芍药属组内组间杂交及部分后代核型分析与SSR鉴定

刘建鑫; 杨柳慧; 魏冬霞; 于晓南

doi:10.13332/j.1000-1522.20160181

芍药属组内组间杂交及部分后代核型分析与SSR鉴定

北京林业大学园林学院，国家花卉工程技术研究中心，花卉种质资源创新与分子育种北京市重点实验室

基金项目:

国家自然科学基金项目 31400591

北京市教育委员会科学研究与研究生培养共建项目 BLCXY201629

详细信息

作者简介:
刘建鑫。主要研究方向：芍药资源与育种。Email：jianxinliu@hotmail.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

责任作者:
于晓南，博士，教授。主要研究方向：园林植物资源与育种。Email:yuxiaonan626@126.com 地址：同上

中图分类号: S682.1⁺2
计量
- 文章访问数: 2468
- HTML全文浏览量: 507
- PDF下载量: 44
出版历程
- 收稿日期: 2016-05-26
- 修回日期: 2016-11-10
- 发布日期: 2017-03-31

Intrasectional and intersectional cross breeding of Paeonia and karyotype analysis and SSR identification of some hybrids

College of Landscape Architecture, National Engineer Research Center for Floriculture, Beijing Key Laboratory for Flower Germplasm Innovation and Molecular Breeding, Beijing Forestry University, Beijing, 100083, P.R.China

摘要

摘要: 以芍药品种‘朱砂判’为母本，分别与6个芍药组品种和4个牡丹组品种进行杂交，并综合利用核型分析和SSR分子标记法对部分杂交后代进行杂种鉴定，筛选出亲和性较好的远缘杂交组合，并确定杂交后代早期鉴定方法，为芍药属新品种培育提供参考。结果表明：1)芍药组内近缘杂交亲和性好，平均结实率均在5粒/朵以上；芍药组内远缘杂交亲和性较差，但仍有一定结实；芍药组间远缘杂交表现出不亲和性，仅杂交组合‘朱砂判’×‘Dao Da Chen’有较少结实。2)核型分析表明：组内远缘杂交后代ZC4、ZC5、ZC6、ZC7为三倍体(2n=3x=15)；从50对芍药SSR引物中筛选出7对多态性引物进行扩增，结果显示杂交后代ZC4、ZC5、ZC6、ZC7含有父母本特异性条带，结合核型分析证明ZC4、ZC5、ZC6、ZC7为真杂种。以上结果表明：组内远缘杂交中‘朱砂判’与‘Garden Peace’、‘Pink Teacup’、‘Cream Delight’杂交均有一定结实，组间远缘杂交中‘朱砂判’×‘Dao Da Chen’可打破杂交不亲和性；SSR分子标记技术可用于芍药属植物杂交后代的早期鉴定。
- 芍药 /
- 远缘杂交 /
- 核型 /
- SSR /
- 杂种鉴定
Abstract: In order to select the proper cross combinations with high compatibility, hybridization was carried out between Paeonia lactiflora 'Zhu Sha Pan' as female parent and 6 cultivars of Sect. Paeonia and 4 cultivars of Sect. Moutan as male parents. Meanwhile, hybrids were identified by karyotype analysis and SSR markers. The results showed that:1) Hybridization in Sect. Paeonia had a high compatibility, with an average seed setting rate of 5 seeds per flower; interspecific hybridizations of Sect. Paeonia had a poor compatibility; sectional hybridizations were incompatible, only cross combination 'Zhu Sha Pan' ×'Dao Da Chen' seeded. 2) Karyotype analysis showed that hybrids ZC4, ZC5, ZC6 and ZC7 were triploid; Among 50 SSR primers, 7 polymorphic markers were amplified and the hybrids ZC4, ZC5, ZC6 and ZC7 contained specific bents of parents, which were true hybrids. The results suggested that interspecific hybridization between 'Zhu Sha Pan' and 'Garden Peace', 'Pink Teacup', 'Cream Delight' could seed; sectional hybridization 'Zhu Sha Pan' ×'Dao Da Chen' could break the cross incompatibility. SSR markers could be applied for the early hybrid identification of Paeonia.
- herbaceous peony /
- distant hybridization /
- karyotype /
- SSR /
- hybrid identification

HTML全文

杨树(Populus spp.)是东北地区农田防护林主要造林树种之一, 具有生长迅速、适应力强、容易繁殖、能尽早地发挥防护效益和经济效益等优点，但也存在着胁地面积大，使林带附近的农作物生长不良而造成减产等问题。引起林带胁地的2个主要原因是林木根系吸水和林带遮荫。而在东北地区，由于树木根系的吸收作用，使林带两侧的土壤水分、空气湿度、土壤养分等因子发生不利于农作物生长的变化是林带胁地的主要原因^[1]。

为解决林带胁地问题，国内外学者做了很多有关方面的研究，并提出切根贴膜、挖沟断根、以松(Pinus spp.)改杨、物质补给、胁地盈留及林木修枝等解决措施^[2-5]。其中，切根贴膜技术是解决东北地区林带胁地问题最有效的方法。切根贴膜通常是在距树干0.5~2 m处开一条深60~80 cm的沟，然后在沟壁一侧(靠近林带一侧)贴上一层厚约40 μm, 长度一定(林带长度)的塑料薄膜, 最后将土回填。切根贴膜技术有效的阻止了树木根系的水平延伸，在林带胁地范围内, 该项措施可使粮豆平均增产近50%，每公顷年均粮食产量提高了1 336.7 kg^[6]。在目前研究中，人们更多关注的是切根贴膜技术的增产效果，却忽视了该技术对林带生长及光合生理特性等方面的影响。

林带切根贴膜后，林木根系遭到了损伤，水平延伸受到限制，吸收水分和养分的范围减小，可能会使林木处于水分亏缺状态。当植物受到干旱胁迫时，叶片作为高等植物光合作用的活动中心，也是植物对环境最为敏感的器官，可通过形态、结构和生理上的变化来抵御或减轻干旱损伤^[7-9]。目前，切根贴膜技术对农田防护林光合生理特性及解剖结构特征的影响尚不明确，切根贴膜距离尚没有统一规范且缺乏理论支持。本文以黑龙江省黑土区农田防护林杨树为研究对象，研究不同切根贴膜距离对杨树叶片的光合生理特性、气孔形态特征和叶绿体超微结构的影响，旨在为切根贴膜技术的科学应用提供理论参考。

