鹤顶兰(Phaius_ta...villeae)杂交亲和力_陈伦妍.pdf

收稿日期:20211130修回日期:20220119基金项目:国家重点研发计划项目(2019YFD1000400);福建省创新训练项目(S202110389060);福建农林大学植物新资源开发与利用服务团队项目(11899170124)作者简介:陈伦妍(1997)，女研究方向:植物杂交育种Email:3388645193 qqcom通信作者翟俊文(1985)，男，副教授研究方向:兰科植物分类学、生物地理学、保育生物学与育种Email:zhaijw 163com鹤顶兰(Phaius tancarvilleae)杂交亲和力陈伦妍1，2，郑忠禄3，冀宏宇1，2，陆艾鲜1，2，林子润1，2，成果1，2，黄元贞4，吴沙沙1，2，翟俊文1，2(1福建农林大学风景园林与艺术学院，福建 福州 350002;2兰科植物保护与利用国家林业和草原局重点实验室，福建 福州 350002;3厦门大学环境与生态学院，福建 厦门 361005;4漳州城市职业学院，福建 漳州 363000)摘要:对鹤顶兰属种间和属间进行 6 个组合的杂交试验，并统计其有胚率、着色率和无菌播种萌发率结果表明:(1)不同杂交组合所得种子的有胚率、着色率和萌发率均差异显著，其中，有胚率最高的为银带虾脊兰鹤顶兰，着色率最高的为中越鹤顶兰保禄鹤顶兰，萌发率最高的为鹤顶兰黄花鹤顶兰;(2)鹤顶兰黄花鹤顶兰组合后代，在外部形态、着色率、萌发率方面均优于鹤顶兰同株自花授粉所得的种子，说明鹤顶兰与黄花鹤顶兰的杂交亲和力较强;(3)鹤顶兰与虾脊兰属植物进行属间杂交是可行的，但其杂交亲和力显著低于属内种间杂交亲和力该试验为鹤顶兰属植物杂交育种中选择合适的亲本、缩短育种周期提供了依据开放科学(资源服务)标识码(OSID)关键词:鹤顶兰;杂交育种;杂交亲和力;种间杂交和属间杂交中图分类号:S68231文献标识码:A文章编号:1671-5470(2023)03-0294-06DOI:1013323/jcnkijfafu(natsci)202303002Cross-compatibility of Phaius tancarvilleaeCHEN Lunyan1，2，ZHENG Zhonglu3，JI Hongyu1，2，LU Aixian1，2，LIN Zirun1，2，CHENG Guo1，2，HUANG Yuanzhen4，WU Shasha1，2，ZHAI Junwen1，2(1College of Landscape Architecture and Art，Fujian Agriculture and Forestry University，Fuzhou，Fujian 350002，China;2Key Laboratory of National Forestry and Grassland Administration for Orchid Conservation and Utilization，Fuzhou，Fujian 350002，China;3College of the Environment Ecology，Xiamen University，Xiamen，Fujian361005，China;4Zhangzhou City College，Zhangzhou，Fujian 363000，China)Abstract:A total of 6 interspecific and intergeneric hybridizations of Phaius were set up，and detected for embryogenic rate，TTCpigmentation rate and sterile germination rate The main results were as follows:(1)there were significant differences in embryogen-ic rate，TTC pigmentation rate and germination rate among various hybridized combinations The