郁金香种间杂交障碍克服方法研究

张艳秋，邢桂梅，崔玥晗，杨迪，屈连伟

（1.辽宁省农业科学院 花卉研究所，辽宁 沈阳 110161；2.东北林业大学 园林学院，黑龙江 哈尔滨 150040）

郁金香是百合科郁金香属（Tulipa）多年生球根花卉，具有极高的观赏价值，被誉为“世界花后”，在世界范围内广泛应用于切花、盆栽、庭院种植等方面[1]。目前，国内应用的郁金香品种主要从荷兰等国进口，缺乏具有自主知识产权的郁金香新品种，已经成为制约我国郁金香产业发展的瓶颈，而通过种间杂交选育“中华郁金香新品种群”是我国郁金香产业必走之路[2]。

我国郁金香野生资源丰富，报道的有18个种（包含1个变种），约占世界野生郁金香资源的10%，主要分布于新疆、长江流域及东北地区[3]。野生郁金香具有较强的抗性，是进行品种选育的优良亲本。但在郁金香种间杂交过程中常存在杂交障碍，导致杂交不能成功。因此，研究克服种间杂交障碍的方法，对我国郁金香新品种选育具有重要意义。杂交障碍主要包括受精前障碍和受精后障碍。受精前障碍表现为花粉与柱头的不亲和，主要包括花粉不能萌发、花粉萌发但花粉管不能到达胚珠、花粉管能够到达胚珠但不能完成受精[4-6]，可通过重复授粉[4]、切割花柱[7-8]、嫁接柱头[9-11]、蕾期授粉[12]等方法克服。受精后障碍表现为杂种胚发育不完全或中途败育、胚乳不能正常发育等，可通过子房培养、胚珠培养及幼胚培养等离体培养等方法获得杂交后代[4，13-16]。我国的郁金香育种研究起步较晚，育种技术水平也落后于国外，关于郁金香杂交障碍克服方法研究方面的报道较少。孙晓梅等[17]以郁金香栽培品种夜王后和K 奈利斯为试材，研究了不同处理对郁金香杂交不亲和性的影响，发现刮柱头处理对克服夜王后和K 奈利斯杂交不亲和效果最好。目前，关于郁金香野生种和栽培品种种间杂交障碍克服方法的研究尚未见报道。因此，以野生种阿尔泰郁金香（T.altaica）为父本，以栽培品种爱斯基摩首领、世界真爱和纯金为母本进行种间杂交，研究不同授粉处理和不同植物生长调节剂处理对杂交亲和性的影响，以期为郁金香杂交育种工作奠定基础。

1 材料和方法

1.1 试验材料

2019 年4-6 月，在辽宁省农业科学院花卉研究所郁金香新品种繁育基地进行试验。杂交父本为野生种阿尔泰郁金香，母本为栽培品种爱斯基摩首领、世界真爱、纯金（表1、图1）。供试材料均由辽宁省农业科学院国家郁金香种质资源库提供。试验中所用植物生长调节剂6-苄氨基腺嘌呤（6-BA）、萘乙酸（NAA）购自北京康贝斯科技有限公司。

表1 供试郁金香材料相关信息Tab.1 Related information of tested Tulipa materials

1.2 试验方法

1.2.1 试验设计 研究不同授粉方法和不同植物生长调节剂种类、质量浓度对克服郁金香种间杂交障碍的效果。6 个不同授粉处理：（1）正常授粉（CK）：开花当天授粉；（2）蕾期授粉：开花前2 d 授粉；（3）延期授粉：开花后7 d 授粉；（4）刮伤柱头后授粉：开花当天将母本柱头刮伤，再用毛笔蘸取父本花粉授于母本柱头上；（5）柱头部分切割后授粉：开花当天在母本子房顶部以上0.20 cm 处进行花柱切割后授粉；（6）柱头全部切割后授粉：开花当天将母本柱头全部切割后再授粉。2种植物生长调节剂及其质量浓度见表2。

