楸树、梓树和灰楸种间杂交可配性及杂交种实变异分析

陈丽英 苗 杰 王淑惠 路兆军 王连红孙晓慧 孙传涛 孙英豪 李保进

（烟台市森林资源监测保护服务中心，山东 烟台 264000）

楸树(Catalpa bungei)为紫葳科（Bignoniaceae）梓属（Catalpa）植物，材质好、用途广、经济价值高，而且树形优美，花美色艳，是我国特有的珍贵优质用材树种和著名园林观赏树种之一[1]。但楸树自花不育，且一个地区往往只有一个单一品种，从而造成楸树结实少的现象，导致楸树的天然杂交受到了极大的限制[2]。因此，人工控制授粉杂交方法成为了楸树杂交育种的主要途径。1970 年叶培忠等初步开展了楸树杂交育种试验，并获得了楸树种间杂种[3-5]，说明通过楸树种间杂交方法进行良种选育是切实可行的。本研究以梓属植物楸、灰楸（C.fargesii）、梓（C.ovata）为亲本进行杂交，并对杂交亲和力、杂交种实性状及杂交种子发芽率进行分析，以期为后续的杂交亲本选择良种选育提供理论参考和依据。

1 材料与方法

1.1 材 料

杂交亲本来源于烟台市莱山区灰楸、楸树优树；莱阳市、牟平区楸树优树；杭州、济南梓树优树；临沂灰楸优树。

1.2 方 法

2019 年5 月初，在楸树、灰楸、梓树花开放之时,收集即将散粉的花药，置于室内25 ℃自然干燥散粉，收集存放在装有硅胶的干燥密闭容器中，置于2～4 ℃冰箱备用。采用部分双列杂交交配设计进行人工控制授粉试验，在开花盛期将花粉直接涂抹到母本柱头上,每一杂交组合授粉50 朵，3 次重复。2019 年10 月，调查坐果情况并采集果实。

杂交种实测定：每个杂交组合随机抽取30 个蒴果和100 粒种子，3 次重复。用游标卡尺和卷尺测定杂交种实的蒴果宽度、长度和果柄长度，测定种子去毛后的长度、种子宽度、千粒重、种子饱满率。

发芽率测定：每个杂交组合选取100 粒种子，室温浸种48 h 后，置于25 ℃的恒温发芽箱中发芽，统计发芽率，每处理3 次重复。

1.3 统计分析

用EXCEL 和SAS 软件对试验数据进行统计分析。方差分析时，种子发芽率百分数数据进行反正弦转换。

2 结果与分析

2.1 不同杂交组合的杂交结实率

人工授粉试验共设计了28 个杂交组合，由表1可知：（1）种间杂交授粉结实率高于种内杂交授粉结实率。种间杂交平均结实率为34.70%，种内杂交平均结实率为1.11%。（2）灰楸、楸、梓树不同种系交配系统间杂交授粉结实率不同。在不考虑正、反交情况下，楸和梓树交配系统授粉结实率最高。杂交结实率最高的组合是楸曲1×灰H6，为73.33%；灰楸为母本，楸为父本时，授粉结实率最低，为0。（3）同一交配系统间杂交结实率差异显著。如梓树和楸树交配系统，授粉结实率最高的杂交组合为楸深友×梓济西，结实率为70.00%；授粉结实率最低的杂交组合为楸浅1×梓济西，结实率为13.33%。（4）楸树存在自交不亲和和部分种内杂交不亲和现象。楸树自交授粉结实率均为0，这可能是自然条件下楸树种子结实率低的主要原因。种内杂交组合楸深友2×楸浅，楸深友1×楸昆，楸深友1×楸曲种内授粉后前期结荚率较高，但后期蒴果发育停止，自动脱落，种子发育不成熟(图1)。

图1 楸深友1×楸曲授粉后果实形态

表1 人工控制授粉杂交结实率

2.2 杂交种实测定及发芽情况

2.2.1 不同杂交组合杂交蒴果性状差异

楸树采种期为10 月上中旬，授粉共获得的22 份杂交组合蒴果中，有3 份杂交蒴果中的种子发育不成熟，后续测定杂交种实时去除掉了。

楸树杂交果实为蒴果，线形，未成熟时为绿色，逐渐变为黄绿色，成熟后期为灰褐色，黄绿色或灰褐色时进行种子采收。方差分析表明，不同杂交组合蒴果长、宽和果柄长存在极显著差异（P＜0.001）。多重比较（表2）可知，蒴果最长的组合为楸曲1×灰H4，为66.67 cm；最短的楸昆×楸深友杂交组合，为22.50 cm。不同杂交组合蒴果宽度为4.20～2.00 mm，最宽的是梓浙×楸深友；最窄的是灰楸曲×灰H2。不同杂交组合果柄长度为4.88～0.83 cm，最长的灰楸曲×灰H2；最短的是梓浙×莱阳楸浅。