combination of Calanthe argenteos-triata Phaius tankervilleae had the highest embryogenic rate while Ptonkinensis Ptancarvilleae var baolocensis and PtankervilleaePflavus had the greatest pigmentation rate and germination rate，respectively(2)The hybrid seeds from Ptankervilleae Pflavuswere superior to those from the self-pollination of Ptankervilleae in morphology，TTC pigmentation rate and germination rate，whichindicated the strong hybrid cross-compatibility between Ptankervilleae and Pflavus(3)It is feasible to conduct intergeneric hybrid-ization between Ptankervilleae and Calanthe，but the cross-compatibility was lower than those of interspecific hybridization withinPhaius This study provided a reference for the selection of suitable hybrid parents and shortened crossbreeding cycle of Phaius herbKey words:Phaius tancarvilleae;crossbreeding;cross-compatibility;interspecific and intergeneric hybridization鹤顶兰(Phaius tancarvilleae)是兰科(Orchidaceae)鹤顶兰属(Phaius)多年生草本植物，是热带、亚热带地区较为常见的大型野生兰我国有 10 余个鹤顶兰属原生种，分布于西南和华南各省区1，种质资源较丰富该属植物的花具有较高的观赏价值，花朵大且数量多，花色艳丽且变化丰富，可作盆花、切花，亦可在庭院、公园等较荫处栽培和造景23 但该属植物种质资源在相当长时间内未受到重视，许多仍处于野生状福建农林大学学报(自然科学版)第 52 卷 第 3 期Journal of Fujian Agriculture and Forestry University(Natural Science Edition)2023 年 5 月态，其基础性研究和园林利用还比较滞后，育种工作进展缓慢，新品种种类少，无法满足市场需求，导致大量野生种被采挖贩卖，野生资源面临巨大灾难4 此外，由于赖以生存的自然环境恶化5、人为过度采挖，野生种群数量不断减少，致使许多地生种类的鹤顶兰属处于濒危状态6 杂交是应用最广的植物育种方法78 国外鹤顶兰属杂交育种工作很早之前就已开展，例如，美国培育的鹤顶虾脊兰 烈火战车 Phaiocalanthe KryptoniteChariot of Fire(Calanthe ozelPhaius tancarvilleae)已在全世界范围内上市和广泛栽培由鹤顶兰与虾脊兰属间杂交育成的鹤虾兰厄苏拉(PhaiocalantheKryptoniteUrsula)和鹤虾兰 梦想(Phcal KryptoniteLeatha s Dream)，以及由鹤顶兰与杂种虾脊兰异属杂交育成的鹤虾兰 东京午夜(Phcal KryptoniteTokyo Midnight)市场价值均较高9 目前鹤顶兰属杂交亲和力的相关研究较少研究表明10，鹤顶兰与黄花鹤顶兰杂交可以顺利产生后代并开花，且 F1代花朵性状与亲本相似但又存在差异;紫花鹤顶兰和鹤顶兰的正反交试验结果表明，非共生萌发获得的杂交后代幼苗生长良好且性状优于亲本11 