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短生育期‘骄阳’百合的育性分析及2n配子诱导

朴美玲 贾桂霞 张冬梅

朴美玲, 贾桂霞, 张冬梅. 短生育期‘骄阳’百合的育性分析及2n配子诱导[J]. 北京林业大学学报, 2020, 42(7): 106-112. doi: 10.12171/j.1000-1522.20190425
引用本文: 朴美玲, 贾桂霞, 张冬梅. 短生育期‘骄阳’百合的育性分析及2n配子诱导[J]. 北京林业大学学报, 2020, 42(7): 106-112. doi: 10.12171/j.1000-1522.20190425
Piao Meiling, Jia Guixia, Zhang Dongmei. Fertility analysis and 2n gametes induction of Lilium FA hybrids ‘Jiaoyang’ in short growth period[J]. Journal of Beijing Forestry University, 2020, 42(7): 106-112. doi: 10.12171/j.1000-1522.20190425
Citation: Piao Meiling, Jia Guixia, Zhang Dongmei. Fertility analysis and 2n gametes induction of Lilium FA hybrids ‘Jiaoyang’ in short growth period[J]. Journal of Beijing Forestry University, 2020, 42(7): 106-112. doi: 10.12171/j.1000-1522.20190425

短生育期‘骄阳’百合的育性分析及2n配子诱导

doi: 10.12171/j.1000-1522.20190425
基金项目: 国家重点研发计划(2019YFD1001002),国家自然科学基金项目(31772348),北京林业大学建设世界一流学科和特色发展引导专项(2019XKJS0323),上海市科委项目(17DZ1201800)
详细信息
    作者简介:

    朴美玲。主要研究方向:花卉种质创新与育种。Email:1019285724@qq.com 地址:100083 北京市海淀区清华东路 35 号北京林业大学园林学院

    通讯作者:

    贾桂霞,教授。主要研究方向:花卉种质创新与育种。Email:gxjia@bjfu.edu.cn 地址:同上

    张冬梅,教授级高级工程师。主要研究方向:园林植物选育。Email:418517920@qq.com 地址:200232 上海市徐汇区龙吴路899号上海市园林科学规划研究院

Fertility analysis and 2n gametes induction of Lilium FA hybrids ‘Jiaoyang’ in short growth period

  • 摘要:   目的  探究百合远缘杂种‘骄阳’百合的花粉与雌配子的育性,通过诱导提高、恢复配子的育性,在多倍体优秀种质渗入育种中加以应用。  方法  以‘骄阳’百合为试验材料,通过醋酸洋红染色法观测花粉育性,观察其花粉母细胞减数分裂进程,采用秋水仙素注射法诱导2n配子,通过与兰州百合杂交以验证2n花粉育性;为探究雌配子的育性,以‘骄阳’百合为母本与兰州百合杂交,通过直接授粉法与切割柱头授粉法,以子房膨大率、有胚种子数、发芽率加以衡量雌配子的育性。  结果  ‘骄阳’百合在花粉母细胞减数分裂过程中存在染色体与细胞质不均等分离的现象,产生大量非整倍体小孢子,不能发育成可育的花粉,雄配子没有育性。通过秋水仙素处理后,产生部分有活力的2n花粉,适宜的秋水仙素诱导浓度为0.10%,最高诱导率为86.00%,与兰州百合杂交时未能结实。当‘骄阳’百合作母本与兰州百合杂交时可以结实,雌配子具有育性并产生非整倍配子,通过切割柱头法授粉,子房膨大率由11.91%提高至65.02%。  结论  ‘骄阳’百合的花粉不育,利用秋水仙素可以诱导2n花粉的产生并恢复一定的育性;而雌配子可育,作为母本杂交能获得有胚种子并发芽。研究‘骄阳’百合的育性有助于进一步对不同杂种系间百合进行种质渗入,对培育综合性状优良的百合新品种具有重要价值。
  • 图  1  ‘骄阳’百合花粉母细胞减数分裂进程

    a.前期Ⅰ;b. 中期Ⅰ;c. 后期Ⅰ;d. 末期Ⅰ;e. 中期Ⅱ;f. 后期Ⅱ;g. 四分体;h. 小孢子。标尺 = 10 μm。a, prophase Ⅰ; b, metaphase I;c, anaphase Ⅰ;d, telophase Ⅰ;e, metaphase Ⅱ;f, anaphase Ⅱ;g, tetrad;h, microspores. Bar = 10 μm.

