栽培菊花屬間雜種的鑒定

栽培菊花屬間雜種的鑒定

菊屬（cd.）。廣泛使用，藥物、食物和裝飾性。菊花為我國(guó)十大名花和世界四大切花之一,花色豐富,品種繁多,但在抗病蟲、抗熱、抗寒等抗耐性性狀和葉片、分枝性等觀賞性狀等方面還存在一定的不足。依靠種間雜交較好地改良了菊花的某些性狀(如花期、花型等),但有限的屬內(nèi)材料已不能滿足目前種質(zhì)創(chuàng)新的需求,在利用時(shí)顯得有些捉襟見肘。研究近緣屬與菊屬的親緣關(guān)系和親和性,明確各自的系統(tǒng)地位,將為菊花的種質(zhì)創(chuàng)新和遺傳改良奠定堅(jiān)實(shí)的理論和現(xiàn)實(shí)基礎(chǔ)。亞菊屬AjaniaPolj.被認(rèn)為與菊屬的親緣關(guān)系最近(Kitamura,1978;Muldashev,19811983;Bremer&Humphries,1993;Watsonetal.,2002),兩者的分類和界定還存在爭(zhēng)議。亞菊屬近40個(gè)種,在我國(guó)分布有28個(gè)種,主要分布于我國(guó)西北、西南地區(qū)(Shih&Fu,1983)很多種分布區(qū)生境惡劣,具有極好的抗逆性特別是抗寒和抗旱性,且亞菊屬幾乎所有種類葉片上密被正向貼伏的短柔毛而呈銀白色。菊屬主要分布于我國(guó)和日本,在我國(guó)主要分布地區(qū)集中在東南部地區(qū)(Shih&Fu,1983),約20個(gè)種。日本學(xué)者進(jìn)行菊屬甘菊Dlavandulifolium(Fisch.exTrautv.)Ling&Shih與亞菊屬疏齒亞菊A.remotipinna(Hand.-Mazz.)Ling&Shih的雜交獲得了成功(Kondoetal.,2002;AbdEl-Twabetal.1999b)。但關(guān)于雜種性狀遺傳以及染色體行為等未見系統(tǒng)報(bào)道。磯菊A.pacifica(Nakai)KBremer&Humphries原產(chǎn)日本,葉片背面密被短柔毛,呈銀白色,葉緣銀邊,在枝頂呈蓮座狀(Iwatsukietal.,1997),觀賞價(jià)值較高,在園林中作為觀葉植物應(yīng)用。本文旨在通過雜交實(shí)現(xiàn)亞菊屬磯菊的優(yōu)良性狀或基因(主要是葉色和抗耐性)向菊花轉(zhuǎn)移,創(chuàng)造既可觀葉又可觀花的新型菊花材料,同時(shí)根據(jù)屬間雜交的親和性以及雜種的染色體行為來探討菊屬與亞菊屬的屬間關(guān)系。1材料和方法1.1亞菊屬鏢菊屬本世紀(jì)屬菊屬夏花型小菊“奧運(yùn)火炬”Dendranthema×grandiflorum“Aoyunhuoju”(陳發(fā)棣等2005)和亞菊屬磯菊均保存于南京農(nóng)業(yè)大學(xué)菊花種質(zhì)資源保存中心。1.2方法1.2.1灘菊的授粉與授粉于2003年11月進(jìn)行雜交。以夏花型小菊“奧運(yùn)火炬”第二次開花時(shí)進(jìn)行雜交,參照陳發(fā)棣等(1996)方法,以“奧運(yùn)火炬”為母本,磯菊為父本。選取發(fā)育良好的花蕾,在舌狀花露色且剛豎起時(shí)去雄,即將內(nèi)輪的兩性管狀花去除,同時(shí)剪去舌狀花花瓣直至可見柱頭(不能傷到柱頭),用硫酸紙袋套袋;同時(shí)將磯菊花序套袋待“奧運(yùn)火炬”的柱頭開始開叉呈現(xiàn)一定角度時(shí)(5–7天后),收集已套袋的磯菊新鮮花粉用毛筆進(jìn)行授粉,套袋,次日重復(fù)授粉;當(dāng)花梗變黃枯萎時(shí)采集授粉花序,檢測(cè)結(jié)實(shí)率。翌年3月播種、定植,觀察記錄,進(jìn)行雜種鑒定。1.2.2一般鑒定1.2.2.1.教育學(xué)1.2.2.生物處理有絲分裂觀察參照陳發(fā)棣等(1998)的方法:采用雜種及親本扦插苗的根尖進(jìn)行染色體計(jì)數(shù):于根長(zhǎng)至1–3cm時(shí),剪下根尖,立即放入裝有冰水的1.5mL離心管,置于冰水混合的冰瓶中,處理24h,取出根尖,吸干,用卡諾氏固定液(95%酒精和冰醋酸體積比為3:1)固定,4℃冰箱保存?zhèn)溆?制片時(shí),將根冠切去,切取隨后一小薄片,用45%的冰醋酸壓片,在OlympusBX41相差顯微鏡下觀察、拍照。