国内对鹤顶兰属植物杂交育种的相关研究较少英国皇家园艺学会(oyal Horticultural Society，HS)共登录 81 个鹤顶兰属杂交组合，我国育种学家登录的杂交组合仅 2 个:鹤顶兰孔雀开屏(PhaiusFra-grant Peacock)、鹤虾兰 粉色回忆(PhcalPink Memory)此外，有报道的新品种还有鹤顶兰 紫唇 和鹤顶兰 秋香12(Phaius Autumn Fragrance)，但未见登录或相关认定文件，市场上也未能获得相关活体本试验进行鹤顶兰属种间和属间共 6 个组合的杂交试验，以探究鹤顶兰的杂交亲和力，从而为筛选合适的杂交亲本、缩短育种周期提供依据1材料与方法11供试材料杂交所用植株栽培于福建农林大学森林兰苑(图 1)杂交亲本包括鹤顶兰、黄花鹤顶兰(Pflavus)、三褶虾脊兰(Calanthe triplicata)和银带虾脊兰(Cargenteostriata)、中越鹤顶兰(Ptonkinensis)、保禄鹤顶兰(Ptancarvilleae var baolocensis)A:鹤顶兰;B:黄花鹤顶兰;C:三褶虾脊兰;D:银带虾脊兰;E:保禄鹤顶兰;F:中越鹤顶兰图 1杂交亲本植株Fig1Plants of cross parents12杂交组合与授粉授粉试验分 2 批进行(表 1)第 1 批于 2021 年 45 月进行，包括鹤顶兰自花授粉、鹤顶兰黄花鹤顶兰、鹤顶兰三褶虾脊兰、银带虾脊兰鹤顶兰，授粉所用花粉现采现用第 2 批于 2021 年 10 月进行，即中越鹤顶兰银带虾脊兰、中越鹤顶兰保禄鹤顶兰，授粉所用花粉于 2021 年 35 月收集，放置于80 冰箱干燥贮存13 表 1杂交方法1)Table 1Hybrid combinations授粉时间母本父本父本花粉采集时间父本花粉贮存温度2021 年 45 月鹤顶兰鹤顶兰2021 年 45 月/2021 年 45 月鹤顶兰黄花鹤顶兰2021 年 45 月/2021 年 45 月鹤顶兰三褶虾脊兰2021 年 45 月/2021 年 45 月银带虾脊兰鹤顶兰2021 年 45 月/2021 年 10 月中越鹤顶兰银带虾脊兰2021 年 45 月80 2021 年 10 月中越鹤顶兰保禄鹤顶兰2021 年 3 月80 1)“/”表示父本花粉无需贮存，现取现用592第 3 期陈伦妍等:鹤顶兰(Phaius tancarvilleae)杂交亲和力选取长势良好的植株作为母本，每株选取 23 朵花进行授粉，每个杂交组合选择 30 朵花进行授粉母本花朵在花蕾期含苞待放时取下花粉，去除唇瓣并套袋母本花朵绽放 12 d 时，将父本花粉置于母本柱头上并套袋，挂上标签(记录杂交亲本和杂交时间)在授粉 7590 d 后采收蒴果，此时蒴果表皮由绿色开始转为黄色，完好未开裂采集的蒴果置于 4 干燥贮存13蒴果与种子形态观察每个杂交组合选取 6 个授粉后发育良好的成熟蒴果，共计 36 个用蒸馏水漂洗蒴果表面 23 次，自然干燥后，观察蒴果外部形态从每个蒴果内取出约 100 粒种子置于载玻片上，利用光学显微镜进行形态观察，并采用 Micrometrics SE Premium 软件测量种子的长度和宽度，计算其长、宽平均值14种子有胚率与着色率检测上述选取的 36 个成熟蒴果中，每个蒴果取约 100 粒种子，放入离心管中，加入 1%TTC(体积分数)溶液，轻微振荡，确保所有种子被浸没，再用锡箔纸包裹离心管，置于 30 恒温环境染色 1112 h，利用体视显微镜观察种子着色情况并记录每个处理均重复 3 次在随机的 3 个视野中分别统计每个视野中的有胚种子数、种胚着色种子数和视野内种子总数，用于计算种子有胚率和着色率有胚率/%=(视野中有胚种子数/视野内种子总数)100;着色率/%=(视野中着色种子数/视野内种子总数)10015种子萌发率检测清理蒴果表面的泥沙等杂质后，用 75%乙醇擦拭蒴果表面，再将其放入带盖空玻璃瓶内，加入 10 g 洗衣粉，并加水振荡，后覆上一层纱布，置于流水中冲洗 05 h在无菌环境下，利用 75%乙醇(体积分数，消毒2 min)和 10%次氯酸钠(体积分数)溶液(消毒 10 min)对蒴果外表进行消毒用无菌镊子夹取部分种子，均匀播撒在萌发培养基(200 