1. 研究地概况与研究方法

1.1 试验地概况

试验地位于黑龙江省拜泉县丰产乡长安村(47°63′ N、东经125°86′ E)，地处小兴安岭余脉向松嫩平原过渡地带，属东北黑土漫岗区。中温带大陆性季风气候，年均降水量490 mm，年均蒸发量1 334 mm，年均气温1.2 ℃，年均日照2 730 h，全年无霜期122 d。土壤类型主要为黑土、黑钙土和草甸土，土壤质地为轻黏土，土壤pH 6.52，有机质含量48.25 g/kg，碱解氮136.5 mg/kg，有效磷31.7 mg/kg，速效钾211.5 mg/kg。

1.2 试验设计

试验选取的农田防护林树种为小黑杨(Populus simonii × P. nigra)。林带南北走向，2009年春季定植，苗木规格为2年生根1年生干。林带共3行，株行距为2 m×3 m，平均胸径(8.6±1.8) cm、平均树高(7.2±0.9) m、冠幅(东西×南北)3.6 m×2.8 m。试验于2015年5月末进行，采用对比试验设计，重复3次，每个小区30株树(10株×3株)，小区之间设置2行保护行。试验共设4个处理，自北向南依次为：1)C_0.5是在林带西侧树干50 cm处，开深80 cm、宽30 cm、长约20 m(10棵试验树木株距)的沟，然后用长约20 m、宽1 m、厚0.04 mm的塑料薄膜在沟内靠林带一边侧放, 并立即埋土填沟, 恢复地面原样。2)CK是未切根贴膜处理。3)C₁是距树干1 m处切根贴膜。4)C₂是距树干2 m处切根贴膜。详见图 1。

图 1 试验设置图

Figure 1. Experimental design of poplar shelterbelts

下载: 全尺寸图片幻灯片

1.3 试验方法

1.3.1 光合特征参数测定

2015年7—9月，于每个月初晴朗无云的上午09：00—11：00之间，采用Li-6400便携式光合系统分析仪(美国Li-COR公司产)测定试验地平均标准木叶片净光合速率(P_n)、气孔导度(G_s)、蒸腾速率(T_r)、细胞间隙CO₂浓度(C_i)等生理指标。计算叶片水分利用效率(WUE=P_n/T_r)和气孔限制值(L_s=1-C_i/C_a, 式中：C_a为空气环境的CO₂浓度)。每个处理在林带外侧(贴膜一侧)中部选3株平均标准木进行测定。为了减少因测定时间所引起的误差，每一处理的3株标准木采用首尾相接的方法循环测定，由于树木高大，采用取样枝的方法测定各项指标。每次均随机在树冠外围向阳面中上部剪下1个枝条插入水瓶中^[10]，选取4片成熟叶片，在自然光源下测定，测定过程中使叶片、量子传感器与日光保持垂直，CO₂浓度为外界浓度。待系统稳定后，每一叶片读数重复3次。

1.3.2 气孔特征观察

取样时间及所取材料与光合特征参数所测树木一致。剪取树冠外围向阳面中上部1个枝条，取1片(枝条顶端起第5片)成熟叶作为供试材料，在叶片中部主脉旁取材(3 mm×3 mm)，置于2.5%戊二醛溶液固定24 h，用磷酸缓冲液漂洗4次，经过乙醇梯度脱水、乙酸异戊酯置换、临界点干燥后将样品粘在样品台上，置Eiko IB-3离子溅射仪中进行导电处理，在日立S-4800型扫描电镜下观察上、下表皮气孔形态特征，选取典型视野照相。统计单位视野内的气孔数目，计算气孔密度；利用电镜软件测量气孔(保卫细胞)的长度(纵轴长)和宽度(横轴长)，每片叶随机观察5个视野。

1.3.3 叶绿体超微结构观察

与气孔形态特征观察所取材料一致，在叶片中部主脉旁取材(1 mm×2 mm)，置于2.5%戊二醛溶液固定后带回试验室。样品经磷酸缓冲液漂洗4次后转入1%的锇酸固定液中固定2 h，再入磷酸缓冲液冲洗3次，经乙醇梯度脱水后，转入Epon 812环氧树脂内渗透和包埋。用Leica EM-UC6型超薄切片机切片(切片厚度50~60 nm)，经醋酸铀和柠檬酸铅对切片双重染色后，置日立H-7650型透射电镜下观察并拍照。

1.4 数据分析

应用Excel软件进行数据分析以及图表绘制，应用SPSS19.0软件对试验数据进行单因素方差分析，新复极差法(Duncan，α=0.05)进行显著性多重比较检验。

2. 结果与分析

2.1 切根贴膜处理对杨树叶片光合生理特性影响

切根贴膜1个月后，小黑杨叶片的净光合速率、气孔导度和蒸腾速率显著下降，下降幅度随切根距离减小而增大(表 1)。C_0.5~C₂处理的P_n较CK分别下降43.30%、29.56%和14.86%，处理间差异显著；水分利用效率C_0.5和C₁处理较CK明显提高，C₂处理较CK无明显变化。

表 1 切根贴膜处理对杨树叶片光合生理特性的影响

Table 1. Effects of root excision mulched with plastic film treatments on photosynthetic characteristics of poplar leaves

