用气孔性状鉴定100份百合倍性的研究

王美玲，李兴桃，王文和，杜 方*

(1.山西农业大学 城乡建设学院,山西 太谷 030801；2.山西农业大学 园艺学院,山西 太谷 030801；3.北京农学院 园林学院,北京 102206)

百合(Lilium)是著名的球根花卉，约100个原生种[1]，分为7个组(Lilium、Martagon、Pseudolirium、Archelirion、Sinomartagon、Leucolirion、Oxypetala)。20世纪20年代开始的以日本和美国为中心的百合育种工作，如今已转移至荷兰。通过近100年的努力，形成了现在广受欢迎的亚洲百合(Asiatic，A)、麝香百合(Longiflorum，L)、东方百合(Oriental，O)、喇叭百合(Trumpet，T)和头巾百合(Martagon，M)等品种群，以及品种群间的组间杂交群体：麝亚百合(LA)、东喇百合(OT)、东亚百合(OA)、麝东百合(LO)等，目前，百合品种已超过3万个[2]。尽管我国偶尔也有新品种释放[3-11]，但距离商业化还有很长的路要走。

百合育种实践中应用最为普遍的是杂交育种和倍性育种[12]，明确亲本的倍性对成功育种十分重要。一般来说，百合野生种多为二倍体，但卷丹(L.tigrinum也写作L.lancifolium)和珠芽百合(L.bulbiferum)中存在三倍体(2n=3x=36)类群[13-14]；A、O、铁炮百合和T类百合大多为二倍体；LA、OT、OA、LO杂种系百合大部分为三倍体，但依然有许多品种的倍性不符合上述规律。李克虎等利用染色体制片法报道了45个品种的倍性[15]，陈敏敏等利用流式细胞技术鉴定了61份百合倍性[16]，然而仍然有大量百合品种的倍性未知。

常用的倍性鉴定方法有根尖染色体计数法、流式细胞仪检测法、形态学鉴定法和细胞学鉴定法等。与需要昂贵仪器的流式细胞仪检测法、流程复杂不易计数的根尖染色体法相比，利用气孔保卫细胞的大小和密度来鉴定倍性既经济又简便，已在橡树[17]、西葫芦[18]、猕猴桃[19]等多种作物上应用。气孔保卫细胞的性状包括横径、纵径、周长、密度、保卫细胞叶绿体数目等。选择合适的气孔保卫细胞的性状指标对判别植物倍性有着举足轻重的影响。参考对黄花蒿[20]、甘蓝型油菜[21]、渥丹百合[22]和月季[23]的研究结果，本研究选取了气孔保卫细胞的周长和密度作为指标，并以24份倍性已知的百合品种为参照，对76份百合资源进行倍性鉴定，旨在为百合育种选配亲本提供参考。

1 材料与方法

1.1 供试材料

本试验以96份来自山西农业大学园艺站百合种质资源圃和4份来自北京农学院的百合材料(以下简称“北”)作为试材，具体材料清单见表1。

表1 试验材料名录

1.2 试验方法

晴天上午10：00左右，每份试材分别采3个植株的中部叶片。撕取叶片中部下表皮在目镜10×、物镜 40×的显微镜视野下观察，记录气孔的横径(A)和纵径(B)，气孔周长=1.57×[1.5×(A+B)-(A×B)1/2]。每个品种随机测 10 个气孔的大小并取其平均值。

