荀守華 喬玉玲 毛秀紅 孫百友 張?jiān)獛?董元夫 姜麗娜

(山東省林業(yè)科學(xué)研究院，濟(jì)南，250014) (費(fèi)縣國有大青山林場) (山東農(nóng)業(yè)大學(xué))

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刺槐無性系開花結(jié)實(shí)生殖特性及雜交親本選配1)

荀守華 喬玉玲 毛秀紅 孫百友 張?jiān)獛?董元夫 姜麗娜

(山東省林業(yè)科學(xué)研究院，濟(jì)南，250014) (費(fèi)縣國有大青山林場) (山東農(nóng)業(yè)大學(xué))

對‘魯刺1’(R.pseudoacacia‘Lu Ci 1’)、‘魯刺7’(‘Lu Ci 7’)、‘魯刺9’(‘Lu Ci 9’)、‘魯刺57’(‘Lu Ci 57’)、‘魯刺68’(‘Lu Ci 68’)、‘魯刺152’(‘Lu Ci 152’)、‘興刺1’(‘Xing Ci 1’)、‘興刺15’(‘Xing Ci 15’)、‘晉刺4’(‘Jin Ci 4’)等20個(gè)刺槐無性系的開花物候期、生殖器官形態(tài)結(jié)構(gòu)、花粉活力、人工授粉結(jié)實(shí)率、雜交種子發(fā)育期及雜種發(fā)芽率等開展了試驗(yàn)觀測研究。結(jié)果表明：刺槐無性系在魯中南山區(qū)開花物候期為4月下旬至5月上旬，單株開花持續(xù)時(shí)間5～7 d，單朵小花開放時(shí)間為2～3 d?；ǚ鄄墒蘸蟾稍?4 h和低溫貯藏5 d后在MS培養(yǎng)基上培養(yǎng)6～8 h，萌發(fā)率分別為22%和20%。自人工授粉至種子生長發(fā)育成熟需要80～90 d。不同無性系組合人工控制授粉結(jié)實(shí)率差異較大，平均結(jié)實(shí)率8.47%，最高為21.28%，最低為零，‘魯刺68’、‘興刺15’和‘晉刺4’生殖能力較強(qiáng)，適宜做雜交父本；‘魯刺57’和‘魯刺152’作母本的組合結(jié)實(shí)率較高，且雜種發(fā)芽率較高，生殖能力較強(qiáng)，適宜做雜交母本。雜交種子2個(gè)年度(2013年、2014年)播種發(fā)芽率分別是22%和23%，不同無性系組合發(fā)芽率差異很大，最高達(dá)50%，最低為零。

刺槐無性系；有性生殖；人工控制授粉；雜交親本；結(jié)實(shí)率

刺槐(RobiniapseudoacaciaL.)為蝶形花科刺槐屬闊葉大喬木，生長速度快，抗逆性強(qiáng)，抗病蟲害能力強(qiáng)，是溫帶地區(qū)優(yōu)質(zhì)用材林、薪炭林和防護(hù)林樹種，同時(shí)兼具景觀、蜜源和飼料用途。我國自20世紀(jì)70年代開展刺槐遺傳育種工作以來，主要以選育速生用材無性系和引進(jìn)觀賞、飼用國外品種為主[1-3]，人工授粉雜交育種工作較少開展，尚無人工雜交品種。雜交育種是整合雙親優(yōu)良性狀并可獲得超親新性狀雜交子代的有效育種方法，開展刺槐屬種內(nèi)、種間雜交育種，對于進(jìn)一步改良其遺傳品質(zhì)和新品種選育具有重要意義。

人工雜交育種必須利用親本的有性生殖過程，掌握雜交親本的開花結(jié)實(shí)生物學(xué)特性是開展有性雜交育種的理論基礎(chǔ)。筆者多年來的觀測調(diào)查發(fā)現(xiàn)，刺槐自然結(jié)實(shí)率較低，平均30%左右；Susko[4]經(jīng)過對不同刺槐群體的座果結(jié)實(shí)調(diào)查顯示，刺槐座果結(jié)實(shí)率較低，近2/3的胚珠不能發(fā)育為成熟種子。因此，深入系統(tǒng)研究刺槐有性生殖生物學(xué)特性尤其必要。國外刺槐育種起步早且成效顯著的國家首屬匈牙利，育種方法主要是自然選擇育種[5]，同時(shí)，也有關(guān)于控制授粉雜交成功的報(bào)道,但是目前難以搜索到關(guān)于此報(bào)道的詳細(xì)信息。Dini-Papanastasi et al.[6]曾經(jīng)做過刺槐與單葉刺槐(R.pseudoacaciavar.monophyllaCarr)的雜交育種，設(shè)計(jì)了33個(gè)人工控制授粉組合，只有9個(gè)組合結(jié)出了85個(gè)莢果，最終成熟莢果24個(gè)，收獲57粒種子，播種育苗成活2株雜交子代。

