验室及种质资源圃。

1.2  方法

1.2.1  生长量的测定  以铁皮石斛、霍山石斛及其杂交F1代株系的无菌苗为材料，剪成单节茎段，接种于培养基1/2MS+6-BA 2 mg/L+NAA 0.2 mg/L+香蕉泥50 g/L+糖30 g/L+AC 1 g/L中，每种材料接种5瓶，每瓶20个茎段，3个生物学重复。接种4个月后统计组培苗的生长量，移栽6个月后统计移栽苗生长量。生长量（g）=处理后的重量处理前的重量。

1.2.2  组培苗、移栽苗植株形态分析  组培苗植株形态测定：茎段接种4个月后，每份材料随机选取组培苗10株，对组培苗的株高、叶数、叶长、叶宽（从下至上第3片叶）、根数、根长（最长根）、单株鲜重、叶幅、茎粗进行观测，3个生物学重复。

移栽苗植株形态测定：组培苗移栽6个月后，每份材料随机选取10株，对移栽苗的株高、叶数、叶长、叶宽（从下至上第3片叶）、根数、根长（最长根）、单株鲜重、叶幅、茎粗进行观测，3个生物学重复。

组培苗和移栽苗的部分性状测定参照《石斛兰种质资源描述规范和数据质量控制规范》[22]进行。

统计各性状的杂种指数HI（hybrid index）[23]：HI=100×（Hi–Mi1）/（Mi2–Mi1）。其中，Hi为杂交种平均值，Mi1为母本平均值，Mi2为父本平均值。HI介于45与55之间属中间性状，HI<45为偏母本性状，HI >55为偏父本性状，HI >100或HI<0为超亲偏离性状。

1.2.3  移栽苗多糖分析  移栽6个月后，每份材料随机选取10株，剪取地上部，50 ℃烘干，粉碎，参照2015版《中华人民共和国药典》[24]测定多糖含量，3个生物学重复。

1.3  数据处理

采用Excel 2003软件进行数据统计，采用SPSS 19.0软件进行单因素方差分析，采用DPS 7.05进行相关分析。

2  结果与分析

2.1  生长量分析

茎段接种4个月后，组培苗移栽6个月后，统计生长量，结果见表1。从表1可以看出，母本铁皮石斛的组培生长量为0.19 g，父本霍山石斛的组培生长量为0.15 g，8个株系的组培生长量变幅为0.15～0.69 g，平均生长量为0.43 g，6个株系的生长量高于亲本，且HI<0，占75.00%，TH23、TH9与亲本差异显著。

母本铁皮石斛栽培生长量为0.06 g，父本霍山石斛栽培生长量为0.04 g，各株系的移栽生长量变幅为0.03～0.44 g，平均生长量为0.16 g，6个株系的移栽生长量高于亲本，占75.00%，TH7与亲本的差异显著。

2.2  组培苗表型性状差异及杂种指数分析

茎段接种后，节间萌出新芽，4个月对再生苗（图1）表型性状进行测定，计算各株系的杂种指数，其结果见表2。

2.2.1  株高  8个杂交F1代株系的株高高于亲本，与亲本差异显著或极显著，HI<0，表现为超亲。

2.2.2  叶数  6个杂交F1代株系的叶片数低于亲本，TH9与亲本差异显著，2个杂交F1代株系介于两亲本之间。

2.2.3  叶长  8个杂交F1代株系高于亲本，HI<0，表现为超亲，7个株系与亲本差异显著或极显著。

2.2.4  叶宽  8个杂交F1代株系高于亲本，HI<0，表现为超亲，7个株系与亲本差异显著或极显著。

2.2.5  根数  7个杂交F1代株系高于亲本，HI<0，表现为超亲，占87.50 %，2个株系与亲本的差异显著或极显著。

2.2.6  根长  8个杂交F1代株系高于亲本，HI<0，表现为超亲，2个株系与亲本差异显著。

2.2.7  鲜重  6个杂交F1代株系高于亲本，5个株系的HI<0，表现为超亲，占62.50%。

2.2.8  冠幅  8个杂交F1代株系高于亲本，HI>100，表现为超亲，5个株系与亲本差异显著或极显著。

2.2.9  茎粗  4个杂交F1代株系高于亲本，HI<0，表现为超亲，占50.00%。

从杂种指数平均值看，9个表型性状中，8个表型性状株高、叶数、叶长、叶宽、根数、根长、鲜重和冠幅的HI>100或HI<0，为超亲偏离性状，占88.89%。

2.3  组培苗表型性状相关分析

F1代及亲本组培苗表型性状相关分析结果见表3。可见，株高与叶长、叶宽、冠幅、根长、鲜重呈极显著或显著正相关;叶片数与叶长呈极显著负相关;叶长与叶宽、冠幅、根长呈极显著或显著正相关;叶宽与根长、鲜重、冠幅呈极显著或显著正相关;根数与鲜重呈显著正相关;鲜重与株高、叶宽、根数、茎粗呈显著正相关;冠幅与株高、叶长、叶宽呈极显著或显著正相关。

