肉锥属多肉植物的杂交育种研究

叶松菩 冯尧 杨建伟

(1.西南林业大学园林园艺学院，云南 昆明 650224；2.滇西应用技术大学普洱茶学院，云南 普洱 665099)

多肉植物指植物叶片、茎秆内因含有大量水分而使得植株整体呈现肉质、多浆、肥厚状态的一类植物。因其肥厚、可爱的形态特征而得名,也因此在市场上受到热捧。番杏科肉锥属(Conophytum)多肉植物原产于南非纳米比亚地区[1],该属植物植株矮小、无茎或短茎,根上面直接长有高度肉质化的变态叶,部分品种植株通透、色彩多样、纹路丰富,极具观赏价值。近年来,肉锥属多肉植物受到热捧,原有品种性状已经逐渐满足不了消费者的需求,培育新的观赏性状是大势所趋。

肉锥属的新品种选育方法主要有杂交育种和突变优选育种,突变育种往往缺乏目的性且时间漫长。杂交育种能使不同种的优良基因在种间充分的流动,培育出兼具不同物种优良特性的新种质,丰富植物的多样性,长久以来,杂交育种都是园林园艺植物新种质资源创制的重要途径[2]。肉锥属多肉植物主要以观叶为主,其育种目标应主要体现在株型、叶形、叶透度、叶面花纹方面,窗顶透度、窗面大小,株型高矮、宽度,花纹颜色和连贯程度等均可作为育种目标。目前,我国市场上出现的多肉植物品种大多来自于荷兰、日本、韩国等地,日本岛田培育的很多生石花品种在国内就炙手可热,如红窗菊纹章、绿光阳等很多玩家为求一苗不惜亲自赴日选购。韩国帕克(PARK)培育的许多景天科品种也是受到热捧,2020年帕克培育的麦秆系列半年扦插苗更是被炒作到近千元1株的价格。

多肉植物产业不断发展,目前已具一定规模,但消费者的需求也随之提高,已不仅仅满足于传统品种的性状,开始追求新的形态和观赏性。近年来,虽然我国也报道了一些通过有性繁殖杂交育种培育出来的多肉植物新品种,如云南省农科院花卉研究所通过杂交选育出3个盆栽观赏多肉植物新品种雪佳人、燃灯莲和阿萝,然而在肉锥属多肉植物新品种的培育工作方面的进展缓慢,目前相关肉锥属多肉植物的研究报道多是关于观赏价值、生物学特性、园林应用、栽培繁殖方面的,杂交育种方面的文献报道甚少,本文拟通过肉锥属多肉植物品种间杂交实验、播种培育、F1代表型性状分析鉴定等工作,探析肉锥属植物的杂交和繁殖技术,为其新品种的培育工作提供参考。

1 材料和方法

1.1 亲本的选择

1.1.1 亲本选取的原则

杂交育种所选亲本的形状特征直接关系到子代的性状,所以定向杂交育种应预先设定预期培育性状、明确目标,根据预期性状的特点选择具有这些性状的父母本,以期将父母本的优良性状结合。另外,植物的营养生长与生殖生长息息相关,所以要选取健康、无病虫害的植株作为亲本来授粉,这样可以提高植株授粉的成功率也能提高种子质量。植株年份的大小与授粉后植株的产种量直接相关,植株年份越大则产种量越高,授粉成功概率也越大,所以要尽量选择年份大的植株进行杂交授粉。

1.1.2 亲本选择和预处理

本文所选亲本材料为四年生健康成长无病虫害的毛汉尼(C.maughanii)和安贞(C.obcordellum),亲本性状特征如表1所示。毛汉尼和安贞各选40株养殖在云南省昆明市呈贡区段家村多肉基地连体大棚内,75%遮阳网,光照充足。开花前按照1∶1000比例喷施磷酸二氢钾促进植物花芽分化,以确保能正常开花,待开花进行杂交授粉。

