油用凤丹的杂交授粉丰产技术研究

李 婷，乔 琦，李剑峰，郭幸飞，侯小改

(河南科技大学 农学院/牡丹学院，河南 洛阳 471023)

牡丹(Paeoniasuffruticosa)系芍药科芍药属多年生落叶灌木[1]，具有极高的观赏价值、药用价值和营养价值，特别是近年来，由于发现其籽油内的微量元素、高浓度脂肪酸和牡丹黄酮对人体健康有益，因此被推荐为新型的有发展前景的木本油料作物[2]，并被广泛应用于保健品、化妆品、饮料和食用油中[3-4]。凤丹(PaeoniaostiiFengdan)作为油用牡丹的主要品种之一，因其在牡丹籽产量和牡丹籽油出油率等方面优于其他牡丹品种，被作为油用牡丹的良种加以推广种植[5]。前人研究结果表明，凤丹属于自交不亲和品种，其果实只能产生很少的种子，产量较低，限制了该新油料作物的发展和普及[6]。为提高凤丹的结实率和产量，立足于洛阳的地域优势，利用不同海拔地区凤丹开花物候的差异，选择早花、中花和晚花等16个较典型的观赏牡丹和嵩县库区乡、洛阳东花园、河南科技大学开元校区及周山校区4个不同地点的凤丹作为父本，通过采集单个品种花粉、混合品种花粉分别与河南科技大学周山校区、嵩县库区乡、洛阳东花园和栾川钓鱼台4个不同地点的凤丹杂交，筛选适合油用凤丹的授粉品种，同时由于牡丹各品种花粉萌发率差异较大且普遍较低[7-8]，花粉管伸长较慢[9]，采用对凤丹花柱头喷施促花粉萌发剂的方法，比较不同促花粉萌发剂的效果，以提高结实率和产量，为实际生产中凤丹的杂交育种及产量提高提供参考。

1 材料和方法

1.1 试验材料与地点

以河南科技大学周山校区(ZSXQ，112°22′ E、34°38′ N,海拔197～215 m)、嵩县库区乡(KQX，112°7′ E、 34°11′ N,海拔369～371 m)、洛阳东花园(DHY，112°40′ E、34°39′ N,海拔119～121 m)和栾川钓鱼台(DYT，111°55′ E、33°47′ N,海拔703～710 m)4个地点的油用凤丹(FD)为母本，父本材料包括4个地点的油用凤丹和16种有代表性的观赏牡丹，其中，凤丹来自河南科技大学开元校区(KYXQ,112°24′ E、34°36′ N,海拔149～151 m)、周山校区、嵩县库区乡和洛阳东花园，观赏牡丹中的14种选自河南科技大学开元校区校园内牡丹花圃，另外2种选自洛阳东花园，包括早花品种[景玉(JY)和蓝月亮(LYL)]、中花品种[日月锦(RYJ)、洛阳红(LYH)、银红巧对(YHQD)、日本皇冠(RBHG)、圣代(SD)、紫袍金带(ZPJD)、乌金耀辉(WJYH)、百园红霞(BYHX)、十八号(SBH)、肉芙蓉(RFR)和二乔(EQ)]、晚花品种[莲鹤(LH)、五大洲(WDZ)和海黄(HH)]，日本皇冠和紫袍金带取自洛阳东花园。海黄为美国牡丹品种，日本皇冠、日月锦和圣代为日本牡丹品种，其余均为中原牡丹。

1.2 试验方法

1.2.1 物候期观察 2018年3—5月分别在河南科技大学开元校区、周山校区、洛阳东花园、嵩县库区乡和栾川钓鱼台观察记录凤丹开花物候期，在河南科技大学开元校区和洛阳东花园每隔1 d观察1次供试观赏牡丹品种的开花情况并记录，确定2019年适合给各地点凤丹授粉的父本品种，授粉的花粉均为当年花粉。

1.2.2 花粉收集 2019年，在父本材料盛花期内，选择天气晴朗时用镊子收集花粉装于有硅胶干燥剂的4 mL离心管中，放入-20 ℃冰箱中贮藏备用。

1.2.3 杂交授粉 利用不同海拔地区凤丹开花物候的差异，在相应地点的凤丹雄蕊成熟前去雄，分别用早花、中花、晚花品种作为父本给凤丹授粉，授粉花朵均为30朵，之后套袋(筛孔尺寸为0.180 mm的尼龙网袋，大小为20 cm×20 cm)，人工随机标记自然状态下的30朵花作为自然对照(CK)。为检验花粉混合授粉是否优于单个品种授粉，分别在洛阳东花园和栾川钓鱼台进行混合授粉试验，随机选择不同品种花粉混合授粉，各品种花粉比例为1∶1，授粉花朵均为30朵，并保证所选花朵的牡丹植株生长状态一致且健康无病。试验结束后统计结实率、百粒质量、共收籽粒数和平均每朵花产量，结实率=结实数/授粉花朵数，平均每朵花产量=籽粒总质量/结实数。