gL1Hyponex 1+1/2 MS+037 mgL1MgSO47H2O+2500 gL1蔗糖+100 mgL16-BA+020 mgL1NAA+100 mgL1KT+550 gL1琼脂粉+150 gL1活性炭+200 gL1牛肉粉蛋白胨+50 gL1洋葱，pH 5758)14 表面，每瓶培养基均匀播撒约 300 粒种子每个蒴果接种约 30 瓶先进行 30 d 的暗培养，温度为 24;30 d 后光周期调整为每天 12 h，光照强度为 1 0001 500 lx，培养 120150 d种子萌发后，每7 d 对组培苗进行观察采用光学显微镜观察萌发情况，萌发前每14 d 观察1次，萌发阶段每 34 d 观察 1 次，记录种子萌发时间、萌发过程中发生的形态变化和萌发率当培养基表面出现肉眼可见的白色或绿色凸起时，即可视为萌发，计算播种后 180 d 内的种子萌发率14 每瓶培养基选取 5 个单位面积(1 cm1 cm)的样方，在光学显微镜下观测，上述步骤重复 3 次萌发率/%=(单位样方面积的萌发种子数/供试种子总数)10016数据统计与处理数据统计与处理采用 SPSS 220 软件，分析不同杂交组合的种子长度、宽度、有胚率、TTC 着色率和萌发率的差异显著性2结果与分析21蒴果与种子的形态特征前 4 个杂交组合所得蒴果为褐色，后 2 个组合蒴果为青绿色(图 2)6 个组合的果荚具有以下共同特征:表皮隆起、具纵条纹、两端狭长成线、中部较大呈凸起状，总体呈“两头小中间大”的形状6 个杂交组合所得种子都极为细小，颜色为浅褐色，大小似尘埃，整体形状多为长条形和披针形(图2GL)鹤顶兰自花授粉、银带虾脊兰鹤顶兰组合种子均为狭长形，长度较长、两头狭窄、中间稍宽鹤顶兰黄花鹤顶兰、中越鹤顶兰银带虾脊兰、中越鹤顶兰保禄鹤顶兰组合种子为长椭圆形，整体形状与鹤顶兰自花授粉种子相似而鹤顶兰三褶虾脊兰组合所得种子为长圆柱形，与其余组合存在显著差异对 6 个组合所得种子的长度、宽度进行测量(表 2)结果表明，鹤顶兰不经处理所得种子的长度为 9002 200 m，宽度为 160370 m鹤顶兰自花授粉、鹤顶兰黄花鹤顶兰、银带虾脊兰鹤顶兰的种子长度均大于鹤顶兰未处理组在 6 个组合中，只有鹤顶兰三褶虾脊兰、中越鹤顶兰银带虾脊兰的种子宽度小692福建农林大学学报(自然科学版)第 52 卷于鹤顶兰未处理组因此，鹤顶兰黄花鹤顶兰、银带虾脊兰鹤顶兰、中越鹤顶兰保禄鹤顶兰的种子长度、宽度与鹤顶兰自花授粉种子相似，鹤顶兰三褶虾脊兰、中越鹤顶兰银带虾脊兰的种子长度、宽度与其他组合的差异显著GL 放大倍数为 25 倍A:鹤顶兰自花授粉所得蒴果;B:鹤顶兰黄花鹤顶兰蒴果;C:鹤顶兰三褶虾脊兰蒴果;D:银带虾脊兰鹤顶兰蒴果;E:中越鹤顶兰银带虾脊兰蒴果;F:中越鹤顶兰保禄鹤顶兰蒴果;G:鹤顶兰自花授粉所得种子;H:鹤顶兰黄花鹤顶兰种子;I:鹤顶兰三褶虾脊兰种子;J:银带虾脊兰鹤顶兰种子;K:中越鹤顶兰银带虾脊兰种子;L:中越鹤顶兰保禄鹤顶兰种子图 2各杂交组合所得蒴果与种子着色Fig2Capsule and seed pigmentation of hybrid combinations表 26 个杂交组合种子的长宽值、有胚率及着色率(n=20)Table 2Length，width，embryogenic rate and pigmentation rate of seeds from 6 hybrid combinations杂交组合长/m宽/m有胚率/%着色率/%鹤顶兰自花授粉2 221511962250160929403鹤顶兰黄花鹤顶兰2 133051212697697455438鹤顶兰三褶虾脊兰98092591118116133362银带虾脊兰鹤顶兰2 227937192275566982121中越鹤顶兰银带虾脊兰1 5732231511152232110中越鹤顶兰保禄鹤顶兰2 04961607243731473960822种子有胚率与着色率方差分析表明，不同杂交组合所得种子的有胚率和着色率存在显著差异(表 2)银带虾脊兰鹤顶兰的种子有胚率最高，与鹤顶兰自花授粉组合种子差异较小，中越鹤顶兰银带虾脊兰的种子有胚率最低;中越鹤顶兰保禄鹤顶兰的种子着色率最高，其余组合的着色率总体偏低，鹤顶兰黄花鹤顶兰与鹤顶兰自花授粉的种子着色率差异最小，中越鹤顶兰银带虾脊兰的种子着色率最低6 