表1 杂交亲本表型性状

1.2 方法

1.2.1 亲本花期观测

安贞和毛汉尼各选10株花朵即将开放的植株,对其花朵形状、每日开花时间、开花习性、雄蕊散粉时间、单花花期、柱头出现时间等进行观察和记录。

1.2.2 杂交组合设计

根据育种目标和亲本特点,选择毛汉尼和安贞为亲本,进行正反交杂交设计。

图1 杂交亲本形态特征

1.2.3 杂交授粉

待亲本开花,准备小型授粉笔、剪刀、弯头镊子等授粉工具,按照以下方法进行授粉杂交:用镊子摘掉花瓣,以便去雄；用剪子剪掉母本的雄蕊上部有花粉部分进行去雄,去雄后用镊子将掉落的雄蕊清理出花朵,以免影响授粉结果；用授粉笔蘸取父本雄蕊采集父本花粉；用授粉笔沾满花粉处轻扫柱头。授粉后用防虫网袋将植株罩住,以防昆虫传粉影响授粉结果。授粉成功后,观察记录授粉后果实发育情况、成熟时间并统计结实数。

1.2.4 种子采集和保存

果实成熟后摘下果实,将摘下的果实泡于水中,10min后果实会自然打开,种子沉于水底,用镊子将果实中残余的种子掏出后滤干水分,自然干燥保存。肉锥属植株的种子存在后熟、休眠现象[3],这种现象是植物在长期系统的发育过程中为了适应环境、保证自身的繁衍而形成的一种生物学特性[4],肉锥花属植物的种子在春季成熟后不能立即萌发,需要经过一段时间的休眠后遇到合适的环境条件才能正常萌发,以避免在不利于建植的季节萌发[5]。所以肉锥属植物种子在采集后需要室温干燥放置6～8个月左右待种子完成生理后熟破除休眠才能进行播种。

1.2.5 播种和育苗

种子采集6～8个月后,待种子完成后熟、破除休眠,当天气温度稳定在12～24℃时,即可开始播种[6],播种基质为细泥炭∶稻壳炭∶蛭石∶细鹿沼土＝4∶1∶1∶1,混匀后用高锰酸钾浸溶液泡1h杀菌消毒,播种可以选择点播或者撒播,点播即将种子一粒一粒的播于土壤之中,这样播种出来的种子有一定的间距,可以避免互相挤压,但是需要耗费大量的时间精力,对于比较珍贵的种子可以选择点播。撒播即将种子均匀的撒于土壤表面,撒播省时省力但有时会出现几粒种子撒在同一个地方的情况,发芽后苗子会互相挤压,抢夺生长空间,撒播有一定的技巧,适用于播种量比较大的情况。种子播种以后在土表面喷施1%多菌灵溶液、用保鲜膜密封播种盘,置于棚内75%遮阳网下,其间要避免阳光直射,以免造成播种容器温度过高。15～25d后出苗整齐时即可打开密封保鲜膜,进行正常养殖,期间浇水保持土壤潮湿,不能干透,以免僵苗。

1.2.6 子代形态学鉴定

选择出10株与亲本差异明显的F1代植株,进行株型、纹路、透度、窗面、叶色等主要形态特征的观察测定,并与亲本进行对比。

2 结果与分析

2.1 亲本开花特性

毛汉尼在当地花期为8月13日—10月17日,花朵开放当天雌蕊高度低于雄蕊,难以进行人工授粉,雄蕊在开放第1天就散粉,肉眼可见雄蕊顶呈绒毛状即为花粉,开放第2～3天雌蕊伸出雄蕊群可以进行授粉,每朵花花期为7～9d。安贞在当地花期为8月3日—10月5日,安贞花朵开放当天雄蕊不散粉,第2天雄蕊散粉肉眼可见雄蕊顶呈绒毛状即为花粉,第2～3天雌蕊显现即可进行授粉,每朵花花期为6～8d。安贞和毛汉尼柱头上均有粘性,可以黏住沾到柱头上的花粉。二者均为晴天夜间开花,阴雨天少花或不开花,白天花朵呈直筒状,18∶00时以后花朵逐渐打开,20∶00时花朵打开幅度最大,授粉工作在每日20∶00—21∶00进行,当亲本开放第2天后即可杂交授粉。

2.2 杂交结实情况

授粉成功后,毛汉尼和安贞均是2～3d花朵即开始萎蔫至凋谢,植株子房逐渐膨大,授粉失败的个体花朵自然凋谢,子房不膨大。约4个月后授粉成功的果荚在植株上自然成熟、干燥,遇水种荚会然打开,种子随水流出,此时证明果实已经成熟,可以摘下果实收集种子。由表2可知,组合1的结实率、平均单果种子数、种子总量均高于组合2,其中,种子总量比组合2高110%。说明与安贞相比,毛汉尼更适于作为母本进行杂交。

