菊花杂交结实与种子萌发初探

张艳梅，王 希，夏伯顺，赵阳阳，罗婷婷，付瀚森，罗 靖，王文恩，王彩云

(1.北京国基伟业物业管理有限公司，北京 100000；2.华中农业大学 园艺植物生物学教育部重点实验室，湖北 武汉 430070)

1 引言

菊花(Chrysanthemummorifolium)是我国十大传统名花之一，也是世界著名的“四大切花”之一，因其花色艳丽、花型丰富，现已成为国际花卉市场上仅次于月季的第二大重要名花[1]，有较高的经济效益和社会效益。前人研究和实践表明，菊花属于雌雄同株，但存在自交不亲和性现象，自交难以结实[2]，菊花杂交也存在结实率低和杂交种子萌芽率低的现象，大菊品种比小菊品种更难结实，影响育种效率[3，4]。菊花品种繁多，遗传差异大，因此，开展多品种多组合的杂交实验对进一步研究菊花遗传规律和掌握菊花杂交技术多样性具有更好的实践意义和理论意义。本文在文献研究与借鉴基础上，比较了大菊与小菊杂交结实和种子萌发情况 ，旨在为今后菊花育种工作的亲本选配和提高育种效率提供依据。

2 材料与方法

2.1 实验材料

(1)大菊品种控制授粉杂交：实验在华中农业大学实习花卉基地进行。2014年11月至2015年3月进行大菊杂交实验和种子萌发实验。选取多年观察能结实的12个花期较长，花期相近的优良秋菊品种(表1)，配成16个组合控制授粉(表2)，每个组合中亲本各3盆，每盆3个花序。

表1 大菊控制授粉实验供试品种一览

(2)小菊品种控制授粉杂交：选择‘绿叮当’与毛华菊正反交杂交控制授粉(表3)，2016年11月至2017年3月进行毛华菊(♂)ב绿叮当’(♀)人工杂交和种子萌发实验。杂交授粉花序头数290个。

表3 小菊控制授粉杂交试验选用亲本

(3)小菊自由混合授粉杂交：同年选取50盆生长势良好的盆栽小菊，第二年春收获种子并进行萌发实验。

2.2 试验方法

(1)大菊品种12个组成16个组合如表2所示。春季以亲本为接穗，以青蒿为砧木，采用劈接法嫁接，于秋季花初开时将不同组合分别放入网箱，避免外界昆虫传粉干扰。大菊品种按照设计组合进行杂交，杂交采用多次割瓣、重复授粉的方法进行。花粉出现后每隔1 d在9:00～10:00钟授粉，直至花序产粉结束。授粉结束1周左右，将植株置于通风向阳处，温室温度保持5～15 ℃，控制水肥管理，于翌年初进行收种，统计结实数量，呈现黑褐色且有一定硬度的被记为成熟种子。统计种子结实数。菊花种子无休眠期，种子于3月份播种于温室，约1周左右发芽，分别统计各杂交组合种子发芽数，计算萌发率。

表2 大菊杂交亲本选配组合设计一览

(2)小菊控制授粉的杂交组合：2016年11～12月进行人工杂交，当年秋天亲本花初开时将它们放入防虫网内，以防止昆虫传粉。本试验母本‘绿叮当’几乎无管状花，通过剪短舌瓣花露出雌性舌状花的柱头，提高结实力。选取‘绿叮当’植株上发育良好的花蕾，在其舌状花展开1/3时剪去所有舌状花花瓣的上半部分，直到可见雌蕊柱头为止，注意不要伤及柱头。在11～12月份天气晴朗的在10:00～14:00间进行授粉，每个花序授粉3～5次，隔天重复授粉一次。后期植株管理与大菊杂交相同。授粉后60 d左右花序和花序梗干枯后统一收取杂交种子，干燥避光保存，后续称百粒重、统计头状花序平均结实数及发芽率。 取毛华菊ב绿叮当’杂交组合的杂交种子100粒，用电子天平称重，重复3次，取平均值即为种子百粒重。

(3)自由授粉的小菊无需人工控制昆虫授粉。常规管理收获种子。计算指标和方法同上。

(4)大菊亲本花粉活力：采用离体萌发法测定。选取大菊杂交试验中的10个菊花品种于晴天上午9:00左右采集花粉，采用ME3+16%PEG4000+12%蔗糖培养基，将培养基滴在载玻片上，撒播花粉后置于培养皿内培养，约1 h后观察，花粉管长于花粉粒半径即记为萌发，每个品种统计200粒花粉。

