麻文俊 楊桂娟 王軍輝* 趙 鯤

(1.中國林業(yè)科學(xué)研究院林業(yè)研究所，林木遺傳育種國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，國家林業(yè)和草原局林木培育重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，楸樹國家創(chuàng)新聯(lián)盟，北京 100091； 2.洛陽農(nóng)林科學(xué)院，洛陽 471002)

園林觀賞新品種選育是楸樹的重要育種方向之一。目前進(jìn)行林木新品種選育最常用的兩種方法為：一是通過自然選優(yōu)，可以對(duì)現(xiàn)有資源中的優(yōu)良觀賞品種進(jìn)行選擇、馴化，如紅花槭(Acerrubrum)、地涌金蓮(Musellalasiocarpa)、海棠(Malusspectabilis)、櫻桃(Cerasuspseudocerasus)[1～4]等獲得了大量觀賞新品種；二是雜交育種[5]，可以獲得理想的花色、株型等，目前已在紫斑牡丹(Paeoniarockiivar.papaveracea)、月季(Rosachinensis)、菊花(Dendranthemamorifolium)、百合(Liliumbrowniivar.viridulum)、紫薇(LagerstroemiaindicaL.)、玉蘭(Magnoliadenudata)[6～12]等草本和木本觀花植物研究中取得了較好的效果。

楸樹(Catalpabungei)為紫葳科(Bignoniaceae)梓樹屬(CatalpaScop.)，原產(chǎn)我國，分布范圍廣，在河南、安徽、江蘇、山西、陜西、山東、河北、北京等省市均有分布；至今已有2 600多年的栽培歷史[13]，是我國著名的優(yōu)質(zhì)珍貴用材和園林觀賞樹種，目前在園林景觀方面已有大量的應(yīng)用。但是，相對(duì)于其他樹種，楸樹觀賞品種的培育嚴(yán)重滯后，還未見觀賞品種培育的相關(guān)報(bào)道。楸樹為木本喬木樹種，其培育周期較長，選育較為困難，作為重要觀賞性狀的花色相關(guān)研究，例如花色的分布、花色遺傳等方面，未見相關(guān)的研究報(bào)道。本文在進(jìn)行連年花性狀觀測的基礎(chǔ)上，對(duì)不同單株的9個(gè)質(zhì)量與數(shù)量性狀進(jìn)行調(diào)查測定和統(tǒng)計(jì)分析，旨在揭示花表型性狀在楸樹種內(nèi)存在的巨大變異，為新花色育種和優(yōu)良觀花新品種的選育及新品種的鑒定和保護(hù)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料和試驗(yàn)地概況

本研究所利用的楸樹優(yōu)樹無性系是1985～1990年在全國收集的楸樹優(yōu)良單株無性系化后，于1993年在河南省洛陽市偃師市虎頭山森林公園(112°26′E，34°27′N)造林，試驗(yàn)設(shè)計(jì)為2株小區(qū)，4次重復(fù)。由于保存不善，目前只剩1個(gè)重復(fù)，經(jīng)疏伐后每個(gè)無性系只保留了1株。該地氣候?qū)儆诘湫偷呐瘻貛Т箨懶约撅L(fēng)氣候，海拔200 m，年均氣溫15℃，極端最高氣溫40.4℃，極端最低氣溫-20.2℃，年降雨量630 mm，土壤為潮土。

1.2 方法

調(diào)查的質(zhì)量性狀包括：花色、雄蕊育性；數(shù)量性狀包括：花枝長度、花序長度、單花枝花數(shù)、相對(duì)花粉量、花上唇長度、下唇長度和花冠直徑(其長度與直徑均精確到0.1 cm)。

2008年5月3日，當(dāng)開花達(dá)到盛花期時(shí)，在試驗(yàn)林中對(duì)27株開花植株分別從樹冠各部位均勻選擇25個(gè)花枝(由于每個(gè)單株開花數(shù)量不同，所以部分單株調(diào)查數(shù)量較少)，每個(gè)花枝隨機(jī)調(diào)查2朵花。首先，數(shù)單花枝花數(shù)；然后，判斷雄蕊育性，判斷方法為肉眼觀察成熟開裂的花藥中是否有花粉，無花粉為敗育，有花粉為可育，按花粉量多少分為多和少兩級(jí)；最后，用直尺測定花枝長度、花序長度、花上唇長度、下唇長度和花冠直徑，精確到0.1 cm。