表2 植物生长调节剂种类、质量浓度及处理方法Tab.2 Type，concentration method of plant growth regulators and treatment

1.2.2 杂交授粉及调查方法 每个品种于开花前3 d 去雄，防止异种花粉污染。每个处理挑选生长健壮、无病虫害的植株15 株授粉。授粉于上午9：00—10：00 进行，授粉完毕后用锡箔纸将柱头连带子房包裹好，挂标签标明授粉日期、处理及组合，7 d后摘除锡箔纸。待6月中旬收获杂交果实后，以正常授粉为对照，对果实膨大率、结实率、有胚种子数进行调查，调查参照屈连伟[3]的方法进行。

2 结果与分析

2.1 不同处理对爱斯基摩首领×阿尔泰郁金香杂交亲和性的影响

由表3 可知，6 个授粉处理中，延期授粉获得26粒种子（其中，11粒有胚种子），结实率为13.33%，有胚率为42.31%；刮伤柱头后授粉处理次之，获得19粒种子（其中，4粒有胚种子），结实率为6.67%，有胚率为21.05%；其他3 个处理与正常授粉（CK）相同，均未获得种子，其中，蕾期授粉子房不能膨大（表3、图2）。

表3 不同授粉处理对爱斯基摩首领×阿尔泰郁金香杂交结实的影响Tab.3 Effect of different pollination treatments on hybrid seed setting of Eskimo Chief×T.altaica

不同质量浓度6-BA和NAA处理能够显著提高子房膨大率，膨大率由对照的20.00% 提高到66.67%～86.67%（表4）。但所有处理与对照相同，均未获得杂交种子。

表4 不同植物生长调节剂对爱斯基摩首领×阿尔泰郁金香杂交结实的影响Tab.4 Effect of different plant growth regulators on hybrid seed setting of Eskimo Chief×T.altaica

2.2 不同处理对世界真爱×阿尔泰郁金香杂交亲和性的影响

6种授粉处理均未获得果实和种子，且蕾期授粉和正常授粉（CK）子房均不能膨大（图3、表5）。除蕾期授粉处理外，其他4 个授粉处理的子房膨大率均高于对照，其中延期授粉的子房膨大率为53.33%；其余3 个处理（表5）以及不同质量浓度的植物生长调节剂处理（表6）的子房膨大率均为100.00%。

表5 不同授粉处理对世界真爱×阿尔泰郁金香杂交结实的影响Tab.5 Effect of different pollination treatments on hybrid seed setting of World's Favourite×T.altaica

表6 不同植物生长调节剂对世界真爱×阿尔泰郁金香杂交结实的影响Tab.6 Effect of different plant growth regulators on hybrid seed setting of World's Favourite×T.altaica

2.3 不同授粉处理对纯金×阿尔泰郁金香杂交亲和性的影响

由表7 可知，6种授粉处理均未获得种子；蕾期授粉与正常授粉（CK）相同，子房均不能膨大；其他4 个处理的子房膨大率较CK 明显提高，膨大率由CK的0提高到6.67%～73.33%。

表7 不同授粉处理对纯金×阿尔泰郁金香杂交结实的影响Tab.7 Effect of different pollination treatments on hybrid seed setting of Strong Gold×T.altaica

不同质量浓度的6-BA 和NAA 处理中，1.00 mg/L NAA 处理子房不能膨大，其他7 个处理的子房膨大率较其均有所提高（表8、图4）。其中，1.00 mg/L6-BA 处理柱头子房膨大率最高，为100.00%，1.50 mg/L NAA 处理柱头子房膨大率较小，为20.00%。

表8 不同植物生长调节剂对纯金×阿尔泰郁金香杂交结实的影响Tab.8 Effect of different plant growth regulators on hybrid seed setting of Strong Gold×T.altaica