月份 Month	处理 Treatment	P_n/(μmol·m^-2·s^-1)	G_S/(mmol·m^-2·s^-1)	C_i/(μmol·mol^-1)	T_r/(mmol·m^-2·s^-1)	L_s	WUE/(μmol·mmol^-1)
7	CK	17.76±2.22a	266.46±35.05a	206.80±6.93a	6.36±0.60a	0.43±0.02b	2.79±0.16b
	C_0.5	10.07±0.98d	124.72±8.71d	199.47±13.84a	3.41±0.12d	0.45±0.04b	2.96±0.23a
	C₁	12.51±1.96c	148.52±30.06c	187.92±6.12b	4.07±0.63c	0.48±0.02a	3.08±0.10a
	C₂	15.12±0.62b	218.62±29.62b	203.54±11.45a	5.55±0.52b	0.43±0.03b	2.74±0.19b
8	CK	12.57±1.39a	184.43±29.15a	226.86±21.27a	6.21±0.84a	0.41±0.06bc	2.03±0.23a
	C_0.5	9.69±2.07b	130.03±15.85b	220.60±22.79a	5.55±0.75b	0.42±0.04bc	1.83±0.20a
	C₁	10.35±2.39b	138.09±20.98b	212.42±26.63a	6.09±0.58a	0.44±0.06ab	1.72±0.19b
	C₂	11.08±1.23b	139.31±19.35b	194.16±26.81b	6.01±0.53a	0.48±0.07a	1.93±0.19a
9	CK	13.11±1.10a	271.17±21.54a	255.79±18.80a	7.40±1.77a	0.32±0.04a	1.84±0.16a
	C_0.5	12.05±1.62a	234.24±23.05b	253.65±21.47a	6.27±1.28b	0.32±0.03a	1.98±0.17a
	C₁	12.13±1.42a	217.43±24.80c	246.70±26.14a	6.77±1.93ab	0.35±0.03a	1.86±0.09a
	C₂	12.31±1.01a	229.24±19.62bc	250.64±26.30a	7.59±1.39a	0.34±0.02a	1.65±0.11b
注：7、8、9月份分别为切根贴膜后的第1、2、3个月, 数据为平均值±标准差，同一月份中同列不同字母代表处理间差异显著(P＜0.05)。下同。Notes：July, August and September are the 1st, 2nd and 3rd month after root excision, respectively; Data represent mean standard ± deviation, different letters in the same month and column indicate significant difference among treatments at P＜0.05 level. The same as below.

下载: 导出CSV

| 显示表格

切根贴膜2个月后，小黑杨叶片的净光合速率、气孔导度和蒸腾速率依然低于对照。C_0.5~C₂处理的P_n较CK分别下降22.91%、17.66%和11.85%，差异显著；水分利用效率均低于CK，除C₁处理外未达到显著水平。

切根贴膜3个月后，C_0.5~C₂处理的P_n较CK分别下降8.08%、7.48%和6.10%，差异不显著；气孔导度仍明显低于CK，蒸腾速率除C_0.5处理仍明显低于CK外，C₁和C₂处理较CK无明显差异；水分利用效率C_0.5和C₁处理略高于CK，差异不显著，C₂处理则明显低于CK。

生长旺季内(7—9月)，切根贴膜处理后的小黑杨叶片气孔限制值较CK呈增加趋势，胞间CO₂浓度变化趋势与气孔导度一致，说明净光合速率的下降是由气孔限制因素引起的。

2.2 切根贴膜处理对杨树叶片气孔特征的影响

扫描电镜观察发现，气孔在小黑杨叶片的上下表皮均有分布，CK小黑杨叶片上表皮气孔数量相对较少，表面无蜡质纹饰。皮气孔数量相对较多，部分气孔周围有条索状纹饰(图 2A~2C), 膜处理后的小黑杨叶片气孔特征与对照相比无明显差异(图 2D~2F)。

图 2 切根贴膜处理对杨树叶片气孔特征的影响

A.处理的上表皮，500×；B.处理的下表皮，500×；C.处理的下表皮，2000×；D.贴膜处理的上表皮(以8月C_0.5处理为例)；E.贴膜处理的下表皮(以8月C_0.5处理为例)；F.贴膜处理的下表皮(以8月C_0.5处理为例)2000×。

Figure 2. Effects of root excision mulched with plastic film treatments on stomatal characteristics of poplar leaves

A, daxial-CK, 500×; B, baxial-CK, ×500;C, baxial-CK, 2000×; D, daxial-C_0.5, 500×(taking treatment in August as an example); E, baxial-C_0.5, 500×(taking treatment in August as an example); F, axial-C_0.5, 2000×(taking treatment in August as an example).

下载: 全尺寸图片幻灯片

生长旺季(7—9月)内小黑杨叶片上表皮气孔密度逐渐上升，叶片下表皮气孔密度呈先上升后略微下降趋势(表 2)。在7—8月，C_0.5~C₂处理的上表皮气孔密度平均值较CK分别下降约52.5%和23.3%，差异显著，不同程度切根贴膜处理间无明显差异；9月C_0.5处理的上表皮气孔密度较CK下降19.9%，仍明显低于CK，而C₁和C₂处理的上表皮气孔密度略低于CK，差异未达到显著水平。C_0.5~C₂处理的下表皮气孔密度平均值在7月较CK下降约9.1%，8—9月较CK分别上升约15.1%和12.7%，差异显著，而C_0.5~C₂处理间无明显差异。

表 2 切根贴膜处理对杨树叶片气孔特征参数的影响

Table 2. Effects of root excision mulched with plastic film treatments on stomatal characteristic parameters of poplar leaves

月份 Month	处理 Treatment	气孔密度/(个·mm^-2) Density/(number·mm^-2)		气孔长度Stomata length/μm		气孔宽度Stomata width/μm
月份 Month	处理 Treatment	上表皮Adaxial	下表皮Abaxial	上表皮Adaxial	下表皮Abaxial	上表皮Adaxial	下表皮Abaxial
7	CK	19.3±1.9a	136.9±24.4a	24.2±3.1a	27.9±3.9a	15.1±2.8a	16.3±3.2a
	C_0.5	9.7±1.7b	125.2±17.9b	23.7±3.8a	25.2±3.9b	14.4±2.9a	15.9±3.0a
	C₁	9.5±1.5b	125.0±12.5b	22.8±3.9a	26.8±3.8b	14.5±2.4a	16.2±3.1a
	C₂	8.3±1.1b	123.2±16.8b	23.6±3.5a	27.2±4.0ab	14.4±2.6a	15.8±3.1a
8	CK	22.0±2.0a	157.4±7.6b	25.0±3.2a	24.4±4.1a	14.8±2.3a	15.2±2.9a
	C_0.5	17.3±1.1b	174.9±10.2a	25.6±3.5a	22.4±4.8c	15.2±2.3a	14.6±2.7b
	C₁	17.3±1.2b	186.0±26.8a	26.0±4.1a	23.0±3.9bc	15.3±2.5a	14.6±2.7b
	C₂	16.0±2.3b	168.2±8.7a	24.8±4.0a	23.6±4.0b	15.6±2.1a	14.9±2.9ab
9	CK	33.2±3.0a	151.0±4.6b	24.2±4.2a	23.3±3.9a	14.0±2.4a	14.4±2.8a
	C_0.5	26.6±1.2b	168.8±25.8a	23.2±2.1a	21.0±4.0c	14.9±2.0a	13.3±2.6b
	C₁	29.9±2.0ab	168.2±8.7a	23.5±2.7a	21.6±3.6bc	14.5±2.5a	13.4±2.3b
	C₂	31.2±1.1a	173.6±7.1a	22.9±4.3a	22.0±3.4b	14.0±2.4a	13.5±2.6b