我國最早開展刺槐人工控制授粉試驗(yàn)是在1980年，由費(fèi)縣國有大青山林場在本場刺槐種子園進(jìn)行人工控制授粉，獲得一批雜種。1990年由山東省林木種苗站在費(fèi)縣國有大青山林場刺槐種子園選擇7個(gè)無性系進(jìn)行全雙列雜交，49個(gè)雜交組合平均結(jié)莢率6.5%，不同組合結(jié)莢率差異很大，最大為12.76%，最小為零[7]。田志和等[8]對刺槐的開花結(jié)實(shí)生物學(xué)特性進(jìn)行了觀察研究，并選擇9棵植株開展了自由異交、同花序自交、自由自交、強(qiáng)迫異交等4種人工控制授粉處理，結(jié)果顯示，同花序自交成果率為3.94%，自由異交成果率為0.44%，自由自交成果率為0，強(qiáng)迫異交成果率為1.82%。隨著現(xiàn)代生物技術(shù)在林木育種中的應(yīng)用，對刺槐開花傳粉及人工授粉結(jié)實(shí)機(jī)理有了更加深入細(xì)致的研究。孫鵬等[9]對刺槐花朵的形態(tài)特征、開花動(dòng)態(tài)及傳粉媒介進(jìn)行了觀測，研究了刺槐開花傳粉及交配方式，認(rèn)為刺槐是以異交為主、部分自交親和的交配方式，并試驗(yàn)刺槐去雄人工授粉雜交結(jié)果率為3.56%。同時(shí)也系統(tǒng)研究了去雄對刺槐發(fā)育及雜交坐果率的影響機(jī)制，認(rèn)為去雄會對生殖器官產(chǎn)生傷害，從而會使很多和代謝、生長調(diào)控、信號傳導(dǎo)、光合作用等相關(guān)的基因表達(dá)量下調(diào)[10-11]，導(dǎo)致人工雜交座果率低。袁存權(quán)[12]對刺槐有性生殖過程及交配系統(tǒng)進(jìn)行了深入系統(tǒng)研究，得出刺槐的繁育系統(tǒng)屬于以異交為主的混合交配系統(tǒng)(同花授粉可結(jié)實(shí))；刺槐在種子成熟期、出苗期和苗期早期生長3個(gè)時(shí)期存在不同程度的自交衰退；在受精和種子成熟階段，近交衰退率最高(δ=0.541 9)，其次是種苗形成階段(δ=0.365 4)，在種苗生長過程中自花傳粉與異花傳粉后代沒有明顯的不同，3個(gè)階段累計(jì)的近交衰退平均值是0.745 2[13]。戴麗等[14-15]研究了刺槐與紅花刺槐(R.pseudoacaciavar.decaisneans)、金葉刺槐(R.pseudoacaciaf.aurea)、四倍體刺槐(R.pseudoacacia‘Tetraploid’)和香花槐(Robinianeo-mexicanavar.luxurians)等刺槐屬不同種質(zhì)之間雜交授粉可配性，結(jié)果是刺槐做母本與紅花刺槐、金葉刺槐和四倍體刺槐雜交都可獲得可育種子并萌發(fā)成苗，紅花刺槐、金葉刺槐、四倍體刺槐和香花槐等分別做母本時(shí)都沒有得到種子。Lu et al.[16]探索了普通二倍體刺槐與其他刺槐種類進(jìn)行雜交的可行性，結(jié)果表明，引起雜交結(jié)實(shí)率低的原因是異常的花粉管生長、受精胚珠的敗育和較少種子的萌發(fā)。

上述研究多是以刺槐普通實(shí)生單株為試驗(yàn)材料，與優(yōu)良無性系比較，普通單株不具有優(yōu)良基因型，用于做雜交親本其子代難以表現(xiàn)遺傳增益；利用具有優(yōu)良基因型的無性系進(jìn)行雜交才有希望獲得超親雜種優(yōu)勢，才有可能獲得遺傳增益高的雜交子代，其育種工作具有更大意義。由于不同無性系在開花物候期、結(jié)實(shí)率等生殖特性上與實(shí)生單株比較還有差異，并且有關(guān)刺槐不同優(yōu)良無性系雜交組合親和性、有性生殖能力、雜交親本選擇、種子生長發(fā)育期等尚沒有研究報(bào)道。文中以刺槐優(yōu)良無性系(即良種和品種)為研究材料，從2013年至2015年連續(xù)3年對20個(gè)刺槐無性系開花物候期、花和果實(shí)生殖器官形態(tài)結(jié)構(gòu)、不同無性系組合人工控制授粉結(jié)實(shí)率、雜交種子生長發(fā)育期、雜種發(fā)芽率等開展觀測調(diào)查和試驗(yàn)研究，判斷各無性系的有性生殖能力，篩選雜交親本；同時(shí)獲得了300余株雜交子代，為選育遺傳增益高、抗逆性好的刺槐優(yōu)良新品種創(chuàng)造了種質(zhì)材料。