(5)不同播种方式和遮光处理对小菊种子萌发的影响。本实验对自由授粉收获的小菊种子分别进行不同播种方式(基质、培养皿)和遮光处理，研究其对菊花杂交种子萌发的影响。2016年3月8日将自然混合授粉得到的后代种子于武汉市华中农业大学园艺林学学院花卉基地的温室大棚进行播种试验：

对照(CK)：50粒小菊杂交种子播种到泥炭土和珍珠岩体积比1∶1的混合基质中。12 h光照/10 h黑暗，最低温度为2～14 ℃，最高温度为15～24 ℃。

处理1： 50粒小菊杂交种子播种到泥炭土和珍珠岩体积比1∶1的混合基质中。24h黑暗，最低温度为2～14 ℃，最高温度为15～24 ℃。

处理2： 100粒小菊杂交种子整齐摆放在铺湿润的滤纸的培养皿。14 h光照/10 h黑暗，最低温度为20 ℃，最高温度为25 ℃。

每天进行记录种子发芽数，以子叶充分展开者视为正常发芽种子进行统计。当连续3 d无新萌芽种子出现即视为发芽结束。

3 结果与分析

3.1 大菊杂交组合结实与种子萌发结果

3.1.1 大菊品种杂交亲本花粉活力

花粉生活力是决定杂交结实的重要因素之一[8]。从花粉活力测定结果来看，不同菊花品种花粉生活力有较大差异。如萌发率较高的品种‘岸的赤心’萌发率达80%，而较低的品种‘春水绿波’‘嫩竹玉笋’等仅为30%左右(图1)。

图1 不同大菊品种花粉活力比较

3.1.2 大菊杂交组合结实与萌发率

本实验16个组合共人工授粉杂交144个花序，得到210粒种子，其中发芽数117粒，平均发芽率55.7%(表4)。

表4 杂交组合结实及发芽情况

3.1.3 大菊亲本选配与杂交结实

菊花不同杂交组合结实数明显不同，组合ZA、ZT、ZC结实数较高，而组合LC、CL、LN结实数为零，说明部分大菊品种间存在杂交障碍。菊花品种‘织女’参与杂交的4个组合结实数属于较高的水平，而‘绿朝云’参与的4个组合结实数基本为零，说明有的品种易于杂交结实，有的品种则不易于杂交结实，杂交结实与亲本自身品种特性有关。

3.1.4 大菊花粉活力与杂交结实关系

正反交组合ZA结实数高于AZ结实数，NL结实数高于LN；在同一母本的情况下，组合TF比TW结实数高，其父本‘飞燕新妆’比‘五彩凤’花粉活力高，均说明高的花粉生活力有助于杂交结实。但是在ZC与CZ组合中，‘苍龙爪’花粉活力较低，但ZC结实数却较高，说明花粉活力与杂交结实之间并非简单的正相关关系，影响杂交结实数的除了花粉活力还有其他重要因素。

3.1.5 正反交结实数差异

从杂交结实情况来看，正反交结实性差异很大。如正交组合ZA、ZC结实数较高，但其反交组合AZ、CZ结实数很低，这种正反交结实数迥异的现象与南汝斌的研究结果相似，他认为这种现象在遗传机制上有可能是由细胞核和细胞质共同控制的，且细胞质可能占主导作用[5]。

3.1.6 亲本与种子萌发率

从杂交种子萌发率来看，不同组合之间萌发率存在较大差异。如FT组合种子萌发率达到100%，而AZ组合仅为33%。

从实验结果还可以看出，正反交组合的种子萌发率也存在差异。ZA、FT萌发率较高，而两者的反交组合萌发率较正交组合偏低；然而在同一母本的ZA、ZA组合中，两者的种子萌发率均为54%，同一母本的TF、TW组合萌发率也相近，这说明种子萌发率与母本关系更为密切，大概是因为受精后胚胎的发育与母本息息相关。