下载: 导出CSV

| 显示表格

切根贴膜处理后的小黑杨叶片上表皮气孔大小(长度×宽度)在生长季内与CK相比无明显差异。小黑杨叶片下表皮气孔大小在生长季内逐渐减小，在7—9月，C_0.5处理的下表皮气孔长度较CK分别减小9.7%、8.2%和9.9%，C₁处理的下表皮气孔长度较CK分别减小3.9%、5.7%和7.3%，C₂处理的下表皮气孔长度较CK分别减小2.5%、3.3%和5.6%；除7月C₂处理未达到显著水平外，其他处理均明显低于CK。可见，切根贴膜距树干距离越近，叶片下表皮气孔长度越小，随着处理时间的延长，叶片气孔长度较CK差异越大。C_0.5~C₂处理的下表皮气孔宽度在生长季内逐渐小于CK，C_0.5和C₁处理的下表皮气孔宽度在8—9月明显低于CK，而C₂处理的下表皮气孔宽度也在9月显著低于CK。

2.3 切根贴膜处理对杨树叶片叶绿体超微结构的影响

正常条件下，7月小黑杨的叶肉细胞中叶绿体紧贴细胞壁分布，多呈梭形或椭球形，叶绿体中淀粉粒清晰可见。基质中嗜锇颗粒数量较少(图 3A1)。8月小黑杨的叶绿体结构与7月相比变化不大，叶绿体片层清晰，排列整齐，基质中嗜锇颗粒数量有增加趋势(图 3A2)。9月小黑杨的叶绿体结构基本呈正常形态，但叶绿体与细胞壁相邻面积减小，出现质壁分离现象(图 3A3)。

图 3 切根贴膜处理对杨树叶片叶绿体超微结构的影响

A1~A3.7—9月对照处理；B1~B3.7—9月C_0.5处理；C1~C3.7—9月C₁处理；D1~D3.7—9月C₂处理；CP.叶绿体；SG.淀粉粒；N.细胞核；W.细胞壁; O.嗜锇颗粒。

Figure 3. Effects of root excision mulched with plastic film treatments on the ultrastructure of chloroplasts of poplar leaves

A1-A3，control treatment in July to September；B1-B3，C_0.5 treatment in July to September；C1-C3，C₁ treatment in July to September；D1-D3，C₂ treatment in July to September; CP，chloroplasts；SG，starch grain；N，nucleus；W，cell wall; O，osmiophilic granules.

下载: 全尺寸图片幻灯片

小黑杨经切根贴膜处理1个月后，与CK相比，其叶肉细胞内的叶绿体轻微膨胀，淀粉粒大小明显变小，数量减少(图 3B1~3D1)。C_0.5处理的叶绿体片层变稀薄模糊，出现明显的质壁分离现象，基质中嗜锇颗粒数量大量增加(图 3B1)；C₁处理的类囊体略有膨胀，叶绿体片层空间变大，出现较小的透明腔，少部分片层出现轻微扭曲的现象，嗜锇颗粒数量增加(图 3C1)；C₂处理的叶绿体结构与CK相比无明显变化(图 2D1)。小黑杨经切根贴膜处理2个月后，除C_0.5处理的嗜锇体数量和体积较CK增加外(图 3B2)，其他处理的叶肉细胞内叶绿体结构与CK差异不明显(图 3C2、3D2)，C₂处理的淀粉粒数量有增加现象(图 3D2)。小黑杨经切根贴膜处理3个月后，C₁和C₂处理的叶绿体中淀粉粒的数量和体积明显增加(图 3C3、3D3)，叶肉细胞内的叶绿体与其他结构CK相比已无明显差异(图 3B3~3D3)。

3. 结论与讨论

Pezeshki等^[11]研究发现，断根能降低植物的光合作用。主要是由于断根造成植株根系生物量下降，在一段时间内吸收不到足够的水养，植株的光合速率随着断根程度的加重相应降低^[12]。本研究得出相似结论。切根贴膜1个月后的杨树净光合速率显著下降，下降幅度随着断根强度的加大而增加。这可能是由于切根贴膜处理后的杨树处于干旱胁迫状态，根系将水力信号和化学信号传导到叶片，引起气孔关闭，气孔阻力升高，蒸腾速率下降导致光合速率降低^[13]。切根贴膜距离树干位置越近，根系损伤越大，气孔导度和蒸腾速率下降越明显。切根贴膜2个月后的杨树净光合速率仍明显低于对照，但降低幅度有所减小。切根贴膜3个月后，杨树叶片的净光合速率略低于对照，未达到显著水平。应是经过一段时间的恢复，各断根处理的切口处萌发出新根，扩大了根系吸收面积，从而使水分吸收增加，可以推测光合速率的升高取决于新根的出现。

光合作用与植物的生长状况密切相关。一般将影响植物光合作用的因子分为气孔因子和非气孔因子。Farquhar等^[14]认为，判断光合作用下降的主要原因，要看G_s和C_i的变化规律是否相同。如果光合速率下降时，G_s和C_i同时降低，则气孔限制是植物光合速率降低的主要原因；如果G_s下降时C_i升高，则说明光合速率的下降主要是由非气孔限制引起的。本研究中，切根贴膜处理后的杨树叶片气孔限制值增大，气孔导度和胞间CO₂含量同时下降，说明气孔限制因素是处理后杨树净光合速率下降的主要原因，这与植物在受到轻度干旱胁迫时的光合参数变化规律一致。