1 試驗(yàn)區(qū)自然地理概況

山東省費(fèi)縣國有大青山林場地處蒙山東麓，位于費(fèi)縣北部，北與沂南和蒙陰兩縣接壤，東、南和西部與本縣薛莊、方城和汪溝三鄉(xiāng)鎮(zhèn)相連，區(qū)域地理位置為35°23.360′～35°24.597′N，118°11.253′～118°12.349′E，主峰大青山海拔686.2 m。常年平均氣溫為13.8 ℃，極端最高氣溫39.1 ℃，極端最低氣溫-18.3 ℃；日平均氣溫大于10 ℃的時(shí)間有212 d；年平均日照時(shí)間2 588 h；無霜期197 d；常年平均降水量836.6 mm，年均蒸發(fā)量2 125 mm。屬暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候。土壤類型為山地棕壤和淋溶性褐土，土層厚度20～60 cm，土壤有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.5%以下，土壤肥力較低，pH值6.5～7.0。

2 材料與方法

研究材料為1970—1990年國內(nèi)選育的刺槐優(yōu)良無性系或優(yōu)樹無性系共計(jì)20個(gè)，它們的主要特性是速生，且干形好。其中‘魯刺1’(R.pseudoacacia‘Lu Ci 1’)、‘魯刺2’(‘Lu Ci 2’)、‘魯刺7’(‘Lu Ci 7’)、‘魯刺9’(‘Lu Ci 9’)、‘魯刺10’(‘Lu Ci 10’)、‘魯刺13’(即‘石林刺槐’)(‘Lu Ci 13’)、‘魯刺42’(‘Lu Ci 42’)、和‘魯刺68’(‘Lu Ci 68’)是山東省選育鑒定的優(yōu)良無性系；‘興刺1’(‘Xing Ci 1’)和‘興刺15’(‘Xing Ci 15’)是遼寧省選育鑒定的優(yōu)良無性系；‘魯刺57’(‘Lu Ci 57’)、‘魯刺152’(‘Lu Ci 152’)、‘魯刺133’(‘Lu Ci 133’)、‘魯刺186’(‘Lu Ci 186’)和‘魯刺229’(‘Lu Ci 229’)是山東省選出的優(yōu)樹無性系(未鑒定)；‘興刺22’(‘Xing Ci 22’)、‘興刺25’(‘Xing Ci 25’)和‘興刺46’(‘Xing Ci 46’)是來自遼寧省的優(yōu)樹無性系；‘晉刺4’(‘Jin Ci 4’)是山西省的優(yōu)樹無性系；‘民權(quán)2’(‘Min Quan 2’)是河南省的優(yōu)樹無性系。這20個(gè)無性系分別來自山東、遼寧、山西和河南，在次生種源分布區(qū)域上具有互補(bǔ)性，遼寧省的無性系抗寒性較好，山西省的無性系抗旱性能較好，因此，它們組成的雜交后代在生長量和抗逆性狀上具有潛在的遺傳增益。研究材料定植在山東省費(fèi)縣大青山林場(國家刺槐良種基地)刺槐優(yōu)良無性系種子園，嫁接繁殖，樹齡5～6 a，進(jìn)入結(jié)實(shí)盛期，每個(gè)無性系6株單行排列。

開花物候期觀測方法：以刺槐無性系單株為觀測單位，全株花序有5%～25%開放即為始花期，全株花序有大于25%、少于75%開放，為盛花期，全株花序有超過75%開放為末花期?；ㄆ鞴傩螒B(tài)結(jié)構(gòu)觀測是在盛花期選取樹冠中上部枝條的中上段花序，進(jìn)行目測和解剖觀察。果實(shí)形態(tài)和結(jié)構(gòu)觀測是在莢果成熟后選取樹冠中上部枝條的結(jié)果枝，采集莢果進(jìn)行目測和解剖觀察。每個(gè)無性系觀測5～6株，每株觀測3～5個(gè)花枝或結(jié)果枝，每枝觀察1～2個(gè)花序或莢果。

花粉采收和培養(yǎng)試驗(yàn)方法：在花序開放始期采集花枝，收集花藥，用硫酸紙包好放在生石灰中干燥24 h,然后輕輕碾壓花藥使其破裂散粉，將花粉放在玻璃小瓶中低溫(0～4 ℃)貯藏。取微量花粉放在滴有MS培養(yǎng)基(含大量元素、硼酸和蔗糖，不含微量元素和瓊脂)的載玻片上培養(yǎng)6～8 h，光照恒溫培養(yǎng)箱溫度26 ℃，用高倍光學(xué)顯微鏡(型號：尼康50I)觀察花粉萌發(fā)情況。每種無性系花粉制作3個(gè)載玻片。

