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利用重點實驗室/廣東省林業(yè)科學研究院，廣東 廣州 510520；2. 廣州市增城區(qū)林業(yè)和園林科學研究所， 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60 年代開始引種，因其秋季盛花，盛花期長達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之一。闕彩霞[13]通過收集幼苗進行培育研究，認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，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行總結(jié)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗材料來源于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 無性系為父本進行雜交控制授粉試驗，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 次重復進行苗高、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，隨機選取50 個皮刺（不足50 個的全部調(diào)查）進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準差進行觀賞類型劃分標準方法[15]，以樹干皮刺數(shù)量、長度和直徑分別計算平均值和標準差，進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 標準差及以下）、少刺型（平均值-0.5標準差及以下）、中間型（平均值±0.5 標準差）、多刺型（平均值+0.5 標準差及以上）、超多刺型（平均值+1.0 標準差及以上）。

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

按樹干皮刺直徑分超小刺型（平均值-1.0 標準差及以下）、小刺型（平均值-0.5 標準差及以下）、中間型（平均值±0.5 標準差）、大刺型（平均值+0.5 標準差及以上）、超大刺型（平均值+1.0標準差及以上），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)=（標準偏差/平均值）×100%；

無性系重復力（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，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，幫助傳播果實擴散種群作用，促進植物生長作用[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1.45 cm，而0.5 a 生子代苗木皮刺直徑達1.3 cm；與闕彩霞[13]研究認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，當胸徑達到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到最大值需要進一步試驗觀測。

植物皮刺對植物生長發(fā)育有一定的促進作用，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。試驗發(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一步研究。

本試驗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行雜交育種試驗，子代苗木中皮刺數(shù)量與母本并未達到一致，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)了相對復雜的表型，下一步工作中可結(jié)合分子生物學手段進行深入研究，或加大苗木培育觀察并開展多組正反交控制授粉以進一步研究皮刺特征的遺傳機理。

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。