滇牡丹花色的遗传背景及杂交组配

　　滇牡丹，属渐危物种，是国家二级保护植物。为培育滇牡丹新品种，拯救稀有品种，本篇农业类论文发表对滇牡丹现存的花色品类进行研究分析，发现所有性状在整体类群内均存在显著差异，但具体到某些类群间，性状差异则不显著。通过分析其花色遗传背景，构建杂交组配方式，以培育新品种。

　　推荐期刊：核心期刊《植物遗传资源学报》报道内容:大田作物、同艺作物、观赏植物、药用植物、林木、牧草及其他一切经济植物的有关遗传资源基础理论研究、应用研究方面的研究报告、学术论文和高水平综述或评论。诸如,种质资源的考察、收集、保存、评价、利用、创新、信息学、管理学等:以及起源、演化、分类等系统学:基因发掘、鉴定、克隆、基因文库建立、遗传多样性研究等。重点介绍本学科研究的新进展、新成果、新方法和新技术。欢迎从事植物遗传资源以及相关学科的科技人员、大专院校师生踊跃投稿。有关期刊有核心期刊《植物科学学报》国家级期刊《中国花卉园艺》

　　关键词：滇牡丹;花色;性状变异;育种

　　生长于云南、四川、西藏的滇牡丹(Paeo鄄nia delavayi Franch) (中国科学院昆明植物研究所, 2000) 为西南地区特有种, 花色丰富, 呈白色至暗红色的连续变异, 从而成为珍贵的牡丹育种材料。国外利用其中的黄色及紫色类型作为杂交亲本培育出‘L忆Esperance爷(‘金帝爷)、‘LaoLorraine爷 (‘金阳爷) 等黄色品种及‘中国龙爷、‘黑海盗爷等紫色品种, 尤其是当今世界上所有育成黄色牡丹品种的黄色种质均来源于滇牡丹(王志芳等, 2007; 成仿云等, 1998)。遗憾的是, 至今未见中国利用滇牡丹进行新品种培育的报道, 使得创育具自主知识产权的黄色牡丹新品种成为中国园艺界的一个梦想。滇牡丹花色组成复杂, 国内外诸多学者曾据花色将滇牡丹分为几个种及变种(潘开玉, 1979; 方文培, 1958; 龚洵等, 2003), 1998 年Hong 等(1998) 又将该复合群处理为一个种, 即滇牡丹。这一处理逐渐得到认可( Stephen, 2001; 赵敏桂和廉永善,2002; 龚洵等, 2003; 杨淑达等, 2005), 本文采用该分类观点。

　　要以滇牡丹为亲本培育新品种, 必须充分掌握其种质特性, 表型性状研究则是一种重要的研究手法。Hong 等(1998) 以居群为单位进行的调查认为花色仅与分布区域有弱相关, 与其它性状无相关性, 但该研究并未按花色类群进行统计学上的分析。本文在对滇牡丹居群广泛调查基础上,按可识别的花色特征分为10 个花色类群, 对各类群18 个表型性状进行调查及统计分析, 旨在揭示不同类群形态变异式样及类群间分化水平, 为滇牡丹杂交育种及系统学研究提供更多科学依据。

　　1摇材料与方法

　　1. 1摇材料

　　前期调查发现, 滇牡丹在其自然分布区存在多种花色, 虽然有的花色呈连续变异, 但据主色及斑点色仍能分为可明显识别的类群。调查还发现了前人未报道过的绿色类群, 且于绿色类群中发现数量较多的变态株, 如雌蕊或雄蕊或雌、雄蕊均瓣化甚至变型为细叶状, 更有少量植株的花呈重阁状, 故将此特殊变异另归一类, 即绿色变态类群。

　　本研究主要考虑花色类群间及类群内个体间的变异,为了减少环境因素影响, 尽可能选择地理距离最近的居群进行采样调查, 且在同一居群中尽可能选择数量足够统计分析的多种花色类群植株。据此原则, 在滇牡丹的自然分布区选取10 个不同花色类群进行研究(表1)。

　　1. 2摇方法

　　每类群随机选择30 株盛花期个体进行调查, 相同花色类群样株间距5 m 以上。调查株高、地径、分枝数、单株花枝数、单株花朵数、萼片数(由于苞片和萼片很难区分则统记为萼片数)、花瓣数、花冠直径、心皮数、萼片长、萼片宽、花瓣长、花瓣宽等13 个数量性状和花丝色、花药色、子房色、柱头色、花着生方式等5 个质量性状。萼片数、花瓣数、心皮数、花冠直径每株随机选3 朵花进行测量, 花瓣及花萼的长、宽则每株随机选取5 片测量。花部颜色用RHS 比色卡(Voss, 1992;Wang 等, 2004) 确定。测量植株高精确到1 cm, 其它性状精确到0. 01 cm。