1.2.4 喷施促花粉萌发试剂处理 在洛阳东花园、嵩县库区乡和栾川钓鱼台，于牡丹盛花期选择生长状态一致且健康无病的牡丹植株，对花朵雌蕊进行喷剂处理，分别为蔗糖(150 g/L)、硼酸(0.08 g/L)、蔗糖(150 g/L) +硼酸(0.08 g/L)、蔗糖(150 g/L)+硼酸(0.08 g/L)+PEG-6000(200 g/L)，每处理30朵花，同时，人工随机标记自然状态下的30朵花作为对照(CK)，试验结束后统计结实率、百粒质量、共收籽粒数和平均每朵花产量。

1.3 数据处理

采用Excel 2013和SPSS 20.0处理相关数据和作图。

2 结果与分析

2.1 牡丹开花物候期比较

由表1可知，各地凤丹中开花最早的是开元校区的凤丹，花期为03-27—04-05；开花最晚的是栾川钓鱼台的凤丹，花期为04-17—04-29；花期最长的是洛阳东花园的凤丹，共14 d；凤丹花期最短为10 d。由表2可知，观赏牡丹品种中开花最早的是景玉和蓝月亮，花期为03-27—04-04；开花最晚的是五大洲和海黄，花期为04-12—04-22；花期最长的是海黄，共11 d；花期最短的是二乔，共6 d。根据花期确定适合给周山校区凤丹授粉的品种有14个，其中包括3个地点的凤丹、11个观赏品种；适合给嵩县库区乡凤丹授粉的品种有16个，包括3个地点的凤丹、13个观赏品种；适合给洛阳东花园凤丹授粉的品种有19个，包括3个地点的凤丹、16个其他品种；适合给栾川钓鱼台凤丹授粉的品种有20个，包括4个地点的凤丹、16个其他品种。

表1 2018年各试验地点凤丹的开花物候期

2.2 不同地点牡丹杂交授粉结果比较

2.2.1 周山校区 由图1A可知，周山校区，杂交授粉结实率超过自然对照(CK)且有显著差异的组合有5个，父本分别是凤丹(开元校区)、蓝月亮、银红巧对、乌金耀辉和二乔，其中结实率最高的杂交组合父本是凤丹(开元校区)，达96.67%，是自然对照的1.4倍，结实率最低的杂交组合父本为洛阳红，达40.00%；共收籽粒数超过自然对照的杂交组合有1个，父本为凤丹(开元校区)。由图1B可知，百粒质量显著超过自然对照的杂交组合也仅有1个，父本是景玉品种，该组合百粒质量达35.63 g，父本是洛阳红的杂交组合百粒质量最低，为14.03 g；平均每朵花产量显著超过自然对照的杂交组合父本有凤丹(开元校区)和凤丹(洛阳东花园)，其中父本为凤丹(开元校区)的杂交组合平均每朵花产量最高，达16.21 g，是自然对照的1.8倍，父本为百园红霞的杂交组合平均每朵花产量最低，为1.82 g。综合以上4个指标，适合给周山校区凤丹授粉的优良父本为凤丹(开元校区)。

表2 2018年16种供试观赏牡丹的开花物候期

同一指标不同字母表示差异显著(P<0.05)，下同

2.2.2 嵩县库区乡 由图2A可知，嵩县库区乡，杂交授粉结实率超过自然对照且有显著差异的组合仅有1个，父本为凤丹(周山校区)，该组合结实率达60.00%，是自然对照的1.1倍，结实率最低的杂交组合父本是洛阳红，为10.00%；共收籽粒数超过自然对照且有显著差异的杂交组合有4个，父本分别是凤丹(洛阳东花园)、圣代、日本黄冠和二乔。由图2B可知，百粒质量显著超过自然对照的杂交组合有11个，其中最高的组合父本为日本皇冠，达29.75 g，百粒质量最低的组合父本为洛阳红，仅有12.42 g；平均每朵花产量除父本为凤丹(周山校区)、景玉、 洛阳红和百园红霞的组合外，其他品种作为父本的组合均显著超过自然对照，其中父本为日本皇冠的组合平均每朵花产量最高，达3.47 g，是自然对照的6.1倍，父本为百园红霞的组合平均每朵花产量最低，为0.41 g。综合以上4个指标，适合给嵩县库区乡凤丹授粉的优良父本为凤丹(周山校区)和日本皇冠。