    Figure  1.  PMCs meiosis period of L. FA hybrids ‘Jiaoyang’

    图  2  ‘骄阳’百合花粉母细胞减数分裂异常

    a. 染色体桥;b. 核质不均等分离的三分体;c. 二分体时期细胞质不均等分裂与后期Ⅱ的落后染色体;d. 末期Ⅱ子核融合;e. 不同染色体数目小孢子;f.具多核小孢子与无染色体小孢子。标尺 = 20 μm。a, chromosome bridges; b, unequal separation of chromosomes of triad;c, unequal division of cytoplasm and lagging chromosomes of anaphase Ⅱ; d, a fused nucleus in a daughter cell of telophase Ⅱ; e, microspores with different chromosome numbers; f, multinucleated microspore and non nucleated microspores. Bar = 20 μm.

    Figure  2.  Meiosis abnormality of the PMCs of L. FA hybrids ‘Jiaoyang’

    图  3  ‘骄阳’百合自然花粉与2n花粉形态

    a.对照组花形态;b.秋水仙素诱导 2n花粉花形态;c. 10倍镜下自然花粉;d. 10倍镜下2n花粉;e. 40倍镜下自然花粉;f. 40倍镜下2n花粉。标尺 = 10 mm(a ~ b),200 μm(c ~ f)。a, flower morphology of the control group; b, flower morphology of colchicine induced 2n pollen in treatments; c, natural pollen under 10× microscope; d, 2n pollen under 10× microscope; e, natural pollen under 40× microscope; f, 2n pollen under 40× microscope. Bar = 10 mm (a−b), 200 μm (c−f).

    Figure  3.  Natural pollen and 2n pollen of L. FA hybrids ‘Jiaoyang’

    表  1  ‘骄阳’百合花蕾长度与小孢子母细胞发育进程的对应关系

    Table  1.   Relationship between bud length and development of pollen mother cells (PMC) s for L. FA hybrids ‘Jiaoyang’

    花蕾长度
    Length of flower bud/mm
    花药长度
    Length of anther/mm
    花药颜色
    Color of anther
    减数分裂进程
    Stage of meiosis
    < 20 < 9.06 白色 White 间期 Interphase
    20 ~ 24 10.73 ~ 11.64 淡黄色 Light yellow 前期Ⅰ Prophase Ⅰ、中期Ⅰ Metaphase I、后期Ⅰ Anaphase Ⅰ、末期Ⅰ Telophase Ⅰ
    24 ~ 26 11.13 ~ 13.62 黄绿色 Yellowish green 前期Ⅱ ProphaseⅡ、中期Ⅱ MetaphaseⅡ、后期Ⅱ AnaphaseⅡ、四分体时期 Tetrad period
    > 26 > 14.72 橘红色 Tangerine 四分体时期 Tetrad period、小孢子 Microspore
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    表  2  骄阳’百合自然花粉与秋水仙素诱导后花粉染色率

    Table  2.   Pollen staining rates of natural pollen and colchicine induced pollen of L. FA hybrids ‘Jiaoyang’

    花粉类型
    Pollen type
    染色花粉数
    Number of stained pollen
    未染色花粉数
    Number of unstained pollen
    花粉染色率
    Pollen staining rate/%
    自然花粉
    Natural pollen
    0 580 0.00
    秋水仙素诱导后花粉
    Colchicine induced pollen
    222 246 47.44
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    表  3  不同秋水仙素浓度处理‘骄阳’百合2n花粉直径与诱导率

    Table  3.   2n pollen diameter and induction rates of L. FA hybrids ‘Jiaoyang’ treated with differentconcentrations colchicine

    处理浓度
    Treatment concentration/%
    花粉直径
    Pollen
    diameter/μm
    2n花粉诱导率
    2n pollen
    induction rate/%
    0.00 63.31 ± 8.16d 0.00
    0.05 92.92 ± 22.74c 33.00
    0.10 112.93 ± 18.21a 83.00
    0.20 100.44 ± 17.87b 63.00
    0.30 98.27 ± 17.90b 57.00
    注:不同小写字母代表差异显著(P < 0.05)。Note: different lowercase letters represent significant differences (P < 0.05).
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    表  4  ‘骄阳’百合与兰州百合的杂交结果