气孔能够影响植物的光合作用，叶片单位面积上气孔数量的多少与植物的净光合速率、蒸腾速率和气孔导度等直接相关^[15]。前人研究表明，气孔密度随着干旱胁迫程度的增加逐渐上升^[16-17]。一些学者发现中度干旱胁迫能够促进植物单位叶面积上气孔数量的增加，而重度干旱胁迫则会降低植物的气孔密度^[18-19]。本研究中，切根贴膜处理后的杨树叶片上下表皮气孔密度在7月均明显降低。可能是由于断根使杨树处于水分亏缺状态，影响了叶片气孔的发育，较少的气孔数量大幅度降低了由气孔引起的蒸腾作用，这样更有利于植物适应不利的环境条件。随后，叶片气孔密度不断增加，下表皮气孔密度在8—9月已明显高于对照，这可能是由于干旱胁迫降低了植物叶片生长速度，单位叶面积上的气孔数量因此提高，也可能是切根贴膜促进了气孔发育，直接增加了气孔数量。随着树木根系的恢复，水分吸收增加，单位面积上的气孔数目增多有利于提高净光合速率^[20-21]。

叶绿体是光合作用的主要场所。在正常条件下，小黑杨叶肉细胞中叶绿体紧贴细胞壁分布，叶绿体中含有大量的淀粉粒, 用以叶片生长或作为物质贮备供给植株营养^[22]。切根贴膜处理1个月后，小黑杨叶绿体超微结构受到明显影响，随着断根强度的加大，叶绿体发生膨胀，有明显质壁分离现象，叶绿体片层模糊，淀粉粒体积变小，数量减少，嗜锇颗粒数量大量增加。叶绿体中淀粉粒的降解、嗜锇颗粒的增加说明植物体对胁迫采取了积极的防御措施，促进淀粉粒降解，合成更多的有机溶质，以调节渗透压^[23]。叶绿体中淀粉粒的多少与植物光合作用及其他代谢能力有紧密联系，一定程度上能够反映植株的生长状况及胁迫后的恢复情况^[24]。本研究发现，C₁和C₂处理在切根贴膜3个月后叶绿体中淀粉粒的数量和体积有明显增加现象，说明当距树干≥1 m处切根贴膜时，小黑杨叶肉细胞中叶绿体的功能得到了较快的恢复。

切根贴膜技术方法简单，具有投资少、见效快、回报高、能长时间发挥作用等特点^[25]。林带经过切根贴膜技术改良后，胁地范围内作物长势显著提高，可以达到正常农田的90%以上^[26]。每公顷胁地贴膜成本费为615元，扣除成本，当年每公顷增收4 424元^[27]。在自然条件下，切根贴膜处理的有效作用时间可达15年以上^[6]。切根沟深度主要取决于树木根系在土壤中分布状况，根据树种、林龄的不同一般选择在距地表为60~80 cm之间。林带切根沟与林带距离尚没有统一标准且缺乏理论支持。在本研究中，杨树通过改变自身的光合生理特性来适应切根贴膜所导致的水分胁迫，叶片气孔形态及叶绿体超微结构都发生了适应性变化，叶片净光合速率在切根贴膜3个月后基本恢复到对照水平，说明杨树因切根贴膜而导致的叶片结构与功能的损伤是可逆的。因此，距树干0.5~2 m处切根贴膜是可行的。但是，切根贴膜位置与树干距离越近，对树木根系的伤害越大，根系吸收水分和养料的空间越小，所需恢复时间越长。所以在不过多占用耕地的前提下，应尽量增加断根沟与林带的距离，保证树木有充分的水分和养料吸收空间。

另外，本研究结果只是反映了不同距离的切根贴膜处理对杨树光合生理特性、气孔特征及叶绿体超微结构一年的短期影响，而关于多年的作用效果还有待进一步研究。

图 1 ‘朱砂判’×‘Cream Delight’杂种后代早期形态图

Figure 1. Early morphology of 'Zhu Sha Pan'× 'Cream Delight' hybrids

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 2 亲本及杂交后代的染色体核型和模式图(‘朱砂判’×‘Cream Delight’)

Figure 2. Chromosome karyotypes and idiograms of hybrids and their parents ('Zhu Sha Pan'× 'Cream Delight')

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 3 引物S3、55、S16荧光检测图

荧光检测图顺序对应表 5中的编号

Figure 3. Fluorescence detection figures by primer S3, 55, S16

No. corresponding to the No. in Tab. 5

下载: 全尺寸图片幻灯片

表 1 父本基本信息

Table 1 Basic information of male parent

杂交类型 Hybrid type	父本 Male parent	品种群 Cultivar group	花型 Flower type	花色 Flower color
组内近缘杂交 Hybridization in Lactiflora group	‘Kansas’	中国芍药品种群 Lactiflora group	皇冠型 Crown type	红色 Red
	‘Taff’	中国芍药品种群Lactiflora group	皇冠型 Crown type	粉色 Pink
	‘Karl Rosenfield’	中国芍药品种群 Lactiflora group	菊花型 Chrysanthemum type	紫红色 Purple
组内远缘杂交Interspecific hybridization in sect. Paeonia	‘Garden Peace’	杂种芍药品种群Hybrid group	单瓣型 Single type	白色 White
	‘Pink Teacup’	杂种芍药品种群Hybrid group	单瓣型 Single type	奶油粉 Cream pink
	‘Cream Delight’	杂种芍药品种群Hybrid group	单瓣型 Single type	奶油色 Cream
组间远缘杂交 Intersectional hybridization	‘凤丹白’‘Feng Dan Bai’	凤丹品种群 Feng Dan cultivar group	单瓣型 Single type	白色 White
	‘姚黄’ ‘Yao Huang’	中原牡丹品种群 Zhongyuan cultivar group	皇冠型 Crown type	淡黄色 Light yellow
	‘High Noon’	Lemoine系 Lemoine strain	荷花型 Lotus type	黄色 Yellow
	‘Dao Da Chen’	日本牡丹品种群 Japanese cultivar group	菊花型 Chrysanthemum type	蓝紫色 Blue-pruple