图2 以嵩县库区乡凤丹为母本的授粉结果

2.2.3 洛阳东花园 由图3A可知，洛阳东花园内，杂交授粉结实率显著超过自然对照的组合有4个，父本分别是日月锦、圣代、肉芙蓉和二乔，父本是日月锦的组合结实率最高，达96.67%，是自然对照的1.5倍，父本为莲鹤的组合结实率最低，为40.00%；共收籽粒数显著超过自然对照的组合有2个，父本分别是日月锦和肉芙蓉，其中父本为日月锦的组合共收籽粒数最多。由图3B可知，百粒质量显著超过自然对照的组合有15个，二乔为父本的组合百粒质量最高，达40.71 g，莲鹤为父本的组合百粒质量最低，达18.21 g；平均每朵花产量显著超过自然对照的组合有5个，父本分别是日月锦、洛阳红、肉芙蓉、二乔和莲鹤，其中肉芙蓉为父本的组合最高，达9.01 g，是自然对照的1.5倍，蓝月亮为父本的组合最低，为2.25 g。综合以上4个指标，适合给洛阳东花园凤丹授粉的优良父本为日月锦和肉芙蓉。

图3 以洛阳东花园凤丹为母本的授粉结果

2.2.4 栾川钓鱼台 由图4A可知，栾川钓鱼台内，杂交授粉结实率显著超过自然对照的组合有3个，父本分别为凤丹(周山校区)、凤丹(嵩县库区乡)和日月锦，其中父本为凤丹(周山校区)的组合结实率最高，达100.00%，是自然对照的1.3倍，父本为景玉和十八号的组合结实率最低，均为40.00%；共收籽粒数显著超过自然对照的组合共有2个，父本分别是日月锦和五大洲，其中，父本为日月锦的组合最多。由图4B可知，百粒质量显著超过自然对照的组合共有17个，父本为日本皇冠的组合最高，达43.12 g，父本为莲鹤的组合最低，为20.70 g；平均每朵花产量显著超过自然对照的组合有6个，父本分别是凤丹(洛阳东花园)、日月锦、日本皇冠、乌金耀辉、百园红霞和五大洲，父本为日月锦的组合最高，达12.70 g，是自然对照2.7倍，父本为银红巧对的组合最低，为1.04 g。综合以上4个指标，适合给栾川钓鱼台凤丹授粉的优良父本为凤丹(周山校区)和日月锦。

图4 以栾川钓鱼台凤丹为母本的授粉结果

2.3 牡丹混合授粉结果

由表3可知，在洛阳东花园，父本花粉为凤丹(洛阳东花园)+乌金耀辉+肉芙蓉的混合授粉组合结实率最高，达80.00%，是自然对照(图3A)的1.2倍；父本花粉为洛阳红+莲鹤的混合授粉组合结实率最低，仅有30.01%。父本花粉为凤丹(洛阳东花园)+乌金耀辉+肉芙蓉的混合授粉组合百粒质量最高，达30.49 g；父本花粉为凤丹(洛阳东花园)+洛阳红+日月锦的混合授粉组合百粒质量最低，仅有17.04 g。平均每朵花产量最高的混合授粉组合父本是乌金耀辉+日月锦+洛阳红+凤丹(洛阳东花园)，为17.02 g，是自然对照(图3B)的2.8倍；最低的混合授粉组合父本为洛阳红+莲鹤，仅有5.77 g。

在栾川钓鱼台，结实率最高的混合授粉组合父本为洛阳红+凤丹(栾川钓鱼台)+凤丹(洛阳东花园)，达70.00%，结实率最低的混合授粉组合父本为莲鹤+凤丹(开元校区)，仅有20.00%；百粒质量最高的混合授粉组合父本为洛阳红+凤丹(栾川钓鱼台),达39.78 g；平均每朵花产量最高的混合授粉组合父本为洛阳红+凤丹(栾川钓鱼台)+凤丹(洛阳东花园)，为12.54 g。