    Table  4.   Hybridization results of L. FA hybrids ‘Jiaoyang’ and L. davidii var. unicolor

    母本Female父本Male授粉方式 Pollination method杂交花朵数Number of pollination flower膨大子房数Number of enlarged ovary子房膨大率Percentage of enlarged ovary /%有胚种子数Number of embryonic seed发芽率Germination rate/%
    兰州百合
    L. davidii var. unicolor
    ‘骄阳’百合2n花粉
    2n pollen of L. FA hybrids ‘Jiaoyang’
    常规授粉法
    Conventional pollination
    120 0 0.00 0 0
    ‘骄阳’百合
    L. FA hybrids ‘Jiaoyang’
    兰州百合
    L. davidii var. unicolor
    常规授粉法
    Conventional pollination
    277 33 11.91 159 33.96
    ‘骄阳’百合
    L. FA hybrids ‘Jiaoyang’
    兰州百合
    L. davidii var. unicolor
    切割柱头法
    Cut-style method
    263 171 65.02 849 33.46
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出版历程
  • 收稿日期:  2019-11-06
  • 修回日期:  2020-04-30
  • 网络出版日期:  2020-07-01
  • 刊出日期:  2020-07-25

短生育期‘骄阳’百合的育性分析及2n配子诱导

doi: 10.12171/j.1000-1522.20190425
    基金项目:  国家重点研发计划(2019YFD1001002),国家自然科学基金项目(31772348),北京林业大学建设世界一流学科和特色发展引导专项(2019XKJS0323),上海市科委项目(17DZ1201800)
    作者简介:

    朴美玲。主要研究方向:花卉种质创新与育种。Email:1019285724@qq.com 地址:100083 北京市海淀区清华东路 35 号北京林业大学园林学院

    通讯作者: 贾桂霞,教授。主要研究方向:花卉种质创新与育种。Email:gxjia@bjfu.edu.cn 地址:同上; 张冬梅,教授级高级工程师。主要研究方向:园林植物选育。Email:418517920@qq.com 地址:200232 上海市徐汇区龙吴路899号上海市园林科学规划研究院

摘要:   目的  探究百合远缘杂种‘骄阳’百合的花粉与雌配子的育性,通过诱导提高、恢复配子的育性,在多倍体优秀种质渗入育种中加以应用。  方法  以‘骄阳’百合为试验材料,通过醋酸洋红染色法观测花粉育性,观察其花粉母细胞减数分裂进程,采用秋水仙素注射法诱导2n配子,通过与兰州百合杂交以验证2n花粉育性;为探究雌配子的育性,以‘骄阳’百合为母本与兰州百合杂交,通过直接授粉法与切割柱头授粉法,以子房膨大率、有胚种子数、发芽率加以衡量雌配子的育性。  结果  ‘骄阳’百合在花粉母细胞减数分裂过程中存在染色体与细胞质不均等分离的现象,产生大量非整倍体小孢子,不能发育成可育的花粉,雄配子没有育性。通过秋水仙素处理后,产生部分有活力的2n花粉,适宜的秋水仙素诱导浓度为0.10%,最高诱导率为86.00%,与兰州百合杂交时未能结实。当‘骄阳’百合作母本与兰州百合杂交时可以结实,雌配子具有育性并产生非整倍配子,通过切割柱头法授粉,子房膨大率由11.91%提高至65.02%。  结论  ‘骄阳’百合的花粉不育,利用秋水仙素可以诱导2n花粉的产生并恢复一定的育性;而雌配子可育,作为母本杂交能获得有胚种子并发芽。研究‘骄阳’百合的育性有助于进一步对不同杂种系间百合进行种质渗入,对培育综合性状优良的百合新品种具有重要价值。