在目镜10×、物镜20×的显微镜视野下观察并记录气孔的个数，所拍摄的视野面积为 0.95 mm2，气孔密度=气孔个数/0.95 mm2。

采用Excel 2010软件分析所得数据。

2 结果与分析

2.1 文献中百合倍性汇总

经文献查阅，自1999年以来，共报道了210个百合品种的倍性，具体分析如下。在百合栽培品种群中，O、T、L和新铁炮百合一般为二倍体。明确倍性为二倍体的O类百合：Acapulco[24]、After Eight[16]、Albion[24]、Aruba[24]、Bernini[24]、Cobra[25-26]、Con Amore[24]、Constansa[27]、Cold Play[26]、Chealse[26]、Dordogne[15]、Dynamite[15]、Entertainer[16,26]、Fenice[26]、Justina[25]、Marlon[16,26,28]、Maru[15]、Mediter Ranne[24]、Miss Lucy[15]、Montezuma[15]、Reeleeze[16]、Roselily Elena[16]、Roselily Isabella[16]、Roselily Monica[16]、Roselily Natalia[16]、Roselily Samantha[16]、Roselily Thalita[16]、Royal Vanzanten[26]、Sheer Blonde[16]、Siberia[15,24-26,29,30]、Subway[26]、Sorbonne[15,26,29-31]、Souvenir[16]、Star Gazer[24,26]、Sunny Azores[16]、Sunny Keys[16]、Sunny Martinique[16]、Tiber[25,26]、Tom pouce[24]。L类百合：Gelria[15]、White Fox[15]。

新铁炮百合：新铁炮2号[32]、雷山2号[32]。

M类百合既有二倍体也有三倍体，其中二倍体M类：Manitoba Morning[16]；三倍体M类：Sunny Morning[16,24]。

四倍体T类：Angel Gabriel[33]、Ice Folies[33]、Ice Caves[33]。

亚洲百合倍性较为复杂，除二倍体外，还存在三倍体和四倍体品种。明确为二倍体的亚洲百合：4 You[34]、Adelina[16,35]、Bananarama[24]、Black Bird[15,36]、Blackout[37]、Butter Pixie[15]、Cancún[37]、Ceb Dozzle[38]、Centerfold[37]、Connecticut King[39]、Eleganza[15,40]、Eleganze[34]、Fata Morgana[16]、Gironde[41]、Golden Matrix[16]、Golden Horn[27]、Grand Cru[39]、Heartstrings[16]、Italia[24]、Lemon Tree[24]、Levi[16]、Lollypop[15]、Marrakech[15]、Matrix[16,32,35,42]、Monte Negro[15,43,44]、Montreux[37]、Orange Matrix[15]、Party Diamond[38,45]、Petit Brigitte[15,36]、Pink Pixie[15]、Pollyanna[15,27,30,36,40,43,45,46]、Red alert[38]、Red Latin[15]、Regata、Renoir[15,34,40,41,43]、Tiny Bee[16]、Tiny Double You[16]、Tiny Invader[16]、Tiny Padhye[16]、Tiny Pearl[16]、Tiny Rocket[16]、Tiny Skyline[39]、Toro[24]、Trendy Dakota[16]、Trendy Havana[16]、Trendy Savannah[16]、Tribal Dance 600[16]、White Twinkle[16]、Zsazsa[24-25]。三倍体的百合：Compass[33]、Dazzling[30]、Elite[35]、Elodie[15]、Lancifolium Flore Pleno[16]、Lyon[15,35,42]、Navona[15,41]、Vermeer[15]。四倍体的百合：Avignon[33]、Benlica[43]、Brunello[15,27,30,34,35,40,42]、Clair[35]、Gironde[43]、Gorden Globe[35]、Gran Paradiso、Indian Diamond[47]、Loreto[41]、Nello[43]、Pearl Frances[16]、Pink Flight[16]、Pisa[35]、Sarina[34]、Tetra Aristo[33]、Tetra Bicolito[33]、Tetra Orlito[33]、Tresor[15,34,41,44]、Val di Sole[15,40,41,43]。

组内杂交一般产生二倍体品种群，但也容易产生三倍体品种群，OT类多为三倍体，也有二倍体和四倍体。明确为二倍体的OT类百合：Bondini[33,48]、Black Beauty[16]、Ovatie[26,31]、Red Dutch[15,26]、Yelloween[15,49]、Saltarello[26]。三倍体的OT类百合：Belladonna[26]、Candy Club[26]、Cocossa[26]、Competition[16,25]、Conca D’Or[15]、Golden City[15,29]、Manissa[16,29]、Muscat[25]、Myth[25]、OPalazzo[25]、Palazzo[16,25]、Profundo[16]、Table Dance[25,43]、Travatore[26]、Touchstone[16]。四倍体的OT类百合：OTevans[33]、Passion Moon[16]、White Eyes[16]。