　　1. 3摇数据统计分析

　　(1) 表型性状变异系数(CV): 表示表型性状离散程度, CV =S / x, 式中S 为标准差, x 为平均值(明军和顾万春, 2006)。

　　(2) 对各性状采用巢式方差分析, 线性模型为:Yijk =滋+子i +啄(i)j +着(ij)k , 式中: Yijk为第i 个类群第j 个植株第k 个观测值, 滋为总平均值, 子i 为类群间效应值,啄(i)j 为类群内效应值, 着(ij)k 为随机误差(王娅丽等,2008)。

　　(3) 表型分化系数(Vst ): 表示类群间变异占遗传总变异的百分比, Vst = [ (滓t/ s 2 ) / (滓t/ s 2 +滓s 2 )] 伊100,式中: 滓t/ s 2 为类群间方差分量, 滓s 2 为类群内方差分量(葛颂等, 1988)。

　　(4) 其它统计运算按照常规方法进行, 并运用SPSS15. 0, SAS8. 0 软件进行相关程序运行。

　　2摇结果与分析

　　2. 1摇滇牡丹花色类群花部质量性状及其频率因绿色变态类群植株的花各部常变态呈瓣状或细叶状, 故未作质量性状的进一步调查。其余9 个花色类群花部质量性状及其出现频率见表2。花丝、花药、子房、柱头四个器官中, 子房颜色变异最小。在此次调查中所有花朵子房均为绿色, 但在前期调查中发现德钦县奔子栏居群的橙黄色花类群中存在少量红色子房个体, 说明子房颜色并非绝对一致。

　　花丝颜色变异较为丰富, 共出现5 种可明显识别的颜色, 其中紫红及暗红花类群的花丝色最为稳定, 均只有紫红色花丝; 绿色花类群花丝色最丰富, 绿、黄绿、紫红色花丝出现频率分别为40. 00%、13. 33%和46. 67%，且是唯一出现绿色花丝的类群;其余类群花丝均出现两种颜色，但均有一种颜色占绝对优势，出现频率在70. 00%以上，纯黄色及黄绿色基部紫红斑类群以绿黄色花丝为主，紫红色中部黄斑类群以亮红色花丝为主，黄色基部红斑、淡黄色基部红斑及橙黄色类群均以紫红色花丝为主。

　　花药也出现5种颜色，其中纯黄色及黄绿色基部紫红斑类群花药均为浅黄绿色，其余类群花药均存在2~3种颜色。绿色花类群以绿色花药为主 (80.00%)，且是唯一存在绿色花药的类群。黄色基部红斑类群以绿黄色花药为主(96.67%)，紫红色中部黄斑类群以淡橙色花药为主 (76.67%)，紫红色及暗红色类群花药以淡绿、黄色为主( 60. 00%、63. 64%)，淡黄色基部红斑及橙黄色两个类群花药均存在绿黄色、黄绿色、淡橙色3种花药色，频率约为5:4:1。

　　柱头共出现4种颜色，绿色花类群仪有绿色柱头，黄色基部红斑及黄绿色基部红斑类群均以黄绿色柱头为主( 63. 33%、62. 50%)，淡黄色基部红斑类群以绿色柱头为主(70.00%)，紫红色中部黄斑、紫红色、暗红色3种类群以淡紫红色柱头为主(均>70. OO%)，纯黄色和橙黄色类群柱头均有3种以上颜色，每种比例均不超过50. 00%。

　　花朵着生方式共有卣立、平伸和下垂3种。仅绿色类群存在直立着生方式，频率达60. 00%，纯黄色和黄色基部红斑类群花朵均为平伸，淡黄色基部红斑及橙黄色类群均为下垂，紫红色中部黄斑及黄绿色基部红斑类群均有平伸及下垂两种着生方式，且以下垂为主( 90. 00%、87. 50%)，暗红色类群也有该两种着生方式，但以平伸为主(90.00%)。紫红色类群平伸及下垂着生方式频率相当，分别为56. 67%和43. 33%。