減數(shù)分裂觀察:在雜種花期于晴天上午9–11時(shí)取直徑2–6mm的花蕾直接用卡諾氏固定液固定,4℃冰箱保存?zhèn)溆?。取出已固定好的花?去除花序的苞片,用鑷子夾取管狀花的花藥,直接用45%的冰醋酸壓片,在OlympusBX41相差顯微鏡下,用臨時(shí)片觀察減數(shù)分裂I期(MI)染色體配對(duì)構(gòu)型并拍照。在制片時(shí),因?yàn)榫栈^狀花序從外輪向內(nèi)輪逐漸成熟,因此先挑選最外輪和最內(nèi)輪的管狀花先行制片,再根據(jù)分裂相情況挑選適宜發(fā)育時(shí)期的管狀花進(jìn)行制片。1.2.2.3-反應(yīng)2種子成苗率的測(cè)定有性雜交共收取頭狀花序32個(gè),獲得種子119粒,每花序結(jié)實(shí)3.72個(gè),播種后得到22個(gè)后代,得苗率18.5%,較低的得苗率可能是由于有些雜種種子胚或胚乳未發(fā)育完全,導(dǎo)致不能最終成苗。2.1該作品的特性經(jīng)過對(duì)雜種及其親本連續(xù)兩年的觀察,結(jié)果(表1;圖1)表明,雜種葉色、葉形、花色、舌狀花分裂程度和花期等性狀均介于兩個(gè)親本之間。由圖1可以看出,父本磯菊葉正面為綠色,背面密被順向貼伏的短絨毛而呈銀白色,母本正反面均為綠色,22個(gè)雜種的葉片背面被白色短絨毛,稠密程度低于父本,葉色則為綠白至灰白色,介于雙親之間;父本葉片自基部1/2以上二裂、較淺,母本1/2以下即二深裂,而雜種葉裂程度介于雙親之間,且葉裂為2或3裂,以3裂為主,表現(xiàn)出一定的超親優(yōu)勢(shì);母本舌狀花為黃色至橙黃色,父本無舌狀花,邊緣為單性的管狀雌花、黃色,而雜種出現(xiàn)了明顯、較小的舌狀花,呈白色、淡黃色、黃色和黃或淡黃色帶粉色;母本舌狀花數(shù)74,父本邊緣雌花數(shù)8,而雜種舌狀花數(shù)在11至20之間,以13居多,大小有差異,管狀花數(shù)均超過雙親,但舌狀花和管狀花總數(shù)大大超過父本磯菊而不及母本“奧運(yùn)火炬”;舌狀花分裂程度和形式也出現(xiàn)變化,母本舌狀花先端不分裂,父本雌花管狀花冠四裂,而大部分雜種舌狀花裂類似管狀花,先端為1–4裂,以2、3裂居多,分裂程度和形式介于雙親之間,質(zhì)地明顯瓣化;母本花期為7月25日,父本為11月12日,雜種花期介于雙親之間。2.2細(xì)胞學(xué)2.2.1種根尖細(xì)胞染色體核型母本“奧運(yùn)火炬”為六倍體(2n=54),父本磯菊為十倍體(2n=90),雜種根尖細(xì)胞染色體數(shù)目符合預(yù)期值(2n=72),但也有少部分細(xì)胞為69或70呈非整倍體。有絲分裂正常,各階段特征明顯,前期染色質(zhì)濃縮為染色體,輪廓清晰(圖2:A),中期染色體清晰可辨(圖2:B),后期染色體正常移向兩極(圖2:C)。2.2.2偶見染色體形態(tài)經(jīng)過觀察,雜種花粉母細(xì)胞減數(shù)分裂過程基本正常,染色體基本配成二價(jià)體(圖3:B),少數(shù)細(xì)胞偶見單價(jià)體、三價(jià)體和四價(jià)體。減數(shù)分裂各階段(如前期I(圖3:A)、中期I(圖3:C)、后期I(圖3:D)、末期I(圖3:E)、四分孢子(圖3:F))染色體形態(tài)清晰,行為正常。這說明雙親的染色體組親緣關(guān)系很近,可能具有共同的祖先。2.3雜種的特異性研究利用RAPD分子標(biāo)記對(duì)雙親及其雜種進(jìn)行鑒定。結(jié)果(圖4,為引物P17的擴(kuò)增結(jié)果)表明,雜種均呈現(xiàn)了♀父本的特異帶,♂證實(shí)所有22個(gè)雜種均為栽培♀小菊“奧運(yùn)火炬♂”和磯菊的屬間雜種。另外,在部分雜種中還觀察到一些雙親都沒有的條帶,這說明在雜種的產(chǎn)生過程中雙親基因組發(fā)生了漸滲作用。3亞菊屬、菊屬的起源和演化形態(tài)學(xué)、細(xì)胞學(xué)以及RAPD分子標(biāo)記結(jié)果都很好地證實(shí)22個(gè)雜種確為栽培小菊“奧運(yùn)火炬”和磯菊的屬間雜種,成功地實(shí)現(xiàn)了磯菊的銀葉、多分枝、亞灌木等性狀的轉(zhuǎn)移,創(chuàng)造了新型菊花材料,但同時(shí)頭狀花序變小,舌狀花減少,花部觀賞價(jià)值降低,因此應(yīng)利用進(jìn)一步與栽培菊花回交等方法,以提高花部觀賞價(jià)值。