2010年5月7日在試驗(yàn)林中選擇花量較大的16個(gè)單株進(jìn)行花色測定。在每個(gè)單株樹冠中上部朝南方向隨機(jī)選取不同枝條上的30朵花，用CR-400型色差計(jì)(柯尼卡美能達(dá))測定花的L*、a*、b*值，L*為亮度值，色相值分別是a*值和b*值。L*數(shù)值范圍為0～100，隨數(shù)值升高，表示明度由暗變亮逐漸增加；色相a*值的范圍為-60～60，隨數(shù)值的增大綠色減退，紅色增強(qiáng)；色相b*值的變化范圍為-60～60，隨數(shù)值的增大藍(lán)色減退，黃色增強(qiáng)；通過公式C*=(a*2+b*2)1/2和h=arctan(b*/a*)計(jì)算出彩度C*和色相角h。彩度C*是表述色彩的鮮艷程度的變量。從a*軸正半軸開始，色相角順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，依次經(jīng)過軸的負(fù)半軸、a*軸的負(fù)半軸、b*軸的正半軸，再回到a*軸的正半軸，相對(duì)應(yīng)的顏色變化是從紅色到藍(lán)色，經(jīng)過綠色、黃色，最終回到紅色。測定部位為花冠上唇外部，每朵花測定3次，取其平均值。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

表型變異系數(shù)(CV)：表型性狀間的離散程度。

(1)

以單花平均值進(jìn)行單因素方差分析，用Excel 2007和SPSS 16.0進(jìn)行數(shù)據(jù)整理、方差分析[15]和圖表制作。

L*、a*、b*值標(biāo)準(zhǔn)化處理：對(duì)L*、a*、b*值分別進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。

(2)

式中：xi為第i株測定值，xmin為最小值，xmax為最大值。

聚類分析：數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化后，運(yùn)用MultiExperiment Viewer(MEV4.6.0)軟件，以Hierarchical clustering方法進(jìn)行聚類分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 楸樹花期和花特征

楸樹優(yōu)樹無性系試驗(yàn)林于2002年開花，至2005年后開花趨于穩(wěn)定，經(jīng)連續(xù)6年的觀察發(fā)現(xiàn)不同單株的花色、育性差異較大，且單株花期可以持續(xù)10 d以上，花期為4月下旬至5月上旬。在3片試驗(yàn)林中開花最早的無性系與開花最晚的無性系開花時(shí)間相差可達(dá)5 d。因此，依據(jù)不同無性系的遺傳差異和水肥調(diào)控措施，通過多無性系搭配的方式可以使群體花期達(dá)到15 d左右。

楸樹花冠為鐘狀，檐部5裂，上唇3瓣，下唇2瓣，唇瓣為白色，唇瓣上密布紫紅色斑點(diǎn)，不同單株花冠紫色斑點(diǎn)分布數(shù)量和密度不同，導(dǎo)致花顏色差異分化(由白色至紅色)。不同單株花大小、花序長短和單株開花量，均有較大差異，并且由于葉柄長度、花枝長度在基因型間具有較大差異，致使不同單株表現(xiàn)出顯花和隱花的特征(如圖1所示)。

2.2 不同單株雄性育性差異

對(duì)試驗(yàn)林中開花的27個(gè)單株進(jìn)行雄蕊的育性和花粉量調(diào)查(見表1所示)。楸樹為二強(qiáng)雄蕊，其中12個(gè)單株的雄蕊是可育的，其余15個(gè)敗育。觀察每個(gè)單株的花粉量，在現(xiàn)場比較，可以依據(jù)花粉量的多少將12個(gè)可育單株劃分為多和少兩類，其中5-8、6-7、6-8、7-8、7-9、7-10、8-1和8-7的花粉量較多，而其他4個(gè)單株的花粉量較少。

表1 不同單株育性調(diào)查

注：“—”表示沒有花粉，花粉量是經(jīng)過對(duì)比判斷的相對(duì)量。

Notes:“—” means without pollen,pollen quantity is relative quantity of different individuals.

圖1 不同單株花色及開花量的多樣性 A.單花顏色對(duì)比；B.花序顏色對(duì)比；C.單株花色對(duì)比Fig.1 Flower color and number of flower diversities of different individuals A.Single flower colour contrastion; B.Inflorescence colour contrastion; C.Individual tree flower colour contrastion

2.3 不同單株花序長度、花枝長度和單花序花數(shù)差異

花枝長度(F=12.447**)、花序長度(F=9.068**)，以及單花枝花數(shù)(F=19.214**)在單株間均存在極顯著差異(詳見表2)。不同單株花枝長度平均為13.6 cm，變幅為10.7～16.4 cm；花序長度平均為7.7 cm，變幅為5.6～9.6 cm，最長的是6-8，最短的是1-1；單花枝花數(shù)最多的是6-2和8-12，為13朵。單花枝花數(shù)的變異程度最高，表型變異系數(shù)為36.7%，花枝長度和花序長度的表型變異系數(shù)分別為12.8%和12.5%。

