朱報著 徐 放 朱政財 黃頌誼潘 文 張衛(wèi)華 王海華 李文業(yè)

(1.廣東省森林培育與保護(hù)利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/廣東省林業(yè)科學(xué)研究院，廣東 廣州 510520；2. 廣州市增城區(qū)林業(yè)和園林科學(xué)研究所， 廣東 增城 511300；3.廣州市綠化有限公司，廣東 廣州 510440)

植物棘刺一般可分為樹干皮刺、枝刺、葉刺和果刺等[1]；園林樹木中皮刺數(shù)量多、體積大或鋒利的樹種，不宜在公園和幼兒園等行人容易接觸到的地方栽植，以免刺傷行人[2-3]；少刺或無刺園林樹木更受人們喜愛，選育出觀賞性狀穩(wěn)定的少刺或無刺樹木品種，對于滿足社會需求具有現(xiàn)實(shí)意義。

美麗異木棉Chorisia speciosa又稱美麗吉貝、美人樹、酒瓶木棉，木棉科異木棉屬落葉喬木，原產(chǎn)南美洲，熱帶和亞熱帶地區(qū)廣泛栽培的觀賞樹種[4-5]。廣東于20 世紀(jì)60 年代開始引種，因其秋季盛花，盛花期長達(dá)3 個月，花瓣淡紫紅色或紅色，滿樹繁花，絢麗耀目，異常美麗，廣東、廣西、福建、海南和香港等地廣泛引種栽培[6-12]。美麗異木棉樹干直立或下部膨大，常有皮刺，影響應(yīng)用范圍；因而無刺或少刺新品種選育是美麗異木棉新品種選育的重點(diǎn)之一。闕彩霞[13]通過收集幼苗進(jìn)行培育研究，認(rèn)為幼苗莖干相對光滑無刺的植株，其成年后樹干也相對光滑無刺；且莖干的皮刺大小會隨著胸徑的增加而不斷長大；黃正恩等[14]研究認(rèn)為約有30%美麗異木棉苗木光滑無刺；但鮮見利用美麗異木棉優(yōu)良無性系開展控制授粉，研究子代樹干皮刺遺傳特性的報道。為選育出樹干皮刺少、生長優(yōu)的美麗異木棉優(yōu)良新品種，我們于2013 年收集了廣東省6 個市（區(qū)）的優(yōu)良接穗資源，通過嫁接繁殖苗木建立種質(zhì)資源圃，2019 年秋季開展無性系樹干皮刺特征研究，并選擇不同皮刺特征的無性系開展控制授粉、培育苗木試驗(yàn)，現(xiàn)對美麗異木棉無性系樹干皮刺特征和子代遺傳特性進(jìn)行總結(jié)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料來源于2013 年在東莞市（GC）、中山市(XS)、江門市(WY)、花都區(qū)(SC)、增城區(qū)(LC)和天河區(qū)(TH)采集的美麗異木棉優(yōu)良單株接穗，用美麗異木棉同一家系苗木做砧木嫁接,嫁接口平均高度約12 cm，種植在廣東省林業(yè)科學(xué)研究院種質(zhì)資源圃，位居113°22′6”E，23°11′58”N，海拔約35 m，共33 個無性系，每個無性系調(diào)查5株樹干皮刺。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計

1.2.1 雜交控制授粉設(shè)計 2019 年11 月選擇樹干超多皮刺的WY02，多皮刺的WY05，中間型的TH01 和LC20，少皮刺的XS01 無性系為母本，以少皮刺的XS22 無性系為父本進(jìn)行雜交控制授粉試驗(yàn)，2020 年4—5 月收集種子培育苗木，子代編碼分別為WY02-XS22、WY05-XS22、TH01-XS22、LC20-XS22、XS01-XS22，研究皮刺遺傳變異規(guī)律。

1.2.2 種植管理 5 月芽苗長出2～3 片真葉，苗高約7 cm，種植在高13 cm，上口寬16 cm，下口寬13 cm 的黑色營養(yǎng)杯，6 月下旬每個子代選取生長基本一致的苗木，采用30 株小區(qū)3 次重復(fù)進(jìn)行苗高、冠幅和皮刺生長情況調(diào)查，苗木培育過程水肥管理一致。