磯菊與栽培菊花屬間雜交的成功為實(shí)現(xiàn)將亞菊屬中的優(yōu)良基因或性狀轉(zhuǎn)移到栽培菊花中奠定了基礎(chǔ),為菊花種質(zhì)創(chuàng)新和遺傳改良開辟了新材料。我國(guó)是亞菊屬的分布中心,80%以上的種原產(chǎn)或特產(chǎn)我國(guó)或在我國(guó)有分布,如何利用這些資源將是我們下一步的工作重點(diǎn)。目前,菊屬和亞菊屬的分類和界定、菊屬與其近緣屬的系統(tǒng)演化關(guān)系等還存在一定的爭(zhēng)議。亞菊屬、PhaeostigmaMuld.、短舌菊屬BrachanthemumDC.、ArctanthemumTzvelev、Tridactylina(DC.)Sch.-Bip.等被認(rèn)為與菊屬的親緣關(guān)系最近。Tzvelev對(duì)大量的菊屬和亞菊屬及相關(guān)材料研究后也未能將兩者很好地劃清界限,認(rèn)為菊屬和亞菊屬關(guān)系很近,推測(cè)亞菊屬和蒿屬ArtemisiaL.是兩個(gè)性狀相似、趨同的系,獨(dú)立起源于同一祖先“Dendranthemoid”,而菊屬則相對(duì)更保守,與亞菊屬、蒿屬等平行進(jìn)化(Komarov,1961轉(zhuǎn)引自Bremer&Humphries,1993);亞菊屬頭狀花序小、盤狀,無舌狀花,緊密排列呈傘形,又區(qū)別于菊屬(Bremer&Humphries,1993);我國(guó)把亞菊屬和菊屬分為兩個(gè)不同的狹義屬,且把Phaeostigma屬歸在亞菊屬里(Shih&Fu,1983);Muldashev(1981,1983)則根據(jù)Phaeostigma屬褐色的柱頭和直立的花冠裂片,將其從亞菊屬中分出單列成屬;Tzvelev認(rèn)為短舌菊屬與菊屬親緣關(guān)系很近,兩者具有相似的子房,無冠毛、薄壁、粘性;Tzvelev根據(jù)Arctanthemum屬葉片呈玫瑰花形排列和近北極的分布,將其從菊屬分離出來(Savczanko,1949,轉(zhuǎn)引自Bremer&Humphries,1993);Kitamura(1978)與Ohashi和Yonekura(2004)則把亞菊屬、Arctanthemum屬歸在了菊屬里,并把它們處理為不同的組Tridactylina屬原產(chǎn)西伯利亞,性狀與菊屬極其相近,但其一年生和無性舌狀花的特性又明顯區(qū)別于菊屬(Komarov,1961,轉(zhuǎn)引自Bremer&Humphries,1993)。根據(jù)Watson等(2000)基于ndhF基因的春黃菊族Anthemideae系統(tǒng)發(fā)生樹,亞菊屬與母菊亞族Matricariinae的三肋果屬TripleurospermumSch.-Bip.互為姐妹群,而不是與Arctanthemum屬聚在一起;而根據(jù)Watson等(2002)基于ITS序列的蒿亞族Artemisiinae系統(tǒng)發(fā)生樹,亞菊屬則與菊屬、Arctanthemum屬支互為姐妹群。因此,菊屬、亞菊屬、Arctanthemum屬等的分類和界定還存在很多懸而未決的問題,但正是因?yàn)檫@種復(fù)雜的關(guān)系表明屬間關(guān)系的相近,為這些屬的材料應(yīng)用于栽培菊花等重要作物的種質(zhì)創(chuàng)新和遺傳改良提供了理論依據(jù);另外,由于菊屬與菊蒿屬TanacetumL.、NipponanthemumKitam.、小濱菊屬LeucanthemellaTzvelev等雜交成功和性狀(葉片、頭狀花序、子房等)的相似,菊屬與母菊亞族、濱菊亞族Leucantheminae的關(guān)系也還有待進(jìn)一步研究。關(guān)于菊屬與菊蒿屬、Nipponanthemum屬、小濱菊屬的雜交親和性,有關(guān)學(xué)者也進(jìn)行了相關(guān)研究。以菊屬D.japonicaKitam.為母本、菊蒿屬T.vulgareL.為父本進(jìn)行雜交獲得了雜種后代,但雜種種子萌發(fā)率較低(AbdEl-Twab&Kondo,1999)