雜交親本組合及試驗(yàn)設(shè)計(jì)：由于不同刺槐無性系自然結(jié)實(shí)率和開花期都有明顯差異，選擇結(jié)莢多、開花在中晚期的做母本，結(jié)莢少、開花早的做父本。本試驗(yàn)根據(jù)以往的觀測研究結(jié)果，選擇‘魯刺7’、‘魯刺42’、‘魯刺57’、‘魯刺152’、‘魯刺133’、‘興刺1’等為母本，‘魯刺1’、‘魯刺9’、‘魯刺10’、‘魯刺68’、‘興刺15’、‘晉刺4’和‘民權(quán)2’等為父本，組成雜交組合。設(shè)計(jì)每個(gè)組合授粉花序30個(gè)，每個(gè)花序授粉小花10朵，每個(gè)組合授粉小花數(shù)300朵。

人工控制授粉：人工控制授粉包括去雄、授粉、套袋、掛標(biāo)簽等幾個(gè)過程步驟。首先收集父本的花粉，在母本植株進(jìn)入始花期后即可進(jìn)行雜交授粉。于2013年5月5日至7日授粉3 d，6月9日調(diào)查幼莢果座果率；7月15日調(diào)查并采收莢果，翌日將未成熟種子取出結(jié)種在MS基本培養(yǎng)基中培養(yǎng)，8月6日取出種子清洗干凈，雜交種子在培養(yǎng)基中培養(yǎng)21 d，完成后熟階段。2014年改進(jìn)授粉方法，更新授粉工具，于4月22日至25日授粉4 d，5月7日和22日調(diào)查幼莢果座果率，7月28日采收成熟莢果調(diào)查結(jié)實(shí)率。統(tǒng)計(jì)各雜交組合結(jié)實(shí)率。結(jié)實(shí)率=成熟莢果數(shù)/授粉(試驗(yàn))花序小花數(shù)。

雜交種子育苗方法：雜交種子在常溫下貯藏，分別于2014年和2015年3月下旬至4月上旬浸種催芽，播種育苗。用80～90 ℃熱水浸種24 h，撈出吸水膨脹種子保溫保濕催芽，對未吸脹種子重復(fù)處理2～3次，待約70%種子胚芽萌發(fā)露白即可播種。給播種營養(yǎng)杯育苗床搭建小拱棚，待種子發(fā)芽、氣溫回升并煉苗后撤掉拱棚。統(tǒng)計(jì)各雜交組合種子的發(fā)芽率。播種發(fā)芽率=發(fā)芽小苗數(shù)/播種數(shù)量。

3 結(jié)果與分析

3.1 刺槐無性系開花物候期及其差異

在費(fèi)縣大青山林場，刺槐無性系正常年份開花物候期在4月下旬至5月上旬，同一無性系不同年份有差異，同一年份不同無性系開花期也有差異。2013年刺槐無性系始花期為5月2日—5月5日，盛花期為5月3日—5月7日，末花期為5月5日—5月9日。2014年刺槐無性系始花期為4月19日—4月23日，盛花期為4月21日—4月25日，末花期為4月23日—4月27日。同一無性系始花期只有1～2 d，盛花期有2～3 d，末花期有2～3 d；不同無性系花期前后相差1～5 d；單株刺槐樹從開花始期至開花末期為5～7 d(表1)。

3.2 刺槐無性系生殖器官形態(tài)和結(jié)構(gòu)

刺槐無性系為兩性花，雌雄同株同花；總狀花序，腋生，花序軸下垂，每個(gè)花序有小花20～40朵，小花朵長1.5～2.5 cm；花萼鐘狀，5齒裂，上方2萼齒近合生，花萼綠色至褐色；花冠蝶形，花瓣5，分為旗瓣1、翼瓣2和龍骨瓣2，花冠白色，旗瓣中脈中下部有黃綠色斑塊；雌蕊花柱長于雄蕊花絲；雄蕊10，其中9個(gè)基部連為一體，1個(gè)獨(dú)立，稱為二體雄蕊；子房上位，心皮單生，1室，邊緣胎座，胚珠12～25，多數(shù)集中在16～23。莢果扁平條形，果頂有短芒尖，沿腹縫線有窄翅；每個(gè)莢果有種子幾粒至十幾粒不等，種子褐色至黑色，多數(shù)扁腎形，少數(shù)形狀不規(guī)則。