下载: 导出CSV

表 2 杂交结实统计

Table 2 Seed-set of different cross combinations

杂交类型 Hybrid type	母本 Female parent	父本 Male parent	授粉花朵数 Number of pollinated flower	结籽数 Total number of seed	单花结籽数 Seed number per flower
组内近缘杂交 Hybridization in Lactiflora group	‘朱砂判’‘Zhu Sha Pan’	‘Kansas’	30	173	5.77
	‘朱砂判’‘Zhu Sha Pan’	‘Taff’	36	204	5.67
	‘朱砂判’‘Zhu Sha Pan’	‘Karl Rosenfield’	27	159	5.89
组内远缘杂交Interspecific hybridization in sect. Paeonia	‘朱砂判’‘Zhu Sha Pan’	‘Garden Peace’	21	29	1.38
	‘朱砂判’‘Zhu Sha Pan’	‘Pink Teacup’	22	49	2.23
	‘朱砂判’‘Zhu Sha Pan’	‘Cream Delight’	128	79	0.62
组间杂交 Intersectional hybridization	‘朱砂判’‘Zhu Sha Pan’	‘凤丹白’‘Feng Dan Bai’	50	0	0
	‘朱砂判’‘Zhu Sha Pan’	‘姚黄’‘Yao Huang’	50	0	0
	‘朱砂判’‘Zhu Sha Pan’	‘High Noon’	51	0	0
	‘朱砂判’‘Zhu Sha Pan’	‘Dao Da Chen’	33	9	0.27

下载: 导出CSV

表 3 亲本和杂交后代的核型参数(‘朱砂判’× ‘Cream Delight’)

Table 3 Chromosome parameters of parents and progenies ('Zhu Sha Pan'× 'Cream Delight')

品种 Cultivar	相对长度 Relative length/%	臂比值 Arm ratio	最长染色体/最短染色体 The longest chromosome/The shortest chromosome	核不对称系数 Asymmetry index/%	着丝粒指数 Centromere/%	核型分类 Karyotype	核型公式 Formula of karyotype
‘朱砂判’‘Zhu Sha Pan’	16.40~25.02	1.28~5.00	1.53	63.71	16.67~43.78	2A	2n=2x=10=6m+2sm+2st
‘Cream Delight’	15.23~23.61	1.17~3.66	1.55	59.98	21.48~46.01	2A	2n=4x=20=12m+4sm+4st
ZC1	15.22~26.11	1.10~3.00	1.72	59.19	25.00~49.46	2A	2n=2x=10=6m+2sm+2st
ZC2	16.03~24.39	1.42~4.64	1.52	62.18	17.72~46.56	2A	2n=2x=10=6m+2sm+2st
ZC3	15.96~24.20	1.34~3.98	1.52	61.97	20.09~44.94	2A	2n=2x=10=6m+2sm+2st
ZC4	17.68~23.81	1.23~4.23	1.35	61.61	19.11~44.93	2A	2n=3x=15=9m+3sm+3st
ZC5	14.87~25.68	1.35~4.74	1.73	62.61	17.42~45.69	2A	2n=3x=15=9m+3sm+3st
ZC6	16.24~24.80	1.22~3.60	1.53	62.41	21.73~45.05	2A	2n=3x=15=9m+3sm+3st
ZC7	12.38~27.33	1.33~3.33	2.21	62.72	23.12~42.91	2B	2n=3x=15=9m+3sm+3st
注：m代表染色体臂比值为1.01~1.70；sm代表染色体臂比值为1.71~3.00；st代表染色体臂比值为3.01~7.00。Notes：metacentric (m):the arm ratio of each chromosome is from 1.01 to 1.70; submetacentric (sm):the arm ratio of each chromosome is from 1.71 to 3.00; subtelocentric (st):the arm ratio of each chromosomes is from 3.01 to 7.00.

下载: 导出CSV

表 4 SSR多态性引物

Table 4 SSR primers of Paeonia lactiflora

引物(序列符号) Primer sequence(No.)	序列(5′-3′) Primer sequence (5′-3′)	重复基序 Repeat motif	目的片段 Target fragment/bp	退火温度Annealing temperature/℃
44	F CACAATCAAAGTTTAAAGTGGTGATGT R CGTAGATGAGCACTTGTATTCTTCCT	(AG)₁₃A	293	58
45	F GGAAAGGAGAAAGAGGACACTCA R CACATCGGGATTTGTTAGCG	(AC)₂₀(TA)₉	292	55
55	F CCAGTTATGGCGTCGTCTACTCTT R GGAAAGGAAGGCAAGCTGATG	(CT)₁₃	213	57
S3 (CL1109Contig1)	F CCCTCCCTTTCTTCACTTCC R TTGAAACCCTAAACCCACCA	(CT)₈	227	55
S8 (CL17410Contig1)	F GAATCCACGAAAAATACGCA R AGCGGGATGTAACCCTTCTT	(AG)₁₂	254	53
S16 (CL25347Contig1)	F TTGAACAGCATTTGCACCTC R ATGCGCTCTCTCTGTTTGGT	(AT)₈	245	54
S30(CL9771Contig1)	F TGAAAGGTGCACCATCAAAA R ACGATCCCTCCTTTTCCATT	(AG)₉	243	52

下载: 导出CSV

表 5 亲本和杂交后代经7对SSR多态性引物扩增结果

Table 5 Amplified results of hybrids and their parents by 7 SSR primers

品种 Cultivar	引物Primer
品种 Cultivar	44	45	55	S3	S8	S16	S30
‘朱砂判’‘Zhu Sha Pan’	282, 286	270, 286	220, 224	228, 238	208	255, 275	243
‘Cream Delight’	282, 296	262, 270, 272, 286	224, 226	228, 238	156, 208	245, 255, 273, 275	243, 247
ZC1	282	270	224, 226	232, 238	208	255, 275	243
ZC2	282, 286	286, 288	214, 224	228, 238	208	245	243
ZC3	282, 286	286	214, 224	228, 238	208	245	243, 247
ZC4	282, 294	270	224, 226	228	156, 208	273, 275	243
ZC5	282, 286	270	224, 226	228	156, 208	273, 275	243
ZC6	282, 286	286	220, 224	228	208	255	243
ZC7	282, 286	262, 286	220, 224	228, 238	208	273, 275	243