2.2.2 不同杂交组合种子性状差异

楸树杂交种子较小，翅果状，中间饱满处为种胚，两端有毛，成熟种子为灰褐色。本试验中不同杂交组合结实种子饱满率为0.63%～92.83%，差异极显著(P＜0.001)。杂交种饱满率最高的杂交组合为楸深6×灰楸曲（92.83%），是楸浅1×梓济西组合（0.63%）的147 倍。从交配系统来看，不同交配系统间种子的饱满率存在显著差异，最高的是梓和楸交配系统，种子饱满率78.11%；最低的是楸和梓交配系统（11.84%）。

不同杂交组合结实种子千粒重差异极显著（P＜0.001），千粒重为2.80～8.44 g，最重的杂交组合是楸深5×灰楸曲，千粒重为8.44 g；最轻的杂交组合是梓浙×楸深友，千粒重为1.61 g。

不同杂交组合结实种子形态差异较大，种子长和宽均存在极显著差异（P＜0.001）。种子长度为0.65～1.68 cm，最长种子是最短种子的2.58 倍。最长的杂交组合为楸曲1×灰H4，最短的是梓浙×莱阳楸浅；宽度为1.17～2.38 mm，最宽的组合是楸深友5×梓济东；最窄的是楸昆×灰楸友。

2.2.3 不同杂交组合种子发芽率差异

在相同发芽条件下,19 个杂交组合种子发芽率存在极显著差异（P＜0.001），发芽率为0～74%（表2）。楸深6×灰楸曲杂交组合种子的发芽率最高，为74.00%；最低的为楸昆×楸深友种子，发芽率为0。总体来看，种间杂交组合种子发芽率（28.74%）高于种内杂交组合（9%）。不同交配系统间种子发芽率存在极显著差异，平均发芽率最高的交配系统为楸和灰楸，最差的是楸和楸交配系统，可能与杂种优势和近交衰退有关。

表2 楸树不同杂交组合杂交种实及发芽情况

2.3 父本对杂交种实性状的影响

通过不同母本与同一父本的杂交表现研究了父本对杂交种实性状的影响，杂交父本为梓济西。由表3 可知，父本对蒴果长、蒴果宽、果柄长、种子饱满率、千粒重、种子长、种子宽、发芽率的影响极显著。变异系数较高的指标是种子发芽率和饱满率，较小的是种子长度和蒴果长度。

表3 父本对杂交结实率、种实性状的影响

2.4 母本对杂交种实性状的影响

通过不同父本与同一母本的杂交表现研究母本对杂交种实性状的影响，杂交母本为楸曲1。由表4 可知，母本对蒴果长、蒴果宽、果柄长、种子饱满率、千粒重、种子长、种子宽、发芽率影响极显著。变异系数较高的指标是种子发芽率，较小的是种子宽度、蒴果宽度。种子饱满率变异幅度也较小，在制种时可以进行参考利用。

表4 母本对杂交种实性状的影响

3 结论与讨论

在胶东地区，楸树、灰楸开花正常，但普遍不结实。本研究中，楸树杂交结实率为0～73.33%，变化范围较大。不同交配系统间、同一交配系统不同组合间杂交授粉结实率均存在显著性差异，具有杂交结实率较高的是梓×楸和楸×灰楸交配系统，在杂交制种时可以利用。同时，研究发现楸树存在自交不亲和及部分种内杂交不亲和现象。自交不亲和性是花粉与雌蕊之间表现抑制作用所致，而实质上就是自花授粉时受精过程受阻；植物的自交不亲合类型包括孢子体型不亲合和配子体型不亲合。如果属孢子体型自交不亲和，则花粉管顶部有大量的胼胝质积累，使花粉只长出很短的花粉管。同时柱头乳突细胞顶端细胞壁与质膜之间产生胼胝质，使花粉管不能穿过柱头。在配子体不亲和中，不亲和的花粉粒萌发形成的花粉管在向前生长过程中顶部积累大量胼胝质，使花粉管在花柱中的生长受到抑制而不能达到胚囊；有的花粉管在生长过程中顶部破裂或弯曲[7]。目前在一些自交不亲和植物中，也发现了自交后花粉管能顺利进入子房甚至穿透胚珠，但最终不能完成受精形成种子，称为子房内的晚期自交不亲和[8-11]。本试验中，楸树自交后，未发现有结果现象，说明楸树自交后没有完成雌、雄配子体的结合，存在自交不亲和现象，这与王改萍等[12]解剖学研究结果基本一致。

研究结果表明，不同杂交组合的种实性状蒴果长、蒴果宽、果柄长、种子饱满率、千粒重、种子长、种子宽、发芽率均存在显著性差异，种子发芽率最高的交配系统是楸和灰楸，最差的是楸和楸，这可能与杂种优势和近交衰退有关。杂交父本和母本对杂交种实性状的影响也均达到显著水平。因此，在进行杂交育种时，不仅要注重对母本的选择，也要加强对父本的选择。在研究母本效应时还发现，不同父本和同一母本授粉时，种子饱满率变异幅度较小，在制种时也可以进行参考利用。