3.3 刺槐無性系開花動(dòng)態(tài)和雌雄蕊成熟期

刺槐無性系的花朵旗瓣先開張，2個(gè)翼瓣后開張，2個(gè)龍骨瓣包被雄蕊和雌蕊不開張，直到花瓣枯萎,這與袁存權(quán)[12]的觀察描述有差異，后者認(rèn)為2個(gè)龍骨瓣也展開。單朵小花開放時(shí)間(從旗瓣開張至旗瓣枯萎)只有2～3 d，這段時(shí)間也是柱頭可授粉時(shí)間。雄蕊從花藥成熟到散粉時(shí)間很短，當(dāng)旗瓣張開時(shí)，花藥已破裂散粉，花粉淡黃色；此時(shí)柱頭表面布有黏液，雌蕊已達(dá)成熟期。雌蕊和雄蕊是在旗瓣張開之前即已成熟，所以，采集父本的花藥應(yīng)選擇旗瓣微微開張時(shí)的花序，給母本授粉時(shí)應(yīng)選擇旗瓣微微開張時(shí)的花朵。

表1 刺槐無性系開花物候期觀測

3.4 刺槐無性系花粉活力測定

刺槐無性系‘興刺15’、‘晉刺4’、‘魯刺1’、‘魯刺9’、‘魯刺68’等花粉收集后干燥24 h，在MS培養(yǎng)基上培養(yǎng)4 h花粉萌發(fā)，培養(yǎng)6～8 h花粉管長度超過花粉粒直徑3倍，在顯微鏡(放大40X)視野內(nèi)花粉管平均萌發(fā)率為22%(表2)，這與戴麗等[14]的研究結(jié)果相似。低溫貯藏5 d后在MS培養(yǎng)基上培養(yǎng)4 h花粉萌發(fā)，培養(yǎng)6～8 h花粉管長度超過花粉粒直徑3倍，在顯微鏡視野內(nèi)花粉管平均萌發(fā)率20%。說明刺槐無性系花粉活力在低溫下至少能夠保持5 d。

表2 刺槐無性系花粉萌發(fā)試驗(yàn)

3.5 刺槐無性系人工控制授粉結(jié)實(shí)率和種子生長發(fā)育期

3.5.1 不同無性系雜交組合人工授粉結(jié)實(shí)率

2013年對刺槐不同無性系組成9個(gè)雜交組合實(shí)施人工控制授粉，對結(jié)莢情況調(diào)查結(jié)果表明，刺槐不同無性系組合人工授粉結(jié)實(shí)率較低，平均為1.95%；不同雜交組合結(jié)實(shí)率差異很大，最低結(jié)實(shí)率為0，最高為5.91%。2013年共獲得301粒雜種，播種出苗53株(表3)。

表3 2013年刺槐不同無性系組合人工控制授粉試驗(yàn)結(jié)果

從表3看出，以‘魯刺13’做父本的3個(gè)雜交組合中有2個(gè)組合即‘魯刺7’ב魯刺13’、‘興刺1’ב魯刺13’結(jié)實(shí)率為零，說明這3個(gè)無性系組合雜交親和性差，因此，‘魯刺13’不宜作雜交父本。以‘魯刺7’為母本的2個(gè)組合結(jié)實(shí)率為零，說明彼此之間雜交親和性差，該無性系不宜做雜交母本。以‘魯刺152’為母本的3個(gè)雜交組合結(jié)實(shí)率較高，最高的組合是‘魯刺152’ב魯刺68’，為5.91%，說明無性系之間親和性好，‘魯刺152’適宜作雜交母本。

2014年對刺槐不同無性系組成17個(gè)雜交組合實(shí)施人工控制授粉，對結(jié)莢情況調(diào)查結(jié)果表明，刺槐不同無性系組合人工授粉結(jié)實(shí)率差異很大，平均結(jié)實(shí)率8.47%，最高為21.28%，最低為零；比2013年有顯著提高。2014年共獲得2 177粒雜種，播種出苗332株(表4)。

表4 2014年刺槐不同無性系組合人工控制授粉試驗(yàn)結(jié)果

從表4看出，不同雜交組合結(jié)實(shí)率差異很大，同一個(gè)父本不同母本其雜交結(jié)實(shí)率表現(xiàn)相似。以‘魯刺1’做父本的2個(gè)組合，即‘興刺22’ב魯刺1’和‘魯刺7’ב魯刺1’成熟莢果數(shù)為零，盡管授粉的花序和花朵數(shù)很多，但是座果花序數(shù)很低，且幼莢果未達(dá)到發(fā)育成熟即脫落，說明這2個(gè)雜交親本的親和性差，‘魯刺1’不宜作雜交父本；以‘魯刺68’做父本的2個(gè)組合，即‘魯刺152’ב魯刺68’和‘興刺1’ב魯刺68’結(jié)實(shí)率很高，分別為11.70%和16.82%，說明這2個(gè)雜交親本的親和性好，‘魯刺68’適宜作雜交父本；以‘晉刺4’做父本的3個(gè)組合即‘魯刺229’ב晉刺4’、‘魯刺7’ב晉刺4’和‘魯刺152’ב晉刺4’的結(jié)實(shí)率分別是11.48%、4.71%和13.09%，說明‘晉刺4’適宜作雜交父本。