表2 杂交结实情况

2.3 形态学鉴定

杂交种苗长至1.5a后,第2次蜕皮后可通过肉眼观察到形状特征与亲本进行对比,F1代苗形态特征如图2所示。对父母本及筛选出的10株F1代苗的形态特征进行了观察统计发现,10个杂种株在形态上均处于杂交亲本之间,见表3。在叶色方面,筛选出的F1代苗叶色偏向亲本毛汉尼,拥有更多种类的颜色；透度方面,子代透度介于父母本之间,融合了毛汉尼的通透,改善了安贞透度低的特性；植株体型方面,更趋向于毛汉尼,呈矮胖椭圆形状；透亮的窗面消失,但却遗传了安贞的纹路；出现了亲本都没有的性状,植株表面呈现出绒毛质感。由于年份不够,蜕皮次数过少,目前暂无法对比蜕皮分头能力与亲本之间的差异,是否容易群生尚不可知。

表3 F1代表型性状

图2 F1代形态特征

3 讨论

杂交育种是目前国内外培育观赏植物新品种和类型的基本方法,是指通过2个遗传性不同个体之间的有性生殖获得不同基因的融合得到杂种,再通过后代个体筛选培育新品种的方法。根据亲本亲缘关系的远近,分为品种间杂交、远缘杂交,远缘杂交又分为种间杂交、属间或科间杂交。这几种方法都是选育花卉观赏植物新品种的重要手段。

杂种优势指2个性状不同的亲本杂交产生的杂种子代在生活力、生长势、繁殖力、适应性以及产量、品质等性状方面优于其双亲的现象。杂交育种可以综合双亲的优良性状,克服亲本的劣势,从而获得具有杂种优势的新品种[9]。许多园林植物新品种的产生均与杂交育种相关[10]。肉锥属多肉植物杂交育种目标主要体现在株型、叶形、花朵、抗性、透度、纹路等方面,具体性状选择、结合应以市场需求为导向,不同的时段消费者的审美需求是不同的,当下的热门性状以矮胖紧凑的株型、植株容易群生、叶形圆润可爱、叶片颜色鲜艳多彩、植株整体通透、表面纹路连贯、叶缘色彩鲜明为主。

杂交后代鉴定的方法有形态学标记鉴定、细胞学标记、DNA分子标记等,不同的鉴定方法有不同的优缺点。形态形状鉴定是最直接、最基础的鉴定方法[11]。肉锥属植物的杂交后代从外部形状来鉴别主要包括叶色、叶形、株型、表面纹路、叶质感、花色等。通过对这些性状的观察及测量可以初步鉴定肉锥属多肉植物的杂交F1代。

本文选用番杏科肉锥属多肉植物安贞和毛汉尼进行杂交,通过设定预期培育性状、选择亲本、亲本花期观测、杂交组合设计、种子收集和贮藏、播种和育苗、F1代形态学鉴定对肉锥属多肉植物的杂交进行试验。杂交授粉时机方面,毛汉尼和安贞都属于小型花朵,在自然条件下其授粉媒介均以夜间活动的小型昆虫为主,为了适应这种特性,保证自身群落的生存繁衍,其进化出夜间开花的特性,人工授粉的时候就需要注意这种特性在晚上进行杂交授粉。杂交果实的结实率虽然均低于50%,但是以毛汉尼为母本的杂交组合结实率、平均单果种子数、种子总量均高于以安贞为母本的杂交组合,说明在这种杂交组合中,毛汉尼较安贞更适于作为母本。通过F1代与亲本的对比可知,所选的10株F1苗代融合了双亲的特有性状,鉴定为真杂种,此次试验获得了拥有预期培育性状的F1代植株。

本实验由于使用形态学标记法鉴定F1代苗,从播种到F1代鉴定工作耗时1.5a,以后的肉锥属杂交育种工作可以把形态标记学鉴定和DNA分子标记的鉴定方法相融合,能更准确、快速地鉴定杂交苗,减少对人力物力的浪费。以毛汉尼为母本的杂交组合拥有更高的结实率和种子量,推测是毛汉尼子房内的胚珠数量比安贞的胚珠数量多,也可能与双方柱头可授性差异有关,有待进一步的研究。