　　从花色与其它质量性状的连锁看，绿色类群均具绿色柱头，而且是唯一存在直立花朵、绿色花丝、绿色花药的类群，因此该类群可作为培育花朵直立且所有花部器官均为绿色的品种的亲本。

　　2.2滇牡丹花色类群数量性状变异特征

　　对滇牡丹不同花色类群13个数量性状的统计值及多重比较结果见表3。

　　结果表明，所有性状在整体类群内均存在显著差异，但具体到某些类群间，性状差异则不显著。综合所有性状看，暗红色类群最为独特，其株高、地径、分枝数、花瓣数、花冠直径、心皮数、萼片长和宽、花瓣长等性状平均值均显著高于其它类群，充分艟示出其巨大性。

　　所有类群平均株高( 72. 95 +28. 94) cm，暗红色类群平均株高( 151. 05 +48. 73) cm，显著高于其它类群，紫红色类群次之，平均株高(96. 47+24. 17)rm;最矮的为橙黄色类群，平均株高( 52. 7+19. 94) cm，与黄绿色基部红斑类群无显著差异，但显著矮于其它类群。考虑到类群内单株间变幅，株高呈连续一性分布(图1)。

　　其余性状与株高类似，均为某一类群与部分其它类群无显著差异，而与部分其它类群差异湿著.从与观赏价值密切相关的单株花朵数、花瓣数、花冠直径看，单株花朵数以紫红色中部黄斑、纯黄色及紫红色类群最多，三者间无显著差异;花瓣数以暗红色类群最多，调查时发现最多的一朵花瓣数达24瓣，平均11. 45瓣/朵，显著多于其它类群;花冠直径也以暗红色类群最大，平均7.99 cm，显著大于其它类群。

　　对同一居群中不同花色类群问的性状进行比较，纯黄色、黄色基部红斑类群均为德钦升平一中后山居群，两类群的株高、地径、萼片数、花冠直径、心皮数、萼片长、花瓣长等7个性状无显著差异，纯黄色类群的分枝数、开花枝数、单株花朵数、花瓣数、萼片宽、花瓣宽等6个性状均显著高于黄色基部红斑类群。紫红色中部黄斑类群、橙黄色类群、紫红色类群均位于中甸滑雪场居群内，三种花色类群间仪萼片宽无显著差异，株高、地径、花瓣数、心皮数、花瓣宽等5个性状均存在显著差异，其中株高、地径、花瓣宽均为紫红色类群>紫红色中部黄斑类群>橙黄色类群，而花瓣数和心皮数则为紫红色中部黄斑类群>紫红色类群>橙黄色类群，其余性状均只在两个类群间差异显著。以上分析说明，同一居群中不同植株不仅发生花色上的变异，而且花色类群问的部分性状也发生了相应的变异，因处于同一局群中，基本可排除环境饰变作用，从而可推测这些变异应具有相应的遗传基础。

　　变异系数表示性状值离散性特征，变异系数越大，性状值离散程度越大。滇牡丹花色类群性状变异系数分析揭示(表4)，类群间所有性状的平均变异系数范围为32. 80%~50. 56%，变异系数最大的类群较最小的类群高50. 00%以上，说明不同类群中个体间的性状稳定性差异较大。所有花色类群性状整体平均变异系数范围为19.22%~83. 69%，其中与植株年龄相关的性状如单株开花枝数、单株花朵数及单株分枝数变异系数最高，均达75. 00%以上，说明各类群个体间的差异除受环境，遗传因素影响外，个体的年龄组成也可能是造成这些性状差异的主要原因之一。三个花萼相关性状的变异系数也高达46. 00%~54. OO%，且调查中发现萼片形态变异较大，部分呈细长叶片状，是性状最小稳定的花部器官，花瓣相关性状则相对稳定，变异系数均在29. 00%以下。

　　2.3 滇牡丹花色类群分化程度

　　巢式方差分析结果(表5)表明，13个数瞳性状中除斤花枝数、每株花朵数、萼片数及萼片宽外，其余性状在类群间均存在极显著差异;除萼片长、宽外其余性状在类群内均存在极显著差异。这说明滇牡丹各数量性状在类群问和类群内都存在着广泛的变异。

　　各方差分量占总变异的比例计算结果(表6)表明，类群间的方差分量占总变异的30. 22%，类群内的方差分量占54. 21%，机误占15. 57% 13个数量性状的表型分化系数范围为13.45%—91.48%，平均为42. 25%，说明花色类群的表型变异主要来源于类群内，类群问的表型变异也很突出。