3 结论与讨论

种间杂交是实现基因转移、种质创新的一条重要途径，已在百合[18]、蝴蝶兰[19]、牡丹[20]等多种植物上发挥了重要作用。郁金香在进行种间杂交过程中存在杂交障碍。本研究发现，不同杂交组合及处理方法对郁金香种间杂交结实影响较大。在正常授粉条件下，以世界真爱和纯金为母本的2 个杂交组合子房不能膨大，以爱斯基摩首领为母本的杂交组合子房膨大率为20.00%，但未能获得杂交种子；在蕾期授粉条件下，3 个杂交组合均未获得杂交种子；1.00 mg/L NAA 不能促进纯金×阿尔泰郁金香子房膨大；其他处理均对克服种间杂交障碍具有一定的积极作用，但只有当爱斯基摩首领为母本时，部分处理才收获到杂交种子，而当世界真爱和纯金为母本时，均未获得种子，这可能和母本的倍性有关。父本阿尔泰郁金香为二倍体，母本爱斯基摩首领为二倍体，世界真爱和纯金均为三倍体。二倍体与二倍体杂交不亲和性较小，而二倍体和三倍体杂交则存在严重的杂交障碍[21]。

延期授粉对克服世界真爱×阿尔泰郁金香、纯金×阿尔泰郁金香2 个杂交组合杂交障碍有一定效果，子房膨大率明显提高，但最终没有收获到种子。延期授粉对克服爱斯基摩首领与阿尔泰郁金香杂交障碍的效果最好，结实率（13.33%）和有胚率（42.31%）均高于对照（结实率和有胚率均为0），获得了11 粒有胚种子。这与毕晓颖等[22]在马蔺×溪荪种间杂交研究中的结果相似。在郁金香[17]（栽培品种间杂交）、甜樱桃[23]杂交中也得到了类似的结果。这可能是由于柱头上存在抑制物影响杂交亲和性，延期后柱头发育过成熟，抑制物含量有所减少，进而提高了杂交亲和性。

刮伤柱头是通过去除柱头上的抑制物，提高杂交亲和性的一种方法。在本研究中，正常授粉情况下，爱斯基摩首领与阿尔泰郁金香杂交组合未能获得杂交种子，而刮伤柱头后授粉处理获得了4 粒有胚种子。孙晓梅等[17]研究也发现，刮伤柱头后授粉处理对克服夜王后和K 奈利斯杂交不亲和效果最好。这表明柱头上的抑制物能够影响爱斯基摩首领与阿尔泰郁金香这个杂交组合的亲和性，刮伤柱头去除了柱头上的抑制物，在一定程度上提高了该组合的杂交亲和性。

切割柱头是通过去除柱头上或花柱中的抑制物，提高杂交亲和性的重要方法，同时也可以避免花粉管由于长度不够等原因而不能达到子房，或花粉管即使达到子房，雌雄配子不能结合受精形成合子的问题产生[24]。杨利平等[25]对留有0.5 cm 的花柱进行授粉，获得了杂交种子。黄济明[26]在母本子房以上0.3 cm 处割去花柱并在伤口内授以父本花粉，得到王百合×大卫百合远缘杂交种。本研究发现，切割柱头对克服郁金香种间杂交障碍具有一定的积极作用，通过切割花柱，3个杂交组合的子房膨大率均得到提高。

植物生长调节剂对克服杂交障碍具有一定的积极作用[24]。可能是植物生长调节剂使柱头上的识别蛋白溶解或变性失活，从而无法识别自花和异花花粉，降低了自交或杂交不亲和程度，提高杂交成功率[27]，也可能是植物生长调节剂通过促进花粉管的伸长和生长，抑制花的衰老和脱落，从而提高受精结实率[28]。本研究发现，植物生长调节剂处理在一定程度上能够克服杂交障碍。在柱头上涂抹6-BA 和NAA 后，多数处理的子房膨大率高于对照，但仍未能获得杂交种子，说明存在严重的种间杂交受精后障碍，需要做进一步研究。