1.3 試驗(yàn)調(diào)查

1.3.1 皮刺調(diào)查 測量無性系嫁接口直徑和100 cm 高樹干直徑，統(tǒng)計皮刺數(shù)量，隨機(jī)選取50 個皮刺（不足50 個的全部調(diào)查）進(jìn)行長度和直徑的測量。6—11 月每月下旬調(diào)查子代皮刺生長情況，11 月下旬調(diào)查地徑和苗高30 cm 的直徑，30 cm內(nèi)的皮刺數(shù)量、長度和直徑。

1.3.2 生長量調(diào)查 6—11 月每月下旬調(diào)查苗高和冠幅。

1.4 親本樹干皮刺類型劃分

參考美麗異木棉以平均值與標(biāo)準(zhǔn)差進(jìn)行觀賞類型劃分標(biāo)準(zhǔn)方法[15]，以樹干皮刺數(shù)量、長度和直徑分別計算平均值和標(biāo)準(zhǔn)差，進(jìn)行親本樹干皮刺類型劃分。

按樹干皮刺數(shù)量分為5 個類型：無刺型（平均值-1.0 標(biāo)準(zhǔn)差及以下）、少刺型（平均值-0.5標(biāo)準(zhǔn)差及以下）、中間型（平均值±0.5 標(biāo)準(zhǔn)差）、多刺型（平均值+0.5 標(biāo)準(zhǔn)差及以上）、超多刺型（平均值+1.0 標(biāo)準(zhǔn)差及以上）。

按樹干皮刺長度分超短刺型（平均值-1.0 標(biāo)準(zhǔn)差及以下）、短刺型（平均值-0.5 標(biāo)準(zhǔn)差及以下）、中間型（平均值±0.5 標(biāo)準(zhǔn)差）、長刺型（平均值+0.5 標(biāo)準(zhǔn)差及以上）、超長刺型（平均值+1.0標(biāo)準(zhǔn)差及以上）。

按樹干皮刺直徑分超小刺型（平均值-1.0 標(biāo)準(zhǔn)差及以下）、小刺型（平均值-0.5 標(biāo)準(zhǔn)差及以下）、中間型（平均值±0.5 標(biāo)準(zhǔn)差）、大刺型（平均值+0.5 標(biāo)準(zhǔn)差及以上）、超大刺型（平均值+1.0標(biāo)準(zhǔn)差及以上），詳見表1。

表1 美麗異木棉親本樹干皮刺統(tǒng)計結(jié)果Table 1 Statistical results of prickle of Chorisia speciosa parents

1.5 統(tǒng)計分析方法

無性系表面積=（100 cm 直徑+嫁接口直徑）×3.14/2*100 cm；

子代苗木表面積=（30 cm 內(nèi)直徑+地徑）×3.14/2*30 cm；

皮刺面積=Σ(單個皮刺半徑)2*3.14；

皮刺占比面積(%)=皮刺面積/表面積*100%；

變異系數(shù)=（標(biāo)準(zhǔn)偏差/平均值）×100%；

無性系重復(fù)力（R） = （MSb-MSw）/MSb =1-1/F;

數(shù)據(jù)處理整理和方差分析均在Excel 2016 軟件中完成，多重比較利用R 語言[16]中agricolae 函數(shù)包[17]結(jié)合自編代碼完成，無性系重復(fù)力、單株遺傳力和家系遺傳力計算方法參考沈熙環(huán)[18]書中所述方法。

2 結(jié)果與分析

2.1 無性系樹干皮刺特征

對33 個無性系的皮刺數(shù)量、長度和直徑的方差分析顯示，不同無性系之間均存在極顯著的差異（P<0.001），其中皮刺長度和直徑的F值分別為19.15 和21.93，證明相關(guān)表型的差異主要集中在無性系間。皮刺數(shù)量、長度和直徑的無性系重復(fù)力分別為0.72、0.95 和0.96。測定的33 個美麗異木棉無性系中，有4 個無性系樹干少于2 個皮刺，在另外29 個無性系樹干皮刺較多的植株中，皮刺數(shù)量3～410 個，平均皮刺98.6 個，可分為少刺型 12 個、中間型9 個、多刺型3 個和超多刺型5 個；皮刺長度在0.28～1.9 cm，平均長度0.95 cm，可分為超短刺型 5 個、短刺型7 個、中間型7個、長刺型5 個和超長刺型5 個；皮刺直徑在0.15～1.45 cm 之間，平均直徑0.60 cm，可分為超小刺型2 個、小刺型9 個、中間型9 個、大刺型4 個和超大刺型5 個；變異系數(shù)分別以超多刺型、超長刺型和超大刺型最大（表2，圖1 a-d）。皮刺表面積占植株表面積的0.02%～9.46%，平均為2.25%，在不考慮樹干形狀、花色、花期等因素條件下，無刺型和少刺短小型是理想的選育植株。