个杂交组合中，鹤顶兰自花授粉、鹤顶兰三褶虾脊兰、银带虾脊兰鹤顶兰的种子有胚率均与着色率呈现负相关差异最大的是银带虾脊兰鹤顶兰，虽然有胚率最高(982%)，但着色率较低(121%)，可能是种胚死亡或生命力衰退所致中越鹤顶兰银带虾脊兰的种子有胚率和着色率均最低，种子活力也最低23种子萌发率方差分析表明，不同杂交组合所得种子的萌发率差异极显著(图 3、表 3)萌发率最高的是鹤顶兰黄花鹤顶兰，达 774%;中越鹤顶兰银带虾脊兰的种子萌发率最低，为 12%;鹤顶兰三褶虾脊兰与中越鹤顶兰银带虾脊兰的种子萌发率差异不显著鹤顶兰以及鹤顶兰属内杂交的种子萌发率比鹤顶兰属与虾脊兰属间杂交高 255%762%A:鹤顶兰自花授粉;B:鹤顶兰黄花鹤顶兰;C:鹤顶兰三褶虾脊兰;D:银带虾脊兰鹤顶兰图 3各杂交组合种子萌发Fig3Seed germination of hybrid combinations792第 3 期陈伦妍等:鹤顶兰(Phaius tancarvilleae)杂交亲和力3讨论与结论表 36 个杂交组合种子的萌发率(n=20)Table 3Seed germination rate of 6 hybrid combinations杂交组合种子萌发率/%鹤顶兰自花授粉529鹤顶兰黄花鹤顶兰774鹤顶兰三褶虾脊兰26银带虾脊兰鹤顶兰143中越鹤顶兰银带虾脊兰12中越鹤顶兰保禄鹤顶兰398与鹤顶兰未处理组所得种子的长度、宽度相比，鹤顶兰黄花鹤顶兰的种子膨大程度最高且最饱满杂交所得种子的有胚率、着色率和萌发率是判断杂交种子活力的重要标准，也是反映父母本杂交亲和力强弱的重要指标不同杂交组合所得种子的活力差异显著李玉萍等15 以 4 个建兰(Cymbidium ensi-folium)品种为母本，杂交兰(Cymbidium hybridumfaberi)和大花蕙兰(Cymbidium faberihybridum)为父本进行杂交，将杂交种子置于较适宜的 1/2 MS 基本培养基中进行萌发试验，各杂交组合的萌发率最高达 875%，最低为 333%本试验中，虽然银带虾脊兰鹤顶兰的种子有胚率高于鹤顶兰黄花鹤顶兰，但前者的着色率低于后者综合有胚率和着色率分析，鹤顶兰黄花鹤顶兰的种子活力强于银带虾脊兰鹤顶兰萌发率结果表明，鹤顶兰黄花鹤顶兰的种子萌发率最高(774%)，高于鹤顶兰自花授粉所得种子的萌发率(529%)，萌发率最低的是中越鹤顶兰银带虾脊兰(12%)综合所有指标分析，鹤顶兰黄花鹤顶兰的亲本间杂交亲和力最强，且子代的性状也优于亲本有研究表明16，鹤顶兰与黄花鹤顶兰杂交，F1 代遗传性状稳定，繁殖系数、花产量明显著高于父母本，且具有周年开花和花香的特点，出现超亲遗传现象，该结果与本试验结果相似本试验结果表明，鹤顶兰属内种间杂交亲和力高于其与虾脊兰属植物属间杂交的亲和力，这与前人研究结论相似1719，亲缘关系较近的亲本间杂交，杂交亲和力则较强鹤顶兰三褶虾脊兰、银带虾脊兰鹤顶兰、中越鹤顶兰银带虾脊兰的亲和力弱于鹤顶兰黄花鹤顶兰、中越鹤顶兰保禄鹤顶兰，这种差异是由亲缘关系造成的，说明通过以鹤顶兰属植物为母本、虾脊兰属植物为父本进行杂交从而培育出新品种是可行的，但属间杂交亲和力显著低于属内种间杂交的亲和力在兰属植物种间杂交育种中，由于国兰之间的亲缘关系近于国兰与大花蕙兰之间的亲缘关系，前者的杂交亲和力显著高于后者的杂交亲和力20 本试验结果表明，鹤顶兰三褶虾脊兰、中越鹤顶兰银带虾脊兰的种子活性极低，亲本间杂交亲和力也较低，出现杂交不亲和现象在墨兰(Cymbidium sinense)品种大花蕙兰品种的杂交试验和以建兰品种为母本、杂交兰品种和大花蕙兰品种为父本的杂交试验中，也均出现了杂交不亲和现象:所有杂交组合的子房虽均有不同程度的膨大，但子房膨大后 1 个月内不断有较小的果实黄化脱落，直至授粉后 3 个月内仍有果实变黄逐渐脱落21，这可能与远缘杂交中存在合子后隔离(也称受精后障碍)有关22 造成杂交不亲和现象的原因有很多，如父本的花粉活力23、柱头可授性、父母本染色体数量或倍性差异24 