LA类百合多为三倍体，也有四倍体。明确为三倍体的LA类百合：Advantage[15,26,43]、Albufeira[16]、Arcachon[43]、Armandale[16]、Batistero[43]、Beau Soleil[16,43]、Bonsoir[16]、Brindis[15,44]、Brindisi[26,43]、Califonia[43]、Cavalese[43]、Ceb Dazzle[43]、Cilesta[43,50]、Couplet[43,50]、Courier[15]、Desiderio[43,50]、Diabolo[43]、Donau[43,50]、Ercolano[43]、Eyeliner[16,50]、Flamington[16]、Freya[43]、Golden Stone[16]、Golden Tycoon[43]、Laskmi[50]、Menorca[43,47,50]、Merlet[16]、Mestre[15,26]、Mombasa[15,26]、Nashville[16,43]、Orange Tycoon[43]、Pavia[15,26,43,44]、Pirandello[15,26]、Pirax[43]、Rousseau[43]、Royal Lace[27,45,46]、Royal Sunset[16]、Royal Trinity[43]、Samur[43]、Serrada[15,26,50]、White Sound[50]、White Tycoon[43]。四倍体的LA类百合：Honesty[16]。

LO类有三倍体，也有四倍体。明确为三倍体的LO类百合：Triumphator[15]、White Triumph[15,26]、Chiara[26]、Vendella[26]、Temi[26]；四倍体的LO类百合：Santa Rosa[26]。

除以上倍性明确的品种外，还有一些非整倍体的材料，如O类Viviana[16,26,28]，OT类Zambesi[16]、LA类Bach[16]、Fangio[16]、Mynnou[16]。

此外，有几篇文献显示了同一品种不同的倍性结果：Original Love可能为二倍体[38]、三倍体[47]或四倍体[1]；Orange Pixie可能为二倍体[36]或三倍体[15,47]；White Heaven可能为二倍体[15]或三倍体[48]；Detroit为三倍体[48]或四倍体[15,34,41,43]；Black Out为二倍体[33]或四倍体[43]；Robina为三倍体[25]或四倍体[29]；Indian Summerset为二倍体[38]或三倍体[16]。

2.2 供试百合材料的倍性分析

气孔的观测结果表明：不同倍性百合的气孔的大小和密度存在差异。百合气孔大小与密度呈负相关，倍性越大，气孔越大，密度越小(图1)。以气孔密度为横坐标、气孔周长为纵坐标，制作了百合气孔的散点图，以倍性已知的L.davidiivar.unicolor(22)、L.regale(94)、Pink Pixie(3)、Tiny Bee(7)、Tiny Invader(9)、Tiny Pearl(10)、Tiny Double You(12)、Whistler(23)、Levi(25)和Yelloween(56)为二倍体百合的对照，以倍性已知的Conca D’Or(85)、Elodie(26)、Navona(5)、Palazzo(79)、Manissa(80)、Eyeliner(41)、Golden Stone(45)、Competition(72)、Brindisi(46)、Pavia(47)和Vermeer(16)为三倍体百合的对照，以倍性已知的Red Life(37)、Red Life(北)(100)、天舞(北)(97)、美人(北)(98)为四倍体百合的对照，划分不同倍性百合的分布区域(图2)：二倍体的气孔周长范围为 57.75～70.05 μm、气孔密度为 42.63～97.37个/mm2；三倍体的气孔周长范围为70.42～93.59μm、气孔密度为 24.73～46.84个/mm2；四倍体的气孔周长范围为 99.44～113.69 μm、气孔密度为 17.36～28.42个/mm2。以此为依据，新鉴定的四倍体有：Rosella’s Dream(27)、Pearl Loraine(34)、Robert Swanson(55)、Mister Cass(58)、Beverly Dreams(62)、Mister Sandman(84)、Leslie Woodriff(88)。