English Abstract

朴美玲, 贾桂霞, 张冬梅. 短生育期‘骄阳’百合的育性分析及2n配子诱导[J]. 北京林业大学学报, 2020, 42(7): 106-112. doi: 10.12171/j.1000-1522.20190425
引用本文: 朴美玲, 贾桂霞, 张冬梅. 短生育期‘骄阳’百合的育性分析及2n配子诱导[J]. 北京林业大学学报, 2020, 42(7): 106-112. doi: 10.12171/j.1000-1522.20190425
Piao Meiling, Jia Guixia, Zhang Dongmei. Fertility analysis and 2n gametes induction of Lilium FA hybrids ‘Jiaoyang’ in short growth period[J]. Journal of Beijing Forestry University, 2020, 42(7): 106-112. doi: 10.12171/j.1000-1522.20190425
Citation: Piao Meiling, Jia Guixia, Zhang Dongmei. Fertility analysis and 2n gametes induction of Lilium FA hybrids ‘Jiaoyang’ in short growth period[J]. Journal of Beijing Forestry University, 2020, 42(7): 106-112. doi: 10.12171/j.1000-1522.20190425
  • 百合是百合科(Liliaceae)百合属(Lilium)多年生球根花卉,除卷丹外,其余野生种均为二倍体,其染色体数目为2n = 2x = 24。栽培品种多源于百合属的杂种系内或系间杂交,其中主要的杂种系包括亚洲百合杂种系(Asiatic hybrids,A)、铁炮百合杂种系(Longiflorum hybrids,L)、喇叭百合杂种系(Trumpet hybrids,T)和东方百合杂种系(Oriental hybrids,O)。现代百合育种的目标主要是将不同杂种系间的优良性状整合到一起,培育出综合性状优良的百合,如LA(Longiflorum × Asiatic)、OT(Oriental × Trumpet)、LO(Longiflorum × Oriental)和OA(Oriental × Asiatic)百合等。远缘杂种F1代百合,由于结合了不同杂种系的特征,杂种优势突出、观赏性新颖而备受青睐。然而F1代远缘杂种由于减数分裂过程中缺乏染色体配对以及染色体分离异常,通常表现为不育,阻碍了进一步的杂交[1-2]。为恢复F1代杂种的育性,可以通过秋水仙素等减数分裂抑制剂诱导体细胞加倍,形成异源四倍体进行回交[3-4],此方法虽恢复了远缘杂种的育性,然而异源四倍体在减数分裂过程中,由于相同的染色体配对,它们的配子表现出固定的杂合性,无法作为进一步育种的材料[5]。另一种恢复杂种育性的方法是利用2n配子或非整倍体配子,在对OA、LA等远缘杂种的研究表明,百合的2n配子主要来源于第一次减数分裂恢复(FDR)与不确定减数分裂恢复(IMR)两种机制,其中FDR型理论上可以传递70% ~ 80%的亲本杂合性[6-8]

    自然条件下,一些植物很容易受环境影响而自发产生2n配子[9],在远缘杂交F1代百合中有少数可以自发产生少量2n花粉[10]。对于不能自发产生2n配子的远缘杂种F1代,人工诱导2n配子是恢复育性的有效途径。在百合中可以通过秋水仙素、N2O、高温等人工诱导2n配子[11-13],大量研究表明,减数分裂中期Ⅰ为百合2n配子最佳诱导有效时期[14-16]

    由于大孢子母细胞减数分裂的检测较花粉母细胞困难,限制了2n雌配子在百合中的人工诱导及利用。然而通过对回交子代染色体数目的检测发现,在异源二倍体OA作为母本回交时,产生了2n雌配子,后代为三倍体[17];在异源二倍体LA作为母本与亚洲百合回交时存在正常减数分裂与减数分裂恢复的情况,产生n配子、2n配子以及非整倍体配子,后代为二倍体、三倍体或近三倍体[18]。在远缘杂种回交子代中存在丰富的重组染色体,大幅度提高了后代的杂合性,为育种提供了可能性。

    ‘骄阳’百合(L. FA hybrids ‘Jiaoyang’)是新铁炮百合(Lilium × formolongi)与亚洲百合(A)远缘杂交后选育出的新品种,具有生育期短、生长迅速的特点,但观赏性状还需要进一步改良。因此研究‘骄阳’百合雌、雄配子的育性,将‘骄阳’百合的优秀种质与其他杂种系百合进行渗入,将为培育综合性状优良的百合奠定基础。

    • 本研究以‘骄阳’百合(L. FA hybrids ‘Jiaoyang’)、兰州百合(L. davidii var. unicolor)为试验材料,试验于2019年5月至9月进行。

    • 在蕾期上午采集长为10 ~ 30 mm的花蕾,将花药放入新配制的卡诺试剂(无水乙醇∶冰醋酸 = 3∶1(体积比))中固定24 h后,取出转入70%的乙醇中保存备用。采用卡宝品红压片法观测减数分裂的过程,置于Leica DM500光学显微镜下镜检,统计不同花蕾长度与对应的花粉母细胞减数分裂进程。