以及某些复杂的不亲和体系等，具体原因还需进一步探究此外，有研究表明，建兰杂交兰的亲和力较强，但杂交兰建兰的亲和力较弱25，说明二者的杂交亲和力可能具有单向性在石斛兰组内和组间杂交时发现，大部分杂交组合只能通过单向杂交结实26 而这种单向性在鹤顶兰属中是否存在，还需进一步研究综上所述，本试验得出以下结论:(1)鹤顶兰黄花鹤顶兰组合所得后代，在外部形态、着色率、萌发率方面均优于鹤顶兰同株自花授粉，说明鹤顶兰与黄花鹤顶兰的亲和力较强;(2)鹤顶兰与虾脊兰属植物进行属间杂交培育新品种的方法是可行的，但是其杂交亲和力显著低于属内种间杂交亲和力参考文献 1翟俊文兰科虾脊兰属及其近缘类群和布袋兰族的系统学研究 D 广州:中国科学院华南植物园，2013 2蓝德炎令人倾心的 鹤顶兰 J 中国花卉盆景，1988(5):5 3华文兰科地生植物 鹤顶兰 J 园林，2017(11):6669 4林兵，黄敏玲虾脊兰的栽培与利用(综述)J 亚热带植物科学，2012，41(1):7982 5BAISWA P，CHANDA S，KUMA，et al First report of leaf blight of Chinese ground orchid(Phaius tankervilliae)caused by Botrytis cinerea in India J Plant Disease，2008，92(11):15861596 6唐露中国鹤顶兰属种质资源保护与利用 D 晋中:山西农业大学，2021 7CHEN F C，CHIN S W，ZHI H J et al Novel orchid breeding to meet future market demands J Acta Horticulturae，2021892福建农林大学学报(自然科学版)第 52 卷DOI:1017660/ActaHortic202113121 8王利民，王四清，杨玉锋兰花的种质资源和育种 J 安阳工学院学报，2005(2):410 9李柯澄兰中巨无霸 鹤顶兰属植物介绍及栽培养护 7 J 花木盆景(花卉园艺)，2018(12):2829 10DEVADAS，PAMATHI K，MEITEI A L，et al Morphological description of novel Phaius primary hybrid(Orchidace-ae)J Journal of Experimental Biology and Agricultural Sciences，2019，7(2):138147 11TASANAI P，NAKKUNTOD M，HOMCHAN S，et al Production and molecular identification of interspecific hybrids betweenPhaius mishmensis(Lindl and Paxton)chb f and Phaius tankervilliae(Banks)Blume J Agriculture，2021，11(4):306319 12叶工鹤顶兰新品种 秋香鹤顶兰 J 广东园林，1996(4):9 13HIANO T，GODO T，MIYOSHI K，et al Cryopreservation and low-temperature storage of seeds of Phaius tankervilleae J Plant Biotechnol，2009，3(1):103109 14刘海平，陈秀萍，李珺，等大黄花虾脊兰种子特性及无菌播种 J 福建农林大学学报(自然科学版)，2020，49(1):2934 15李玉萍，王燕青，虞国弘，等建兰与杂交兰杂交亲和性与胚培养研究金陵科技学院学报，2017，33(1):8184 16叶振华，王怀宇，郭穗燕，等鹤顶兰杂交育种研究 J 广东园林，1996(4):1416，4 17张长芹，冯宝钧，吕元林杜鹃花属的杂交育种研究 J 云南植物研究，1998(1):9496 18周莉丁香属植物花粉特性、杂交亲和力及幼胚离体培养的研究 D 沈阳:沈阳农业大学，2002 19AMUSA O 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