　　3摇讨论

　　3. 1摇关于滇牡丹的起源中心

　　袁涛和王莲英(2003) 在讨论牡丹革质花盘亚组形态演化趋势时认为, 粉红色是最原始的花色, 而后演化为白色和其它带粉红色成分的花色, 黄色则较为进化, 绿色为退化类型, 基部淡紫色晕到小紫斑一直演化到大而明显的紫斑。滇牡丹分布于横断山区的东南边缘, 从东部边缘(昆明) 经大理、丽江、中甸到西藏察隅,生态幅较广(龚洵等, 2003), 花色变异极为丰富, 从白色带粉红色斑、纯白色、纯黄色、黄色基部红斑一直到纯红色、纯暗紫色均有, 同时也发现绿色类型。从花色进化与起源中心的关系分析, 起源中心应具有最为原始的花色。本研究在调查过程中发现, 云南省德钦县红坡居群具有相对最多的原始花色类型, 该居群发现2 株纯白色花, 3 株白色带粉红色斑, 另有近10% 为纯绿色, 其中少量绿色花雄蕊及花瓣变态为细叶状。与此居群直线距离约30 000 m 的明永冰川居群发现绿色及绿色变态类型, 但无白色及白色具粉红斑类型。另距红坡居群直线距离不足10 000 m的升平居群则仅有纯黄色及黄色基部紫红色斑类型。在德钦境内未发现以红色或紫色为主的花色类群。

　　Hong 等(1998) 于迪庆州中甸汶水居群也发现白色花类型, 本文作者所在研究小组则在中甸滑雪场居群100 m伊100 m 范围内发现至少7 种花色类型, 表明这一地区具有极为丰富的遗传多样性。表型是遗传与环境互作的结果, 但在相似的环境条件下产生的表型差异更多由遗传因素决定。滇牡丹在同一个居群内有多个花色类型存在, 说明花色主要由遗传决定, 这就为花色新品种的培育奠定了物质基础。

　　除云南省迪庆州外, 尚未发现粉红色或白色花滇牡丹。因此, 结合本研究结果, 初步推测迪庆州中甸、德钦一带可能为滇牡丹的起源中心,并由此向外辐射, 花色由粉红色、白色逐渐演化为黄色乃至紫红色, 而不适应现今环境的类型退化为绿色及绿色变态类型, 并因部分不能正常结实而易被淘汰。

　　3. 2摇关于滇牡丹花色类群在新品种培育中的应用在本研究调查过程中未发现花色类型单一的居群, 个别居群存在7 种花色类型, 这些居群及其中的花色类群可能均具较高杂合度, 虽不适宜作为单一目标的育种亲本, 却是极好的多目标育种亲本。

　　本研究仅以花瓣主色及色斑划分花色类群,而花丝、花药等其它花部颜色也是牡丹品种的重要观赏性状, 因此培育新品种必须注意亲本各花部的颜色。本研究中, 每一个花色类群的其它花部性状均存在多种颜色, 没有发现所有性状均只有一个颜色的类群。因此, 在进行杂交亲本选择时, 须在各类群中进一步选择所需目标性状的个体, 且还须考虑这些个体的纯合性。

　　花色的遗传背景较为复杂, 除正常的孟德尔式重组分离外, 有的明显偏母性遗传, 有的则不表现偏母性遗传特征, 有的为不完全显性, 有的则具镶嵌现象或独立遗传(栗茂腾等, 2005; 曹建军和梁宗锁, 2008)。因此, 正确选配杂交组合是滇牡丹杂交育种成功的关键之一。

　　上述研究结果可为今后牡丹育种工作中以滇牡丹为亲本的杂交组配的选择提供借鉴, 对滇牡丹更多花色类群色素组成则有待进一步深入研究。

　　农业类论文发表滇牡丹论题拓展：滇牡丹(Paeonia delavayi Franch.)为芍药科(Paeoniaceae)芍药属(Paeonia)牡丹组(Sect. Moutan DC.)灌木或亚灌木,为中国西南地区的特有种。滇牡丹具丰富的花色变异,是一种极具观赏价值和开发潜力的野生花卉资源。本文主要从形态性状、EST- SSR分子标记及孢粉学等方面对滇牡丹10个花色类群的遗传背景进行了研究,以期为制定正确的选育种策略和系统进化研究提供理论依据。

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文章名称： 滇牡丹花色的遗传背景及杂交组配

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