    • 选择多数分裂处于中期Ⅰ的花蕾进行2n配子诱导,秋水仙素浓度设置为0.05%、0.10%、0.20%、0.30% 4个浓度,以自然生长的‘骄阳’百合为对照,于上午09:00—10:00进行诱导,每个处理30个花蕾,每次注射200 μL,从花蕾的尖端进行注射,保证溶液进入花蕾。待花朵开放时,取各处理组花粉并混合均匀,以n花粉直径的1.5倍作为2n花粉的判定标准,各处理检测100个花粉,用Leica DM500光学显微镜镜检,使用电脑测距、拍照。用醋酸洋红染色压片法检测花粉的活力,以花粉染成深红色作为具有活性的标准,确定花粉的形态、大小及染色率。使用SPSS 22.0软件进行数据处理。

      $$ {\text{花粉染色率}} = \frac{{{\text{染深红色花粉数}}}}{{{\text{观测所有花粉数}}}} \times 100{\rm{\% }}$$ (1)
    • 设置两种杂交组合,第一种以兰州百合为母本,在盛花期去雄并将诱导的‘骄阳’百合的2n花粉授粉到兰州百合的柱头上;第二种以‘骄阳’百合为母本,采用两种授粉方式,一种是常规授粉法,即在盛花期将兰州百合的花粉授粉到其柱头上;第二种为切割柱头法,即在盛花期切割整个柱头,用‘骄阳’百合的柱头粘液涂抹到切割面,再进行授粉。授粉60 d后统计子房膨大率与有胚种子数。

      $$ {\text{子房膨大率}} = \frac{{{\text{膨大子房数}}}}{{{\text{授粉花朵数}}}} \times 100{\rm{\% }}$$ (2)
      $$ {\text{发芽率}} = \frac{{{\text{萌发种子数}}}}{{{\text{接种种子数}}}} \times 100{\rm{\% }}$$ (3)
    • ‘骄阳’百合的花粉母细胞减数分裂进程与花蕾大小对应关系见图1表1。当其花蕾长度在20 mm时,大部分花粉母细胞进入减数分裂前期Ⅰ;当花蕾长度在20 ~ 24 mm时处于中期Ⅰ的花粉母细胞数量最多;当花蕾长度在24 ~ 26 mm时,进入减数第二次分裂,即中期Ⅱ、后期Ⅱ、四分体时期等。当花蕾长度大于26 mm时,大部分处于游离的小孢子,花药颜色也逐渐加深由黄绿色变为橘红色。

      图  1  ‘骄阳’百合花粉母细胞减数分裂进程

      Figure 1.  PMCs meiosis period of L. FA hybrids ‘Jiaoyang’

      表 1  ‘骄阳’百合花蕾长度与小孢子母细胞发育进程的对应关系

      Table 1.  Relationship between bud length and development of pollen mother cells (PMC) s for L. FA hybrids ‘Jiaoyang’

      花蕾长度
      Length of flower bud/mm
      花药长度
      Length of anther/mm
      花药颜色
      Color of anther
      减数分裂进程
      Stage of meiosis
      < 20 < 9.06 白色 White 间期 Interphase
      20 ~ 24 10.73 ~ 11.64 淡黄色 Light yellow 前期Ⅰ Prophase Ⅰ、中期Ⅰ Metaphase I、后期Ⅰ Anaphase Ⅰ、末期Ⅰ Telophase Ⅰ
      24 ~ 26 11.13 ~ 13.62 黄绿色 Yellowish green 前期Ⅱ ProphaseⅡ、中期Ⅱ MetaphaseⅡ、后期Ⅱ AnaphaseⅡ、四分体时期 Tetrad period
      > 26 > 14.72 橘红色 Tangerine 四分体时期 Tetrad period、小孢子 Microspore
    • 由于‘骄阳’百合为异源二倍体,故在减数分裂过程中存在染色体桥(图1c2a实线箭头所示)和落后染色体(图1c虚线箭头所示);在二分体时期存在不均等的细胞质分裂与染色体分离(图2c),并存在三分体(图2b);在后期Ⅱ时,存在染色体未分向两极(图2d)的情况,从而产生染色体数目不均衡的小孢子、未减数小孢子(图2e)、多核小孢子(图2f虚线箭头所示)与无核小孢子(图2f实线箭头所示)。