同一個(gè)母本不同父本其雜交結(jié)實(shí)率表現(xiàn)也相似。以‘魯刺7’為母本的5個(gè)組合其結(jié)實(shí)率均較低，說明‘魯刺7’生殖能力弱，不適宜做雜交母本；以‘魯刺152’為母本的4個(gè)組合結(jié)實(shí)率均較高，其中‘魯刺152’ב晉刺4’的結(jié)實(shí)率為13.09%，‘魯刺152’ב魯刺10’的結(jié)實(shí)率為9.39%，說明‘魯刺152’生殖能力強(qiáng)，適宜作雜交母本；以‘興刺1’為母本的3個(gè)組合結(jié)實(shí)率均較高，其中‘興刺1’ב魯刺68’的結(jié)實(shí)率為16.82%，‘興刺1’ב魯刺42’的結(jié)實(shí)率為9.24%，說明‘興刺1’生殖能力較強(qiáng)，適宜作雜交母本。結(jié)實(shí)率最高的雜交組合是‘魯刺57’ב興刺15’，為21.28%，說明二者的親和性很高。

3.5.2 人工控制授粉種子生長發(fā)育期

2013年刺槐不同無性系組合雜交試驗(yàn)自人工授粉至種子采收時(shí)間只有70 d，此時(shí)莢果尚未完全成熟，種子質(zhì)地未變硬，自然播種沒有萌發(fā)能力。2014年雜交試驗(yàn)自人工授粉至種子采收時(shí)間有90 d，此時(shí)莢果完全成熟，種子質(zhì)地變硬，自然播種有發(fā)芽能力。說明在魯中南山區(qū)刺槐無性系自人工授粉至種子生長發(fā)育成熟需要80～90 d。

3.5.3 不同無性系組合雜交種子發(fā)芽率

刺槐不同無性系組合雜交種子播種萌發(fā)率差異較大。2013年雜種發(fā)芽率平均為23.55%，最高發(fā)芽率為52.17%，是‘興刺1’ב魯刺9’組合；其次是‘魯刺152’ב魯刺9’組合，發(fā)芽率為43.33%。2014年雜種播種發(fā)芽率平均為22.13%，最高發(fā)芽率為50.00%，是‘魯刺57’ב魯刺9’組合；其次是‘魯刺133’ב民權(quán)2’，發(fā)芽率為42.86%；‘魯刺57’ב興刺15’組合的發(fā)芽率為31.07%；‘興刺1’ב魯刺195’組合有60粒雜種，發(fā)芽率為零；‘魯刺7’ב晉刺4’等3個(gè)組合發(fā)芽率也為零。綜合雜交結(jié)實(shí)率和雜種發(fā)芽率2項(xiàng)指標(biāo)，‘魯刺57’和‘魯刺152’做母本其雜交組合結(jié)實(shí)率較高，雜種發(fā)芽率也較高。

4 結(jié)論與討論

觀察掌握雜交親本的開花物候期是開展雜交育種工作的基礎(chǔ)，尤其對于花期較短且花期不一致的樹種，準(zhǔn)確把握各親本的開花物候期更為重要。本研究通過多年觀察得出，刺槐無性系在魯中南山區(qū)正常年份開花物候期為4月下旬至5月上旬，同一無性系始花期有1～2 d，盛花期有2～3 d，末花期有2～3 d；不同無性系花期前后相差1～5 d；單株刺槐樹從開花始期至開花末期為5～7 d；單朵小花開放時(shí)間(從旗瓣開張至旗瓣枯萎)只有2～3 d。

測定雜交父本的花粉活力是開展雜交育種的基礎(chǔ)工作。本研究對7個(gè)刺槐無性系雜交父本花粉萌發(fā)試驗(yàn)得出，在花朵旗瓣微微張開雄蕊成熟時(shí)采集花藥，經(jīng)過24 h干燥后收集的花粉，在MS培養(yǎng)基上培養(yǎng)6～8 h花粉平均萌發(fā)率為22%，低溫儲藏5 d后花粉平均萌發(fā)率為20%，而且不同無性系之間花粉萌發(fā)率差異不大。顯然刺槐無性系花粉萌發(fā)率較低?；ǚ凼切叟渥芋w的載體，花粉的萌發(fā)活力對有花植物的有性生殖能力具有致關(guān)重要的影響，試驗(yàn)測定說明刺槐無性系花粉活力較低，這應(yīng)當(dāng)是雜交結(jié)實(shí)率低的原因之一。