下载: 导出CSV

参考文献(25)

[1]	HONG D Y, PAN K Y, ZHOU S L, et al. Peonies of the world[M]. Kew: Royal Botanic Gardens, 2010.
[2]	李嘉珏.中国牡丹与芍药[M].北京:中国林业出版社, 1995. LI J J. Peonies of China[M]. Beijing: China Forestry Publishing House, 1995.
[3]	邓衍明, 叶晓青, 佘建明, 等.植物远缘杂交育种研究进展[J].华北农学报, 2011, 26(增刊): 52-55. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/hbnxb2011z1013 DENG Y M, YE X Q, SHE J M, et al. The research progress on distant hybridization of plant breeding[J]. Acta Agriculture Boreali-Sinica, 2011, 26(Suppl.): 52-55. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/hbnxb2011z1013
[4]	陆光沛, 于晓南.美国芍药牡丹协会金牌奖探析[J].中南林业科技大学学报, 2009, 29(5): 191-194. doi: 10.3969/j.issn.1673-923X.2009.05.020 LU G P, YU X N. An analysis of the American Peony Society's gold medal[J]. Journal of Central South University of Forestry and Technology, 2009, 29 (5): 191-194. doi: 10.3969/j.issn.1673-923X.2009.05.020
[5]	SMITH D. ('Martha Washington'×'Golden Era') intersectional hybrids[J]. Paeonia, 2000, 30 (2): 6.
[6]	何桂梅, 孙菊芳, 成仿云.牡丹芍药组间杂交种的起源及其发展[J].北方园艺, 2006 (6): 106-108. doi: 10.3969/j.issn.1001-0009.2006.06.056 HE G M, SUN J F, CHENG F Y. The origin and development of intersectional cross of tree peony and herbaceous[J]. Northern Horticulture, 2006 (6): 106-108. doi: 10.3969/j.issn.1001-0009.2006.06.056
[7]	吴静, 成仿云, 张栋. '正午'牡丹的杂交利用及部分杂种AFLP鉴定[J].西北植物学报, 2013, 33 (8): 1551-1557. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/xbzwxb201308008 WU J, CHENG F Y, ZHANG D. Utilizing 'High Noon' in the crossing breeding of tree peonies and early identification of some hybrids by AFLP markers[J]. Acta Botanica Boreali-Occidentalia Sinica, 2013, 33 (8): 1551-1557. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/xbzwxb201308008
[8]	丁晓六, 刘佳, 赵红霞, 等.现代月季和玫瑰杂交后代的鉴定与评价[J].北京林业大学学报, 2014, 36 (5): 123-130. doi: 10.13332/j.cnki.jbfu.2014.05.005 DING X L, LIU J, ZHAO H X, et al. Hybrid identification and morphological evaluation of modern roses (Rosa hybrida)×Rosa rugosa [J]. Journal of Beijing Forestry University, 2014, 36 (5): 123-130. doi: 10.13332/j.cnki.jbfu.2014.05.005
[9]	刘伟.不同倍性燕麦种质核型鉴定和SSR指纹图谱构建[D].北京: 中国农业科学院, 2012. http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-82101-1012415683.htm LIU W. Karyotype characterization and SSR fingerprint of different of different ploidy oat germplasm[D]. Beijing: Chinese Academy of Agricultural Sciences, 2012. http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-82101-1012415683.htm
[10]	徐顺超, 管洁, 曹荷艳, 等.百合杂交育种亲和性与染色体倍性相关性研究[J].分子植物育种, 2014, 12 (2): 316-322. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=fzzwyz201402015 XU S C, GUAN J, CAO H Y, et al. Study on the relationship between lily cross-breeding affinity and ploidy levels[J]. Molecular Plant Breeding, 2014, 12 (2): 316-322. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=fzzwyz201402015
[11]	管洁, 焦雪辉, 吴锦娣, 等.用ISSR分子标记鉴定亚洲百合杂种F1代[J].分子植物育种, 2013, 11 (3): 415-420. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/fzzwyz201303021 GUAN J, JIAO X H, WU J D, et al. Identification of Asian lily hybrid F1 by using ISSR[J]. Molecular Plant Breeding, 2013, 11 (3): 415-420. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/fzzwyz201303021
[12]	YUAN J H, CHENG F Y, ZHOU S L. Hybrid origin of Paeonia×yananensis revealed by microsatellite markers, chloroplast gene sequences, and morphological characteristics[J]. International Journal of Plant Sciences, 2010, 171: 409-420. doi: 10.1086/651228
[13]	ZHANG J J, SHU Q Y, LIU Z A, et al. Two EST-derived marker systems for cultivar identification in tree peony[J]. Plant Cell Report, 2012, 31: 299-310. doi: 10.1007/s00299-011-1164-1
[14]	GUO X, LI Y, LI C, et al. Analysis of the Dendrobium officinale transcriptome reveals putative alkaloid biosynthetic genes and genetic markers[J]. Gene, 2013, 527(1): 131-138. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=e7fd90588afe74dfaa256c61bba79278
[15]	YU H P, CHENG F Y, ZHONG Y, et al. Development of simple sequence repeat (SSR) markers from Paeonia ostii to study the genetic relationships among tree peonies (Paeoniaceae)[J]. Scientia Horticulturae, 2013, 164: 58-64. doi: 10.1016/j.scienta.2013.06.043
[16]	WU J, CAI C F, CUI H L, et al. Characterisation and development of EST-SSR markers in tree peony using transcriptome sequences[J]. Molecular Breeding, 2014(34): 1853-1866. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=125369a8a183ee657b719aa49fa70283
[17]	马慧, 于晓南. 4个观赏芍药新品种染色体核型分析[J].河北农业大学学报, 2013, 36 (6): 61-65. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/hbnydxxb201306012 MA H, YU X N. Studies on karyotypes of four cultivars in herbaceous peony[J]. Journal of Agricultural University of Hebei, 2013, 36 (6): 61-65. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/hbnydxxb201306012
[18]	李懋学, 陈瑞阳.关于植物核型分析的标准化问题[J].武汉植物学研究, 1985, 3(4): 297-302. doi: 10.1002-polb.21779/ LI M X, CHEN R Y. A suggestion on the standardization of karyotype analysis in plants[J]. Journal of Wuhan Botanical Research, 1985, 3(4): 297-302. doi: 10.1002-polb.21779/
[19]	STEBBINS G L. Chromosomal evolution in higher plants[M]. London: Edward Aronld, 1971: 87-93.
[20]	ARANO H. Cytological studies in subfamily Carduoideae (Compositae) of Japan Ⅸ[J]. Botanical Magazine, 1963(76): 32-39.
[21]	GUO X R. Karyotype analysis of some formosan gymnosperms[J]. Taiwania, 1972, 17(1): 66-80. http://www.twscholar.com/Publication/alDetailedMesh?DocID=0372333X-197203-201303080035-201303080035-66-80
[22]	JI L J, SILVA T J, ZHANG J J, et al. Development and application of 15 novel polymorphic microsatellite markers for sect. Paeonia (Paeonia L.)[J]. Biochemical Systematics and Ecology, 2014, 54: 257-266. doi: 10.1016/j.bse.2014.02.009
[23]	张建军, 季丽静, 刘仲赫, 等.引进观赏芍药新种质的SSR指纹图谱构建[J].东北林业大学学报, 2015, 43(3): 70-74. doi: 10.3969/j.issn.1000-5382.2015.03.016 ZHANG J J, JI L J, LIU Z H, et al. Constructing SSR fingerprinting for introduced new germplasm of Paeonia L.[J]. Journal of Northeast Forestry University, 2015, 43(3): 70-74. doi: 10.3969/j.issn.1000-5382.2015.03.016
[24]	张栋.牡丹远缘杂交及部分杂交后代的AFLP分子标记鉴定[D].北京: 北京林业大学, 2008. http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-10022-2008084683.htm ZHANG D. Distant cross-breeding in tree peony and identification of some hybrids by AFLP[D]. Beijing: Beijing Forestry University, 2008. http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-10022-2008084683.htm
[25]	王越岚.牡丹的杂交育种及组间杂种育性的研究[D].北京: 北京林业大学, 2009. http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-10022-2009161421.htm WANG Y L. Cross-breeding in tree peony and fertility research of intersectional hybrids[D]. Beijing: Beijing Forestry University, 2009. http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-10022-2009161421.htm