      图  2  ‘骄阳’百合花粉母细胞减数分裂异常

      Figure 2.  Meiosis abnormality of the PMCs of L. FA hybrids ‘Jiaoyang’

    • 秋水仙素处理对‘骄阳’百合花蕾的生长存在明显的抑制作用,花形态受秋水仙素影响,表现为花筒短,花瓣卷曲,花丝极短(图3ab)。自然存在的‘骄阳’百合花粉大多数呈干瘪状,少数呈圆形,但是都不能被醋酸洋红染色,呈黄色,少数橘红色,花粉不具有活性。经不同浓度秋水仙素处理后均有不同比例的2n花粉产生, 2n花粉形态呈近圆形,可以被醋酸洋红染液染成深红色,秋水仙素处理后的混合花粉染色率由0.00%升至47.44%(表2),可见秋水仙素诱导的2n花粉具有活性,获得的花粉平均直径与及2n花粉诱导率见表3。2n花粉的诱导率随着秋水仙素浓度增加呈现先升高后下降的趋势,当秋水仙素浓度为0.10%时,2n花粉的诱导率最高为83.00%,平均花粉直径为113.06 μm,对照组花粉直径为63.31 μm,约为对照组的1.8倍,且获得了大小较一致的2n花粉(图3df)。

      表 2  骄阳’百合自然花粉与秋水仙素诱导后花粉染色率

      Table 2.  Pollen staining rates of natural pollen and colchicine induced pollen of L. FA hybrids ‘Jiaoyang’

      花粉类型
      Pollen type
      染色花粉数
      Number of stained pollen
      未染色花粉数
      Number of unstained pollen
      花粉染色率
      Pollen staining rate/%
      自然花粉
      Natural pollen
      0 580 0.00
      秋水仙素诱导后花粉
      Colchicine induced pollen
      222 246 47.44

      图  3  ‘骄阳’百合自然花粉与2n花粉形态

      Figure 3.  Natural pollen and 2n pollen of L. FA hybrids ‘Jiaoyang’

      表 3  不同秋水仙素浓度处理‘骄阳’百合2n花粉直径与诱导率

      Table 3.  2n pollen diameter and induction rates of L. FA hybrids ‘Jiaoyang’ treated with differentconcentrations colchicine

      处理浓度
      Treatment concentration/%
      花粉直径
      Pollen
      diameter/μm
      2n花粉诱导率
      2n pollen
      induction rate/%
      0.00 63.31 ± 8.16d 0.00
      0.05 92.92 ± 22.74c 33.00
      0.10 112.93 ± 18.21a 83.00
      0.20 100.44 ± 17.87b 63.00
      0.30 98.27 ± 17.90b 57.00
      注:不同小写字母代表差异显著(P < 0.05)。Note: different lowercase letters represent significant differences (P < 0.05).
    • 由上述结果可知,‘骄阳’百合花粉败育,经秋水仙素诱导后获得有活性的2n花粉。以‘骄阳’百合的2n花粉为父本与兰州百合杂交,在杂交的120个花朵中未获得膨大的子房;以‘骄阳’百合为母本与兰州百合杂交,采用两种授粉方式,结实情况见表4。常规授粉组中,共杂交277朵,获得33个膨大的子房,子房膨大率为11.91%,有胚种子数159粒,且大部分膨大的子房表现为部分膨大,表面有皱起,有胚数较少。而在切割柱头处理组中,杂交花朵263朵,共获得膨大子房171个,子房膨大率达65.02%,约为常规授粉组的5倍,表明切割柱头法可以大大提高‘骄阳’百合与兰州百合的亲和性,其中子房饱满,表面光滑的有37个,有胚种子数明显多于常规授粉处理,但平均每个子房有胚种子数与发芽率相近,可见‘骄阳’百合产生了可育的雌配子,可以作为母本进行杂交。

      表 4  ‘骄阳’百合与兰州百合的杂交结果

      Table 4.  Hybridization results of L. FA hybrids ‘Jiaoyang’ and L. davidii var. unicolor