不同刺槐無性系有性生殖能力差異較大，表現(xiàn)在人工授粉結(jié)實(shí)率差異較大。本試驗(yàn)2014年結(jié)實(shí)率最高為21.28%，結(jié)實(shí)率最低為零，平均8.47%，這比以往人工授粉試驗(yàn)結(jié)實(shí)率都高。同一父本不同母本其雜交結(jié)實(shí)率表現(xiàn)相似，‘魯刺1’、‘魯刺13’生殖能力較差，不宜作雜交父本，‘魯刺68’、‘興刺15’和‘晉刺4’生殖能力較強(qiáng)，適宜做雜交父本。上述花粉活力測定已經(jīng)說明不同無性系父本其花粉萌發(fā)率近似，而生殖能力差異較大的原因或是受精和胚胎發(fā)育過程存在障礙。同一母本不同父本其雜交結(jié)實(shí)率表現(xiàn)相似，‘魯刺7’生殖能力弱，不宜作雜交母本，‘魯刺57’和‘魯刺152’結(jié)實(shí)率較高，雜種發(fā)芽率較高，生殖能力較強(qiáng)，適宜做雜交母本。‘魯刺57’和‘魯刺152’是速生無性系，且干形好，出材率高；‘興刺15’具有更好的抗寒性，‘晉刺4’具有更好的抗旱性；用其做雜交母本和父本，有希望獲得速生且抗逆性好的雜交子代。雜交結(jié)實(shí)率高且雜種發(fā)芽率較高的組合是‘魯刺57’ב興刺15’。本研究能夠得到最佳雜交組合，對于利用刺槐無性系開展雜交育種具有十分重要的意義。

研究種子發(fā)育成熟期，對于種子的采收貯藏具有重要意義。由于刺槐種子成熟后即進(jìn)入雨季，如不及時(shí)采收，莢果開裂雨水進(jìn)入易發(fā)生種子霉變，也易遭受蟲蛀，使種子失去活力。掌握合適的采收時(shí)機(jī)，在種子成熟后及時(shí)采收，能夠保證雜交種子的生活力。關(guān)于刺槐種子的生長發(fā)育期很少見明確的報(bào)道。本研究用2個(gè)年度不同采收時(shí)間驗(yàn)證，在魯中南山區(qū)刺槐無性系自人工授粉至種子生長發(fā)育成熟需要80～90 d。

關(guān)于刺槐雜交種子播種發(fā)芽率尚未見報(bào)道。本研究2013年不同雜交組合雜種平均發(fā)芽率23.55%，2014年不同雜交組合雜種平均發(fā)芽率22.13%，2個(gè)年度雜交種子播種發(fā)芽率平均值相近。且不同無性系組合雜種發(fā)芽率差異較大，發(fā)芽率高的組合達(dá)50%，發(fā)芽率低的組合為零。由此說明，刺槐無性系除在受精過程和種子發(fā)育成熟過程中存在嚴(yán)重?cái)∮诜N子出苗期也發(fā)生敗育，雜種出苗率較低。

刺槐雜交育種關(guān)鍵步驟是給母本去雄后人工控制授粉，由于刺槐雌雄同花和蝶形花結(jié)構(gòu)使該操作過程比雌雄異花和非蝶形花植物更加復(fù)雜和困難。經(jīng)過幾年的試驗(yàn)探索證明，只要技術(shù)方法掌握得當(dāng)，配合適宜工具，更重要的是選擇正確的雜交父母本，就能夠獲得理想的雜交結(jié)實(shí)率。由于刺槐自身的選擇機(jī)制，除在受精過程和種子發(fā)育過程中存在嚴(yán)重?cái)∮?，在雜種播種出苗期同樣存在較高敗育率或近交衰退率。因此，在雜種催芽播種過程中一定細(xì)致操作，盡量減少損失，提高成苗率。

[1] 張敦倫,張振芬,王方全,等.刺槐優(yōu)良無性系遺傳穩(wěn)定性和生長適應(yīng)性分析及綜合評定[C]//林業(yè)部科技司.闊葉樹遺傳改良：“七·五”國家科技攻關(guān)主要速生豐產(chǎn)樹種良種選育文集.北京：科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社,1991：231-237.

[2] 冉再平,馬可,張懷龍,等.窄冠刺槐無性系的選育[J].林業(yè)科學(xué)研究,2007,20(4)：520-523.

[3] 荀守華,喬玉玲,張江濤,等.我國刺槐遺傳育種現(xiàn)狀及發(fā)展對策[J].山東林業(yè)科技,2009(1)：92-96.

[4] SUSKO D J. Effect of ovule position on patterns of seed maturation and abortion inRobiniapseudoacacia(Fabaceae)[J]. Canadian Journal of Botany,2006，84(8)：1259-1265.