施引文献(22)

期刊类型引用(11)

1.	李鑫磊，杨传颖，石宝，敖乐根. 基于深度哈希与注意力机制的花卉图像检索. 计算机仿真. 2024(02): 207-211+532 . 百度学术
2.	陈泽伟，乔印虎，周玉蝶. 基于机器视觉的白芍药材双面品质检测系统. 常州工学院学报. 2024(02): 1-7 . 百度学术
3.	崔艳荣，卞珍怡，高英宁. 基于生成对抗网络的花卉识别方法. 江苏农业科学. 2022(22): 200-208 . 百度学术
4.	何进荣，任维鑫，石延新，白宗文. 基于卷积神经网络的牡丹花品种识别. 系统仿真技术. 2021(02): 128-133 . 百度学术
5.	吴丽娜，王林山. 改进的LeNet-5模型在花卉识别中的应用. 计算机工程与设计. 2020(03): 850-855 . 百度学术
6.	黄清梅，杨晓洪，侯瑶，刘艳芳，吕宏斌. 显色图像分析技术在水稻叶耳花青甙显色目测分级中的应用. 食品安全质量检测学报. 2020(07): 2050-2056 . 百度学术
7.	任意平，夏国强，李俊丽. 基于花蕊区域定位的花卉识别方法. 电子测量技术. 2020(07): 97-102 . 百度学术
8.	李晓红，吴仲华，刘海秋，马慧敏. 基于卷积神经网络模型的多肉植物种类识别. 贵州师范学院学报. 2020(03): 9-15 . 百度学术
9.	刘嘉政. 基于深度迁移学习模型的花卉种类识别. 江苏农业科学. 2019(20): 231-236 . 百度学术
10.	刘文定，李安琪，张军国，谢将剑，鲍伟东. 基于ROI-CNN的赛罕乌拉国家级自然保护区陆生野生动物自动识别. 北京林业大学学报. 2018(08): 123-131 . 本站查看
11.	张彤，刘志，庄新卿. 基于开发者平台和深度学习的智能识花与护花系统. 工业控制计算机. 2018(01): 90-92 . 百度学术

其他类型引用(11)

资源附件(0)

图(3) / 表(5)

计量

文章访问数: 2468
HTML全文浏览量: 507
PDF下载量: 44
被引次数: 22

1. 研究地概况与研究方法
1.1 试验地概况
1.2 试验设计
1.3 试验方法
1.3.1 光合特征参数测定
1.3.2 气孔特征观察
1.3.3 叶绿体超微结构观察
1.4 数据分析
2. 结果与分析
2.1 切根贴膜处理对杨树叶片光合生理特性影响
2.2 切根贴膜处理对杨树叶片气孔特征的影响
2.3 切根贴膜处理对杨树叶片叶绿体超微结构的影响
3. 结论与讨论

1. 研究地概况与研究方法
1.1 试验地概况
1.2 试验设计
1.3 试验方法
1.3.1 光合特征参数测定
1.3.2 气孔特征观察
1.3.3 叶绿体超微结构观察
1.4 数据分析
2. 结果与分析
2.1 切根贴膜处理对杨树叶片光合生理特性影响
2.2 切根贴膜处理对杨树叶片气孔特征的影响
2.3 切根贴膜处理对杨树叶片叶绿体超微结构的影响
3. 结论与讨论

参考文献(25)

施引文献

资源附件(0)

芍药属组内组间杂交及部分后代核型分析与SSR鉴定

作者简介: 刘建鑫。主要研究方向：芍药资源与育种。Email：jianxinliu@hotmail.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

责任作者: 于晓南，博士，教授。主要研究方向：园林植物资源与育种。Email:yuxiaonan626@126.com 地址：同上

计量

出版历程