2.4 花大小變異

楸樹花上唇長度大于下唇。以上唇長度、下唇長度和花冠直徑來表征花的大小，對(duì)27個(gè)開花單株的測定結(jié)果見表3。不同單株的花上唇長度(F=39.534**)、下唇長度(F=66.324**)和花冠直徑(F=49.329**)差異極顯著。上唇長度和下唇長度平均值分別為4.6和3.7 cm，變幅分別為3.8～5.2 cm和3.0～4.3 cm；花冠直徑平均為4.6 cm，變幅為3.9～5.4 cm。由表3可知，花較大的基因型為6-8、8-7、8-11、8-12、8-13，較小的則是9-13、10-3、10-4、10-5。

表2 不同單株花枝長度、花序長度和單花枝花數(shù)差異

Table 2 Length of flowering branch and floral, flower number of single flowering branch of different individuals

單株Individuals花枝長度Length of flowering branch(cm)花序長度Length of floral(cm)單花枝花數(shù)Flower number of single flowering branch1-111.4±0.386ab5.6±0.264a6±0.417abcdef3-211.3±0.569ab5.8±0.300a6±0.653abc3-313.5±0.347efgh8.2±0.252defg12±0.657defg3-413.3±0.333defg7.1±0.277bc7±0.370abcde5-816.2±0.733lm8.7±0.391fgh6±0.497g6-215.1±0.687hijklm8.8±0.309fgh13±0.830i6-313.5±0.397efg7.4±0.292bcd10±0.564h6-715.4±0.380ijklm8.1±0.306cdefg9±0.480g6-814.4±0.409fghijk9.6±0.418h8±0.402efg7-814.3±0.316fghij7.6±0.250bcde9±0.416g7-911.9±0.531abcd7.0±0.452b3±0.449abcd7-1011.2±0.774ab7.0±0.455bc9±0.744abcdef7-1312.5±0.503bcde7.0±0.310bc6±0.503bcdef7-1414.4±0.281fghij8.5±0.332efg9±0.437abcdef8-113.8±0.430efghi9.0±0.313gh11±0.599j8-413.0±0.331cdef7.2±0.270bcd5±0.347abc8-511.6±0.329abc7.2±0.246bcd6±0.353abcdef8-711.7±0.301abc6.9±0.251b6±0.373a8-1114.8±0.454ghijkl7.4±0.282bcd9±0.425abc8-1216.1±0.422klm8.7±0.320efgh13±0.438cdef8-1316.4±0.779m8.6±0.330efgh4±0.401abcdef8-1415.4±0.609ijklm7.2±0.241bcd8±0.262abc9-314.7±0.407ghijkl8.8±0.297fgh8±0.245cdef9-1315.7±0.384jklm8.5±0.235efgh9±0.340fg10-314.6±0.442fghijkl7.8±0.264bcdef12±0.472abcdef10-411.7±0.382abc7.9±0.269bcdef6±0.378abc10-510.7±0.294a6.9±0.182b2±0.433ab均值Mean13.67.78最大值Max16.49.613最小值Min10.75.62表型變異系數(shù)CV(%)12.812.536.7F12.447**9.068**19.214**

注：**表示不同單株在0.01水平上存在顯著差異，小寫字母表示多重比較結(jié)果，下同。

Notes:**means the significant difference between different individuals underP<0.01,lowercase means the result of multiple comparison, the same as below.

圖2 基于CR-400型數(shù)據(jù)的花色二維、三維分布圖Fig.2 The 2D and 3D distribution plots of 16 varieties based on the CIELAB data

圖3 彩度C*和亮度L*之間的關(guān)系Fig.3 The relationship between C* and L* values in flowers

圖4 花色聚類分析Fig.4 The result of cluster analysis of flower color

2.5 不同單株花色變異及聚類分析

16個(gè)單株花色的二維和三維分布如圖2所示。L*(F=137.911**)、a*(F=95.515**)、b*(F=37.894**)、C*(F=98.861**)和h(F=10.442**)值在單株間均存在極顯著差異，色相a*、b*以及彩度C*的表型變異系數(shù)分別為35.1%、52.5%和29.8%，由此說明不同單株的花色差異極顯著。

對(duì)花的彩度C*和亮度L*進(jìn)行相關(guān)性分析(如圖3所示)。彩度C*和亮度L*呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，亮度L*越大，彩度C*越小，表明楸樹的花瓣越亮，則花瓣所吸收的光線越少。

以L*、a*、b*值對(duì)不同單株進(jìn)行聚類分析(如圖4所示)。采用歐氏距離為15時(shí)可將16個(gè)單株聚為3類：第一類花為紅色系，包括7-10、8-6、8-11、8-12、8-13和11-1；第二類花為粉紅色系，包括5-11、6-7、6-8、7-13、8-5、8-14、9-14和10-3；第三類花為白色系，包括5-6和5-8。