圖1 美麗異木棉無性系親本和子代皮刺特征Fig.1 The prickle characteristics of parents and offspring of Chorisia speciosa

表2 美麗異木棉優(yōu)良無性系樹干皮刺特征統(tǒng)計Table 2 The statistics analysis of prickle characteristics for the excellent clones of Chorisia speciosa

2.2 子代苗木皮刺結(jié)果

美麗異木棉子代苗木5 月上袋種植2 個月后開始出現(xiàn)皮刺，皮刺在植株樹干中呈零散分布，經(jīng)過6 個月生長各子代苗木均有部分植株沒有皮刺；其中以WY02-XX22 子代無刺植株最多，共有30株，占調(diào)查植株的33.33%；其次是TH01-XX22 子代無刺植株20 株，占調(diào)查植株的22.22%；WY05-XX22 子代無刺植株最少，只有6 株，占調(diào)查植株的6.67%；LC20-XS22 和XS01-XS22 子代中無刺植株比率分別為18.89%和15.56%（圖1 e-f,圖2），從調(diào)查結(jié)果分析看，雜交子代皮刺存在較廣泛的變異，具有良好的選擇潛力。

圖2 美麗異木棉子代苗木皮刺生長比較Fig .2 Prickle growth of progenies of each family of Chorisia speciosa

從美麗異木棉子代有刺植株分析，LC20-XS22 皮刺平均數(shù)量、平均長、平均直徑和平均皮刺占表面積比例均顯著高于TH01-XS22 子代（P<0.05）。單株皮刺變幅為1～68 個，其中子代XS01-XS22 某單株皮刺最多，達(dá)到68 個。子代平均皮刺為9.9～24.12 個，LC20-XS22 平均皮刺24.12 個最多，其次是WY02-XS22，平均16.3個，最少有是TH01-XS22，只有9.9 個，除LC20-XS22 子代外，相對較少皮刺的母本，其子代也較少皮刺（表3）。

表3 美麗異木棉子代苗木皮刺數(shù)量和大小調(diào)查結(jié)果Table 3 Prickle number and size of progenies in each family of Chorisia speciosa

表4 美麗異木棉優(yōu)良無性系皮刺性狀遺傳力Table 4 Heritability of prickle traits for the excellent clones of Chorisia speciosa

平均皮刺長為0.43～0.62 cm， LC20-XS22 平均皮刺最長，為0.62 cm，平均皮刺最短的是TH01-XS22 和WY02-XS22，只有0.43 cm。平均皮刺直徑為0.26～0.35 cm，以LC20-XS22 最大，平均為0.35 cm，最小的是TH01-XS22，只有0.26 cm。皮刺占植株表面積是皮刺數(shù)量和皮刺直徑的綜合指標(biāo)，單株占比面積在0.01%～24.65%，平均皮刺占植株表面積為0.82%～3.99%，以LC20-XS22 最大，平均為3.99%，其次是WY05-XS22，平均為2.18%，占植株表面積最小的是TH01-XS22 子代，只有0.82%。通過對皮刺表型的遺傳力計算可知，皮刺數(shù)量、皮刺長度、皮刺直徑和皮刺占表面積比的家系遺傳力均在0.838 以上，呈強(qiáng)度遺傳，各單株遺傳力均為弱遺傳（0.16 以下）。

2.3 子代苗木生長

美麗異木棉子代苗木種植后，生長初期各家系子代株高10.21～13.33 cm，冠幅7.74～12.05 cm，家系間生長量均無顯著差異；0.5 a 生子代間苗高、冠幅和地徑存在顯著差異（圖3）。0.5 a 生子代苗高WY02-XS22 生長最好，平均苗高34.43 cm，TH01-XS22 生長最差，平均苗高30.2 cm；地徑WY05-XS22 生長最好，平均地徑1.54 cm，LC20-XS22 生長最差，平均地徑1.19 cm。在同一批子代苗木中，有刺植株與無刺植株中苗高、冠幅和地徑存在顯著差異，無刺植株的生長均弱于有刺植株，有刺植株苗高生長量較同一家系中無刺植株高出24.13%～155.13%，地徑高出10.66%～83.33%，其中又以LC20-XS22 子代的差值最大，XS01-XS22 子代的差值最小。

圖3 不同雜交組合子代間生長量差異比較Fig. 3 Comparison analysis of growth amount between progenies in different families