A.Tiny Invader；B.Whistler；C.Yelloween；D.Navona；E.Brindisi；F.Elodie；G.Red Life；H.美人；I.天舞

图2 100份百合气孔散点图

新鉴定的三倍体有：Easy Waltz(1)、Little Kiss(11)、Easy Life(19)、Discoteca(20)Forever Susan(24)、Peach Dwarf(29)、Red Twin(30)、Ivory Pixie(31)、Abbeville Pride(32)、Pearl Jessica(35)、Bourbon Street(40)、Dynamix(42)、Double Sensation(43)、Bentley(44)、Sweet Surender(48)、Purple Diamond(49)、Triumphator(50)、Pink Heaven(51)、Zambesi(53)、Amarossi(57)、Outback(59)、Forever(60)、Fujian(61)、Friso(64)、Anastacia(65)、Debby(67)、Yellow Strike(69)、Berlingo(70)、Corcovado(71)、Mister Right(73)、Tabledance(74)、Fedora(75)、Catina(76)、Serano(77)、Shine On(78)、Terrasol(81)、Pangea(82)、Robina(86)、Saltarello(87)、African Queen(95)、Night Rider(96)、White Heaven(北)(99)。

新鉴定的二倍体有：Twosome(2)、Foxtrot(4)、L.tigrinum‘Pearl Melanie’(6)、Tiny Ghost(8)、Black Eye(13)、Pink Blossom(14)、Joao Pessoa(18)、L.davidiivar.unicolor‘Pinglu’(21)、Trogon(28)、White Heaven(38)、Fusion(52)、Pink Mist(63)、Honeymoon(66)、Garden Affaire(68)、Pink Perfection(89)、Lady Alice(91)、Golden Splendor(92)、Regale Album(93)。

三倍体与二倍体存在交集。交集中，Fusion(52)为L.longiflorum和L.pardalinumn的杂交品种，推测为二倍体；Bentley(44)和Dynamix(42)为LA类百合，推测为三倍体。

另外，有8份材料Annemarie’s Dream(15)、Bright Diamond(39)、Red Velvet(36)、Tailor Made(33)、Orange Planet(90)、Olympic Torch(54)、Urandi(83)、Tiny Diamond(17)无法推测其倍性。

3 讨论

倍性鉴定方法中形态学鉴定法最直观、最简单，然而百合原生种种类复杂多样，相同倍性百合在植株高度、花朵大小等方面有很大差异，不同倍性百合在植株高度、花朵大小等方面也可能差异不显著，因此，形态特征不能作为百合倍性鉴定的依据。利用气孔保卫细胞的性状判别倍性也相对简单，已在多种植物中被证明具有一定的可行性和可靠性。

本研究通过查阅大量文献，列出210个已知倍性百合材料的名称，并以已知倍性的百合为参照，将气孔周长和密度指标相结合，划分不同倍性百合的分布区域，明确了前人未研究过的66种百合的倍性，这是迄今为止对百合倍性最为全面的报道。

研究发现：二倍体与四倍体的分布区域不存在交集，易于区分，而三倍体与部分二倍体的分布区域存在交集。在月季[23]和黄花蒿[20]等研究中也发现利用叶片气孔鉴定倍性的方法较难将三倍体与二倍体和四倍体区分开。百合育种实践可能产生非整倍体材料[16]，包括O、LA 和OT，这种现象产生的机制已由周树军[2]阐明。研究中有8份材料没有确定倍性，它们可能是非整倍体，需要进一步确定。

文献调查发现了同一品种不同倍性的现象，如Robina被认为是四倍体或三倍体，试验所用材料Robina为三倍体。White Heaven被认为是二倍体或三倍体，来自山西农业大学和北京农学院的试验材料White Heaven，被分别判定为二倍体和三倍体。这种同一材料倍性不同的原因可能是：(1)品种名的误用导致材料混淆；(2)该材料同时有二倍体、三倍体或四倍体的存在，如卷丹不仅有三倍体和二倍体2种倍性的野生种，还有非整倍体与整倍的混倍体[10]。