3.2 小菊控制授粉杂交组合结实与种子萌发结果

2016年11～12月进行毛华菊(♂)ב绿叮当’(♀)人工杂交(图2)，授粉花序头数290个，共收获种子1206粒，其中管状花结籽数为85粒，舌状花结籽数为970粒，其余151粒不清楚。百粒重为0.436 g，头状花序平均结实率为4.16%。可见对于舌状花极多而管状花几乎没有的情况下，通过剪短花瓣露出舌状花柱头进行授粉获得后代种子是一个极为可靠的措施。杂交种子播种后30 d统计发芽率为86.67%，待到F1代小苗长出3～4片真叶后(或者待后代株高超过20cm后)进一步统计成苗率，为71.64%，得到成苗864株。

图2 毛华菊ב绿叮当’部分杂交种子形态

3.3 自由授粉小菊种子的萌发率

50盆露地自然混合授粉盆栽小菊得到后代杂交种子极多。可见菊花作为异花授粉植物，结实率极高。于2016年3月8日进行播种(百粒重为0.453 g)，平均发芽率为70%～80%。通过不同处理比较发现，相较于不遮光的对照组(CK)，遮光处理(处理1)的种子发芽率从76.67%降为66.67%，发芽势从23.67%升到27.67%，萌发持续时间从15.67 d下降到8.33 d，萌发时滞有一定的升高，发芽指数有一定的降低，但总体无显著性差异，由此也可初步判断菊花种子萌发对光照不敏感，遮光处理影响不大，但一定光照条件可促进菊花杂交种子的萌发。

比较基质对照组(CK)与培养皿播种(处理2)，后者比前者种子发芽率高7%，达到83.67%，相比培养皿，基质中萌发时滞从9 d变成了2.33 d，萌发持续时间从6 d升到15.67 d，且发芽率、发芽势和发芽指数分别从76.67%、23.67%和3.01±0.31升到了83.67%、37.67%、10.49±0.27。萌发时滞和发芽指数有极显著性差异，发芽率、萌发持续时间和发芽势有显著性差异(表5)。因此，优良品种种子有限时可推荐使用培养皿进行播种，可提高发芽率，促进种子快速整齐萌发。

表5 不同培养播种方法和遮光处理对小菊杂交种子萌发的影响

4 讨论

4.1 影响菊花杂交结实数的因素

实验表明，大菊杂交相对较难。一方面杂交组合的亲和性以及父本花粉生活力会导致杂交结实数差异，而受精后胚胎败育是影响杂交结实数的另一大原因[6,7]。本实验中，花粉活力高的亲本有利于杂交结实，但花粉活力与杂交结实并非呈简单的正相关关系。‘织女’用于杂交易于结实，而‘绿朝云’用于杂交不易结实；同一母本不同父本的杂交组合之间结实数也存在差异，说明结实数与亲本亲和性相关。

以往菊花杂交授粉数量少时习惯单株套袋隔离，会经常因为花序中水分无法散出导致花朵烂掉；本实验无论大菊还是小菊杂交，选择较大空间的网箱和大棚隔离，改善了通风透光环境，大规模杂交值得推广。另外，传统小规模杂交育种主要都是在两性的管状花上授粉，所以对于那些头状花序重瓣性高的菊花因其几乎没有管状花，经常不被用来当做亲本。 本实验选择作为母本的切花小菊‘绿叮当’管状花数量几乎没有，主要都是舌状花，通过剪短花瓣，露出舌状花柱头，进行授粉，获得种子数较为可观。可见对于舌状花极多而管状花几乎没有的情况下，通过剪短花瓣露出舌状花柱头进行授粉获得后代种子是一个极为可靠地办法。

4.2 影响菊花杂交种子萌发率的因素

不同杂交组合所获种子的发芽率变幅较大，一方面可能是一些外观正常的瘦果并不饱满发育不良，造成种子数量统计时的误差；也可能是由于亲本特性或母本后期营养供应问题导致种子胚胎发育不良甚至败育，导致种子无生活力或者活力较低。

4.3 其他影响因素

根据长期杂交与栽培经验，影响菊花杂交结实和种子萌发率的还有诸多外界因素。杂交组合亲本通过嫁接栽培可提高杂交结实数。人工杂交技术也对其有重要影响，采用重复授粉，选取上午9：00～10：00钟花粉活力较高的时候进行授粉，有利于杂交结实；授粉结束后亲本的后期管理也十分重要，通风向阳的环境，合理的水肥管理，5～15 ℃的温室温度均有利于胚胎的发育；花序带株保留，翌年收种，有利于提高种子萌发率。