3 討論

種質(zhì)資源是進(jìn)行優(yōu)良觀賞新品種培育的基礎(chǔ)。只有對(duì)資源具有深入、全面的了解，才能針對(duì)培育目標(biāo)，通過天然選優(yōu)或雜交育種等方法獲得理想的觀賞品種。因此，各個(gè)國家均十分重視觀賞植物種質(zhì)資源的收集、研究工作，并取得了豐富的成果。張艷麗等[16]研究表明，滇牡丹(PaeoniadelavayiFranch)花色豐富，呈白色至暗紅色的連續(xù)變異；利用英國皇家園藝學(xué)會(huì)比色卡(RHSCC)和分光色差儀測定法，將36份觀賞向日葵(HelianthusannuusL.)的花色分為兩大類，即黃色系和紅色系[17]；而夏蠟梅(CalycanthuschinensisCheng et S.Y.Chang)花色(外被片顏色)表現(xiàn)為白、淺粉、粉、粉紅4種類型[18]。楸樹為落葉喬木，經(jīng)選優(yōu)或雜交育種所得優(yōu)良品種栽植后一般4～6年即可開花。由于以往研究重點(diǎn)更關(guān)注于楸樹優(yōu)良用材新品種的選育，而對(duì)觀賞新品種的研究較少，基礎(chǔ)相對(duì)薄弱，因此，開展楸樹種內(nèi)花性狀和花期物候的變異研究顯得尤為重要。對(duì)楸樹優(yōu)良單株的花性狀研究表明，27個(gè)基因型的花枝長度、花序長度、花大小差異極顯著，16個(gè)單株的花色也具有明顯的差別。依據(jù)亮度值(L*)、色相值(a*和b*)進(jìn)行聚類分析，當(dāng)歐氏距離為15時(shí)可將16個(gè)單株聚為3類，紅色系、粉紅色系和白色系。這一結(jié)果與我們連續(xù)6年的觀察結(jié)果相一致。這一研究結(jié)果與分生態(tài)區(qū)試驗(yàn)相結(jié)合，成功選育出3個(gè)優(yōu)良觀花新品種，分別是紅色系的“朝霞”(8-11)、粉紅色系的“彩云”(6-7)和白色系的“云朵”(5-8)，并已被認(rèn)定為國家級(jí)林木良種。

目前傳統(tǒng)育種仍是花卉育種工作的主要方法，同時(shí)花卉分子育種又為培育花卉新品種開辟了新途徑[19]。通過常規(guī)選育、輻射誘變和雜交育種方法獲得了大量的優(yōu)異新品種。楊彥伶等[20]通過對(duì)不同無性系花性狀、生長性狀與抗病害能力等的綜合評(píng)判，選擇出具有園林觀賞價(jià)值的8個(gè)野生紫薇(LagerstroemiaindicaL.)優(yōu)良無性系；朱更瑞等[21]通過觀賞桃(AmygdaluspersicaLinn.)自交育成花果兩用、高抗南方根接線蟲的觀賞桃新品種；陳發(fā)棣等[22]通過對(duì)自交種子進(jìn)行輻射誘變，選育出了地被菊新品種；姜長陽等[23]用γ射線輻射處理玉蘭愈傷組織，選育出具有一年兩次開花、生長速度快而旺盛、抗逆性強(qiáng)等多種優(yōu)良性狀的玉蘭新品系；周厚高等[10]利用新鐵炮百合品種“雷山”和麝香百合品種“白森林”為親本，通過雜交和回交，采用系統(tǒng)選育的方法育成切花品質(zhì)優(yōu)良的新品種“白玉”。而在已有的以生長和材性為目標(biāo)性狀的楸樹雜交育種研究取得了較好的成果[24]；在楸樹觀賞新品種選育方面，由于不同單株花性狀差異極顯著，可以采用雜交育種方法進(jìn)行觀賞型新品種選育，從而依據(jù)花顏色、花枝長度、花序長度、單花枝花數(shù)量，以及雄蕊育性，按照選育目標(biāo)，進(jìn)行科學(xué)合理的交配設(shè)計(jì)。

4 結(jié)論

(1)楸樹為二強(qiáng)雄蕊，分為雄性可育和敗育，27個(gè)單株中有12個(gè)為雄性可育，且花粉量差異較大。花冠檐部5裂，上唇3瓣，下唇2瓣，上唇瓣長度大于下唇瓣。單株間花枝長度、花序長度、單花枝花數(shù)、花上唇瓣長度、花下唇瓣長度和花冠直徑均存在極顯著差異，變幅分別10.7～16.4 cm、5.6～9.6 cm、2～13朵、3.8～5.2 cm、3.0～4.3 cm、3.9～5.4 cm，表型變異系數(shù)分別為12.8%、12.5%、36.7%、7.5%、9.1%和9.2%。

(2)楸樹16個(gè)單株間花色差異極顯著，以L*、a*、b*值度量花色，將16個(gè)單株聚為3類，紅色系、粉紅色系和白色系。