      母本Female父本Male授粉方式 Pollination method杂交花朵数Number of pollination flower膨大子房数Number of enlarged ovary子房膨大率Percentage of enlarged ovary /%有胚种子数Number of embryonic seed发芽率Germination rate/%
      兰州百合
      L. davidii var. unicolor
      ‘骄阳’百合2n花粉
      2n pollen of L. FA hybrids ‘Jiaoyang’
      常规授粉法
      Conventional pollination
      120 0 0.00 0 0
      ‘骄阳’百合
      L. FA hybrids ‘Jiaoyang’
      兰州百合
      L. davidii var. unicolor
      常规授粉法
      Conventional pollination
      277 33 11.91 159 33.96
      ‘骄阳’百合
      L. FA hybrids ‘Jiaoyang’
      兰州百合
      L. davidii var. unicolor
      切割柱头法
      Cut-style method
      263 171 65.02 849 33.46
    • 与同源多倍体相比,由2n配子受精形成的有性多倍体由于增加了染色体重组的概率,并且将不同的基因组在另一倍性水平上相结合,在基因剂量效应和杂合效应方面有较强的优势,表现出较强的生活力,在许多植物中均得到应用[19-20],决定了其在植物育种中广阔的的利用价值和应用前景。百合中,远缘杂种F1代育性问题阻碍了优秀种质基因向后代的传递,克服其不育问题变得不可忽视。

      在‘骄阳’百合2n配子诱导中,通过秋水仙素诱导获得了具有活性的2n配子,却没能获得杂种后代,究其原因,可能与以下两方面相关:一是虽然2n花粉具有能被醋酸洋红染色的能力,但是萌发率随着时间、温度等环境产生变化,在OA百合花粉萌发研究中发现2n花粉仅在开花第一天维持40%左右的萌发率,在花后一天几乎不能萌发[10],花粉萌发率的急速下降表明使用开花当天新鲜花粉有利于提高蒴果结实率;二是与兰州百合存在远缘杂交不亲和现象。兰州百合根据杂交指数,繁育系统为异交型,部分自交亲和,需要传粉媒介。当兰州百合作为母本时,存在近交亲和而远交不亲和的现象,与同为卷瓣组的垂花百合、大花卷丹延迟授粉杂交可结实,与其他组间百合、亚洲百合栽培品种‘塞雷达’等杂交中仅与轮叶百合杂交结实,其他组合均未能获得可育胚,当作为父本杂交时有胚率较低,不易杂交结实[21-22],这种不亲和性与亲本之间亲缘关系远近相关,二者染色体同源性程度越低,杂交越难成功。通过切割柱头法、柱头嫁接法、蒙导授粉法、生长素涂抹等[23-24],选择合适的父母本进行杂交技术优化是克服远缘杂交受精前障碍的关键。

      当‘骄阳’百合作母本时,产生了有胚的种子,说明产生了具功能的大孢子。根据报道,百合的这种结实性和其贝母型胚囊相关,由于贝母型植物的胚囊中其极核的DNA含量恒为体细胞的两倍,因此,对于异常减数分裂的二倍体胚囊中的卵细胞是非整倍体,极核却为整倍体,即胚为非整倍体,胚乳却为整倍体,整倍体胚乳因染色体平衡而能够正常发育,进而为胚正常发育提供必要的营养,从而得到更多有胚的种子[25]。所以可以产生有育性的雌配子参与杂交,其产生的雌配子倍性可能为n至2n,导致非整倍体变异。后期试验将着重于杂种后代染色体组成的鉴定,分离出含不同条数新铁炮(F)基因组的后代,构建非整倍体群体。

      通过2n配子的有性多倍化是产生异源三倍体有效途径。在拟南芥中,异源三倍体植株较二倍体与四倍体表现出更大的莲座叶,具有更强的生长势[26];在百合中,异源三倍体百合由于花色丰富、产生新的性状、生长势强、花大,且可以产生非整倍配子、整数配子作为育种的中间材料,备受人们的青睐[27-28]。数据表明,近年来三倍体LAA(ALA)、OOT(OTO)百合占据了百合生产的45%[29],成为了百合育种的趋势。

      研究‘骄阳’百合的育性,利用远缘杂种F1代百合配子的特性,通过2n配子与非整倍体配子介导的有性多倍化产生遗传变异丰富的三倍体与非整倍体百合后代群体,有利于我们进一步利用其生长迅速,生育期短的特点,与其他基因组背景的百合实现渗入育种,进一步改良性状,对百合新品种选育具有重要的价值。

参考文献 (29)

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