3 討論與結(jié)論

植物刺是在長期適應(yīng)環(huán)境中形成的，有防止動物侵害保護(hù)作用，減少水分蒸騰抵抗干旱作用，攀援樹木尋找生長空間作用，幫助傳播果實(shí)擴(kuò)散種群作用，促進(jìn)植物生長作用[1]。美麗異木棉樹干皮刺數(shù)量、長度、直徑、占植株表面積差異較大，皮刺表型也呈不規(guī)則分布狀態(tài)，在控制授粉條件下培育的0.5 a 生子代苗木無刺植株在6.67%～33.33%，與黃正恩等[14]研究認(rèn)為約有30%植株則光滑無刺結(jié)果類似，研究結(jié)果可為通過控制授粉培育無刺植株提供了科學(xué)依據(jù)。根據(jù)本研究的結(jié)果可知，美麗異木棉皮刺表型的家系遺傳力均在0.838 以上，呈強(qiáng)度遺傳，可推斷美麗異木棉皮刺表型主要由遺傳因素決定，受外界條件影響較小，可以利用無刺或少刺無性系進(jìn)行雜交獲得皮刺較少的個體。

植物皮刺長度和直徑會隨樹木生長而不斷增大，本研究的美麗異木棉無性系嫁接口直徑9 cm的植株最大皮刺直徑達(dá)1.45 cm，而0.5 a 生子代苗木皮刺直徑達(dá)1.3 cm；與闕彩霞[13]研究認(rèn)為大腹木棉莖干的皮刺大小會隨著胸徑的增加而不斷增多和增大，當(dāng)胸徑達(dá)到34 cm 時皮刺可長至2 cm 的結(jié)論類同。美麗異木棉生長多少年植株皮刺長度和寬度達(dá)到最大值需要進(jìn)一步試驗(yàn)觀測。

植物皮刺對植物生長發(fā)育有一定的促進(jìn)作用，但皮刺也影響作業(yè)生產(chǎn)，降低生產(chǎn)效率，選育無刺或少刺，生長量大或觀賞價值高的作物和園林植物是育種者的主要目標(biāo)。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，美麗異木棉有刺植株苗高、地徑和冠幅生長量優(yōu)于無刺植株，且多皮刺植株生長量大于少皮刺植株的現(xiàn)象；與陳善波等[19]采用多次嫁接培育竹葉花椒Zanthoxylum armatum栽培品種藤椒，該品種皮刺數(shù)量減少，皮刺間距增大，產(chǎn)量提高，可能是砧木優(yōu)良生長特性促進(jìn)植株生長，提高產(chǎn)量有關(guān)。在毛果茄Solanum viarum和紅樹莓Rubus ideaus皮刺的研究中，均發(fā)現(xiàn)多皮刺植株在抗性、次生代謝物質(zhì)合成和生長量等方面均強(qiáng)于無皮刺植株，轉(zhuǎn)錄組測序分析結(jié)果顯示，有刺單株在R2R3 MYB轉(zhuǎn)錄因子、WRKY轉(zhuǎn)錄因子、REM基因家族的表達(dá)量均顯著高于無刺單株，上述基因均在纖維素合成和生物抗逆中起到了重要的調(diào)控作用[20-21]。美麗異木棉樹干皮刺在樹木生長過程中起到何種作用還需要進(jìn)一步研究。

本試驗(yàn)采用少刺的無性系為父本，分別以不同皮刺數(shù)量的無性系為母本進(jìn)行雜交育種試驗(yàn)，子代苗木中皮刺數(shù)量與母本并未達(dá)到一致，皮刺特征為多基因控制的數(shù)量性狀[22]，亦可受到DNA甲基化、micro-RNA、基因印記（Genomic imprinting）和轉(zhuǎn)錄因子等多重調(diào)控[23-24]，因此子代中呈現(xiàn)了相對復(fù)雜的表型，下一步工作中可結(jié)合分子生物學(xué)手段進(jìn)行深入研究，或加大苗木培育觀察并開展多組正反交控制授粉以進(jìn)一步研究皮刺特征的遺傳機(jī)理。

對不同皮刺類型的美麗異木棉無性系控制授粉子代苗木研究表明：雜交子代皮刺及生長量存在較廣泛的變異，子代苗木中無刺植株可達(dá)到33.33%，但有刺植株的苗高、冠幅和地徑生長量較同一雜交組合的無刺植株大，選擇皮刺較少且兼具較高生長量的單株，是未來育種工作的重點(diǎn)。