2.4  移栽苗植株表型性状及杂种指数分析

组培苗移栽6个月后（图2），各株系及亲本表型性状测定及杂种指数分析结果见表4。

2.4.1  株高  2个杂交F1代株系高于亲本，HI<0，表现为超亲，占25.00%。

2.4.2  叶数  TH32高于亲本，HI<0，表现为超亲，占12.50%。

2.4.3  叶长  8个杂交F1代株系高于亲本，HI<0，表现为超亲。

2.4.4  叶宽  8个杂交F1代株系高于亲本，HI<0，表现为超亲，TH23与亲本差异显著。

2.4.5  根数  TH25高于亲本，HI<0，表现为超亲，占12.50%。

2.4.6  根长  8个杂交F1代株系高于亲本，HI<0，表现为超亲，TH25、TH7与亲本的差异显著。

2.4.7  鲜重  6个杂交F1代株系高于亲本，HI<0，表现为超亲，占75.00%。

2.4.8  冠幅  8个杂交F1代株系高于亲本，HI<0，表现为超亲。

2.4.9  茎粗  4个杂交F1代株系高于亲本，HI<0，表现为超亲，占50.00%。

从杂种指数平均值看，9个表型性状中叶长、根长、鲜重、冠幅4个性状的HI<0，表现为超亲，占44.44%。

2.5  移栽苗多糖含量分析

本研究对移栽6个月的杂交F1代株系及亲本的多糖含量进行测定，结果见表5。从表5可以看出，杂交F1代7个株系多糖含量高于亲本，方差分析结果表明，7个株系与亲本的差异显著或极显著。从杂种指数看，7个株系多糖含量的HI<0，表现为超亲，占87.5%。

2.6  移栽苗性状相关分析

F1代及亲本移栽苗9个表型性状及品质性状多糖含量的相关分析结果见表6。从表6可以看出，株高与叶长、叶宽、鲜重、冠幅、茎粗、叶片数呈显著或极显著正相关;鲜重与株高、叶长、叶宽、根长、冠幅、茎粗呈显著或极显著正相关;多糖含量与其他表型性状相关程度低。

3  讨论

霍山石斛植株矮小，生长缓慢，如何提高其生长量是其重要育种目标之一。虽然利用传统杂交优势改良药用植物品种在药理药效和实证性等方面还有待验证，但利用杂种优势改良品种将是培育药用石斛种质的新趋势。蔡永萍等[25]利用霍山石斛与铜皮石斛进行杂交，发现其F1代生长量介于两亲本之间，高于母本霍山石斛，接近父本铜皮石斛。本研究对铁皮石斛、霍山石斛及其杂交F1代株系的组培苗及栽培苗生长量测定表明，各株系的组培生长量差异显著，最大生长量是母本铁皮石斛的3.63倍，父本霍山石斛的4.60倍，移栽6个月后各株系最大生长量是母本铁皮石斛的7.33倍，父本霍山石斛的11.00倍。铁皮石斛、霍山石斛杂交F1代生长量无论在组培还是栽培阶段均表现明显的超亲优势。而在组培阶段考察的9个表型性状中，8个性状表现为超亲，占总数的88.89%;在栽培苗阶段4个表型性状表现为超亲，占总数的44.44%。相对霍山石斛与铜皮石斛F1代[25]，铁皮石斛与霍山石斛的杂交后代在生长量方面表现更为显著的杂种优势。

多糖是石斛属植物的主要活性成分，具有较高的药用价值，是评价石斛品质的重要指标。王涛等[13]对铁皮石斛、重唇石斛及其F1代石斛碱、石斛多糖含量进行测定发现，杂交F1代有3.00%的单株多糖含量超过两亲本，7.00%的单株多糖含量低于两亲本，90.00%的单株多糖含量介于双亲之间。汪曙等[14， 16]、蔡永萍等[25]对霍山石斛、铜皮石斛杂交种与其亲本多糖含量变化规律研究发现，1年茎多糖含量杂交石斛高于两亲本，2～3年茎多糖含量低于两亲本。本研究对铁皮石斛、霍山石斛及其杂交F1代移栽6个月后的株系多糖含量进行了比较，发现各株系多糖含量差异显著，杂交F1代多糖最高含量分别是母本铁皮石斛的1.96倍，父本霍山石斛的3.24倍，杂交F1代考察的8个株系中，7个株系的多糖含量表现超亲，占87.50%，仅1个株系介于两亲本之间，占12.50%，同霍山石斛与铜皮石斛杂交后代1年茎表现相似，但优于2～3年茎[14， 16， 25]及铁皮石斛与重唇石斛杂交F1代[13]。

与此前石斛种间杂交不同的是[13-14， 16， 25]，本研究是在SSR分子标记筛选石斛种间杂交后代阳性真杂种的基础上[21]，利用组织培养技术培育性状一致的单株克隆株系进行的一系列分析。结果表明，无论在含量还是产量方面，石斛种间杂交后代均存在较大的杂种优势。合理利用石斛种间杂种优势，将有效推动药用石斛产量与品质的发展。

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