[5] 凱萊斯臺舍.刺槐[M].王世績,張敦倫，譯,北京：中國科學(xué)技術(shù)出版社,1993：25-78.

[6] DINI-PAPANASTASI O， ARAVANOPOULOS F A. Artificial hybridization betweenRobiniapseudoacaciaL. andRpseudoacaciavar.monophyllaCarr[J]. Forestry,2008,81：91-101.

[7] 解荷鋒,于中奎,陳一山,等.種子園刺槐開花結(jié)實(shí)和控制授粉的初步研究[J].山東林業(yè)科技,1994(4)：4-7.

[8] 田志和,董健,李繼剛.刺槐開花結(jié)實(shí)生物學(xué)特性的觀察初報(bào)[J].遼寧林業(yè)科技，1981(2)：18-20.

[9] 孫鵬,戴麗,胡瑞陽,等.刺槐開花傳粉及交配方式[J].東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2012,40(1)：6-11.

[10] 孫鵬.去雄對刺槐發(fā)育及雜交坐果率的影響機(jī)制[D].北京:北京林業(yè)大學(xué),2012.

[11] SUN P, YUAN C Q， DAI L, et al. Phytohormone and assimilate profilesin emasculated flowers of the black locust (Robiniapseudoacacia) during development[J]. ActaBiologica Hungarica,2013,64(3)：364-376.

[12] 袁存權(quán).刺槐有性生殖過程及交配系統(tǒng)研究[D].北京:北京林業(yè)大學(xué),2013.

[13] YUAN C Q, LI Y F, WANG L, et al. Evidence for inbreeding depression in the treeRobiniapseudoacaciaL. (Fabaceae)[J]. Genetics and Molecular Research,2013,12(4)：6249-6256.

[14] 戴麗,孫鵬,蔣晉豫,等.剌槐、紅花槐、四倍體刺槐花粉體外萌發(fā)對比[J].東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2012,40(1)：1-5.

[15] 戴麗.不同種質(zhì)刺槐花粉萌發(fā)及雜交可配性研究[D].北京:北京林業(yè)大學(xué),2013.

[16] LU N, DAI L, WU B, et al. A preliminary study on the crossability ofRobiniapseudoacaciaL.[J]. Euphytica,2015，206(3)：555-566.

Biological Characteristics on Sexual Reproduction and Selection on Hybrid Parents of Clones fromRobiniapseudoacacia//

Xun Shouhua, Qiao Yuling, Mao Xiuhong(Shandong Academy of Forestry, Ji’nan 250014, P. R. China); Sun Baiyou, Zhang Yuanshuai, Dong Yuanfu(Daqingshan Forest Farm); Jiang Lina

(Shandong Agricultural University)//Journal of Northeast Forestry University，2016,44(11)：13-18.

Observation and experiment were performed on flowering phenology, morphology structure of flowers and pods, artificial controlled pollination seed setting rate, pollen vitality ofRobiniapseudoacacia‘Lu Ci 1’, ‘Lu Ci 7’, ‘Lu Ci 9’, ‘Lu Ci 57’, ‘Lu Ci 68’, ‘Lu Ci 152’, ‘Xing Ci 1’, ‘Xing Ci 15’, ‘Jin Ci 4’ etc., development length and germination percentage of hybrid seed. The phonological periods of blossom was from the late of April to first ten-day period of May at the central-southern region of Shandong Province. The blooming period of single plant was 5-7 d, and the blooming period of single flower was 2-3 d. The germination rate of pollens dried for 24 h and stored at low temperature for 5 d were 22% and 20%, respectively, after 6-h culture on MS medium. The seed growing period took 80-90 d from artificial controlled pollination to maturation. The seed setting rate of cross pollination in between clones was with an average of 8.47%, most high of 21.28%. Sexual reproduction capacity was higher in the clones of ‘Lu Ci 68’, ‘Xing Ci 15’ and ‘Jin Ci 4’, they were suitable for hybrid male parent. Seed setting rate and sexual reproduction capacity was higher in the clones of ‘Lu Ci 57’ and ‘Lu Ci 152’, they were suitable for hybrid female parent. Germination percentage of hybrid-seeds was average of 22%-23%, the highest was 50%, the lowest was 0, and the difference from different combinations was achieved to extremely significant level.

Robiniapseudoacaciaclones； Sexual reproduction； Artificial controlled pollination； Hybrid parents； Seed setting rate

荀守華，女，1963年7月生，山東省林業(yè)科學(xué)研究院，研究員。E-mail:xshsdxpz@163.com。

2016年6月25日。

S722.3+4

1)國家林業(yè)公益性行業(yè)專項(xiàng)(201304116)。

責(zé)任編輯：任 俐。