表3 东花园和栾川钓鱼台的牡丹混合授粉结果

2.4 不同促花粉萌发剂对凤丹结实的影响

由图5A可知，不同地点的凤丹结实率差异显著，洛阳东花园和栾川钓鱼台均以硼酸处理结实率最高，其他处理均低于自然对照,嵩县库区乡以自然对照结实率最高；由图5B可知，洛阳东花园以硼酸处理共收籽粒数最高，嵩县库区乡共收籽粒数硼酸处理和蔗糖+硼酸+PEG-6000组合处理较高，栾川钓鱼台共收籽粒数以硼酸处理和蔗糖+硼酸处理最高；由图5C可知，洛阳东花园以蔗糖+硼酸+PEG-6000组合处理百粒质量最高，与自然对照无显著差异，嵩县库区乡以喷硼酸处理百粒质量最高，栾川钓鱼台以硼酸处理百粒质量最高，但与自然对照没有显著差异；由图5D可知，洛阳东花园以硼酸和蔗糖+硼酸+PEG-6000组合处理平均每朵花产量最高，嵩县库区乡以蔗糖+硼酸+PEG-6000组合处理平均每朵花产量最高，但与硼酸处理和蔗糖+硼酸处理没有显著差异，栾川钓鱼台以蔗糖处理平均每朵花产量最高，其余处理均与自然对照没有显著差异。综合以上各种指标，适合作为盛花期促花粉萌发剂的是硼酸和蔗糖+硼酸+PEG-6000组合，可以提高结实率及产量。

不同小写字母表示同一地点不同处理差异显著(P<0.05)

3 结论与讨论

杂交授粉是综合作物优质性状、培育新品种常用的手段之一[10-12]。虽然关于牡丹杂交的研究很多，但大多集中在杂交育种上，对于近年来兴起的油用凤丹，其杂交丰产的研究较少，且选择品种时存在一定的盲目性[13]。凤丹作为一种极具发展前景的新型油料作物，因其产量较低，市场供不应求，亟待提高结实率[6]。本研究利用美国、日本的牡丹品种与中国的凤丹远缘杂交，同时采用不同地点的凤丹和洛阳有代表性的观赏牡丹与凤丹近缘杂交，以期提高油用凤丹的结实率和产量。结果表明，能有效提高结实率和产量的授粉品种包含有不同地点来源的凤丹以及日月锦、肉芙蓉和日本皇冠等品种，这些品种的共同特征是瓣化程度较低、雄蕊数目较多且花期相遇，其中肉芙蓉属于中原牡丹品种，日月锦和日本皇冠属于日本牡丹品种[14-15]，整体上中原牡丹品种的结果优于其他国家的牡丹品种，这是因为中原品种的基因型更为复杂多样，抗逆性更好[16]。此外，本试验中大多数百粒质量高的品种，籽粒数却较低，百粒质量与籽粒数之间呈负相关关系，反映出植物生殖对策中数量和质量的权衡关系。同时，不同地点由于海拔和栽培环境存在较大差异，各项指标也有较大区别。其中周山凤丹为父本、栾川钓鱼台凤丹为母本的组合结实率最高，达100.00%；栾川钓鱼台凤丹为母本、日本皇冠为父本的组合百粒质量最高，为43.12 g；而以嵩县库区乡凤丹为母本的杂交组合结实率和平均每朵花产量都较低，其原因是杂草太多且疏于管理，说明油用凤丹与其他油料作物一样，也需要精细化栽培管理。

在已知的其他作物品种报道中，混合授粉可以更快地培育出新品种，对结实率和产量也有提高作用[17]。本研究中，结实率最高的混合授粉组合父本为凤丹(洛阳东花园) +乌金耀辉+肉芙蓉，可达80.00%，平均每朵花产量最高的的混合授粉组合父本是乌金耀辉+日月锦+洛阳红+凤丹(洛阳东花园)，达17.02 g，两者均显著高于自然对照。可见，混合授粉在牡丹杂交授粉中同样适用，可提高其结实率和产量。

喷施不同促花粉萌发剂对凤丹结实具有明显影响，本试验中，喷施的促花粉萌发剂均为适合花粉萌发液体培养基的必要成分，目的是通过促进花粉萌发进而提高结实率以及产量[18]。蔗糖是花粉萌发的主要营养物质和渗透压调节剂[7]；硼酸的作用是参与果胶质的合成、糖分的吸收转运和代谢等过程，从而促进花粉萌发[19]；PEG-6000溶于水、甲醇等，其与疏水性分子结合后的产物可用作非离子表面活性剂，前人试验证明其对花粉管伸长有一定促进作用[11]。牡丹花粉萌发率差异较大且普遍较低，花粉管的伸长较慢，喷施促花粉萌发剂有效提高了花粉萌发率，促进了结实率的提高。结合本研究3个地点的试验结果，喷施硼酸(0.08 g/L)和喷施蔗糖(150 g/L)+硼酸(0.08 g/L)+PEG-6000(200 g/L)可明显提高凤丹结实率和产量。

本研究表明，具有瓣化程度较低、雄蕊数目较多且花期相遇等特征的牡丹品种适合作为凤丹丰产的杂交父本，此外，混合授粉和盛花期喷施硼酸(0.08 g/L)或蔗糖(150 g/L)+硼酸(0.08 g/L)+PEG-6000(200 g/L)等促花粉萌发剂可提高凤丹的结实率和产量。