張 果,楊書才,王世堯,王 俊,蔣拴麗,馮 建,趙玉安,王瑞華,楊錄軍

(鄭州市農(nóng)林科學(xué)研究所,河南鄭州 450005)

蝴蝶蘭為蘭科(Orchidaceae)蝴蝶蘭屬植物,花形似蝶,花色絢麗,賞花期長,被譽(yù)為“蘭花皇后”,是國際上銷量最高的蘭科花卉之一[1]。雜交育種是選育蝴蝶蘭新品種最常見且重要的一種手段,截至2021年3月在英國皇家園藝學(xué)會(huì)(RHS)上登錄的蘭科蝴蝶蘭屬雜交種達(dá)37 211個(gè)[2],由于國內(nèi)蝴蝶蘭育種工作起步較晚,且種質(zhì)資源多依賴于引進(jìn),自育品種較少,與我國蝴蝶蘭市場規(guī)模極不匹配[3]。隨著雜交育種工作的開展,國內(nèi)蝴蝶蘭新品種培育也步入正途,關(guān)于蝴蝶蘭觀賞性狀分離表現(xiàn)研究也隨之增多[4-6]。研究表明蝴蝶蘭雜交F1代出現(xiàn)親本沒有的花部紋案,存在較深花斑色覆蓋遮擋住較淺花底色的表現(xiàn),推測花部紋案受多基因調(diào)控結(jié)果,可能與易變基因的體細(xì)胞突變或轉(zhuǎn)座子的位置效應(yīng)有關(guān)[7-9]。

在蝴蝶蘭雜交育種過程中,花色、花斑、唇部性狀等觀賞性狀是衡量一個(gè)新品種優(yōu)良的重要指標(biāo),探究花被片底色、花斑類別、唇部肉突和中裂片顏色等花部性狀遺傳表現(xiàn),有助于更好地選擇適宜的親本,提高目標(biāo)性狀的育種效率。目前關(guān)于蝴蝶蘭唇部肉突和中裂片顏色的研究尚未見報(bào)道,因此,筆者以Phal.‘B’和PhalaenopsisSogoYukidian‘V3’及其正反交后代(F1)為材料,探討蝴蝶蘭正反交F1代花色和唇部性狀的遺傳規(guī)律,以期為雜交育種選育親本和目標(biāo)性狀定向育種提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料供試親本材料為Phal.‘B’和PhalaenopsisSogoYukidian ‘V3’,試驗(yàn)親本及其雜交后代均栽培于鄭州市農(nóng)林科學(xué)研究所新品種試驗(yàn)中心連棟溫室內(nèi),植株長勢良好。

1.3 數(shù)據(jù)分析采用Microsoft Office Excel 2003、SPSS Statistics 26對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 親本花部性狀表現(xiàn)P.‘B’為白色花,花心有紫紅色斑塊,且該斑塊有粗糙顆粒觸感;P.‘V3’為大花型白色花,具體的花部性狀見表1、圖1A。

表1 親本性狀

注:A.親本及雜交F1代花色;B.F1代肉突顏色;C.F1代中裂片顏色。Note:A.Parental and hybrid F1 generation flower color;B.F1 generation callus color;C.F1 generation mid-lobe color.

2.2 正反交F1代花部性狀的分離表現(xiàn)

2.2.1正反交F1代花色花斑分離表現(xiàn)。根據(jù)花色、花斑的性狀特征,P.‘B’ 和P.‘V3’的正反交后代(F1)均表現(xiàn)出一致的性狀分離規(guī)律,故將其后代分為5個(gè)組群,編號為Group 1～Group 5(圖1A),其中Group 1～Group 3組群特征:花被片上有紫紅色斑塊,且斑塊的面積逐漸減少;Group 4～Group 5特征:花被片上無斑塊,其中Group 4的側(cè)萼片分布均勻紅點(diǎn),而Group 5則為純白花。

在P.‘B’和P.‘V3’的正反交后代中,不同組群所占總F1代比例的分布趨勢一致,均為Group 5> Group 4> Group 2> Group 1> Group 3;同一組群在正反交后代中所占比例有所差別,表現(xiàn)為反交組合中Group 1～Group 3組群所占比例均大于正交組合,而反交組合中Group 4和Group 5組群所占比例則小于正交組合(表2)。表明P.‘B’ 為雜交親本時(shí)其紫紅色花斑可以遺傳給后代,且后代會(huì)分離出面積及分布規(guī)律不同的紫紅色花斑,此外,P.‘B’ 作為父本更容易將紫紅色花斑這一性狀遺傳給子代。

表2 蝴蝶蘭正反交雜交F1代花斑分離比率

2.2.2正反交F1代唇部肉突顏色分離表現(xiàn)。供試親本正反交后代(F1)中均分離出3種肉突顏色,分別為紫紅色(圖1B1)、黃底帶紫紅斑塊(圖1B2)及黃底分布均勻紅點(diǎn)(圖1B3)。在5個(gè)組群中,正反交組合的肉突顏色分布及所占比例規(guī)律基本一致,具體為Group 1～Group 3僅表現(xiàn)出紫紅色和黃底帶紫紅斑塊2種顏色,而Group 4和Group 5均表現(xiàn)黃底分布均勻紅點(diǎn),且隨著紫紅色花斑面積的增加,紫紅色肉突所占正反交比例隨之增加,均為Group 1> Group 2> Group 3;在總F1代中,正反交組合的肉突顏色趨勢分布一致,但所占比例有所不同,黃底分布均勻紅點(diǎn)最多,黃底帶紫紅斑塊次之,紫紅色最少,同時(shí)反交組合中紫紅色和黃底帶紫紅斑塊所占比例均比正交組合高(表3)。運(yùn)用Spearman等級相關(guān)系數(shù)檢驗(yàn)花瓣花斑面積與紫色肉突之間的相關(guān)性,得到的相關(guān)系數(shù)為0.975,說明花瓣面積越大,紫紅色肉突出現(xiàn)的可能越大,顯著性水平0.005<0.05,表明兩變量之間的正向關(guān)系很顯著。表明紫紅色肉突與紫紅色花斑的分布有一定的正向相關(guān)性,當(dāng)花瓣上有紫紅色花斑的,肉突顏色會(huì)顯現(xiàn)紫紅色,而花瓣上沒有紫紅色花斑的,肉突顏色則不會(huì)呈現(xiàn)紫紅色,且會(huì)隨著紫紅色花斑面積的增加,紫紅色肉突所占比例隨之增加。 此外,P.‘B’為父本能提高雜交后代的肉突出現(xiàn)紫紅色和黃底帶紫紅斑塊的概率。

表3 正反交雜交F1代唇部性狀分離比率

2.2.3正反交F1代唇部中裂片顏色分離表現(xiàn)。在P.‘B’ 和P.‘V3’ 雜交后代(F1)中,均分離出2種中裂片顏色,分別為純白色黃唇、白色黃唇帶些許紅色點(diǎn)或紅紋。在Group 1～Group 3中,正反交后代中裂片顏色的分布趨勢和比例均存在一定差異,其中正交后代的中裂片為白色帶些許紅色所占比例大小為Group 1> Group 2> Group 3,而反交組合則剛好相反為Group 3> Group 2> Group 1;在Group 4和Group 5中,白色帶些許紅色的分布和比例基本一致,除Group5反交外,均為Group 4> Group 5,且反交組合中白色帶些許紅色的比例都比正交組合大;在總F1代中,正反交組合均表現(xiàn)一致,具體為白色帶些許紅色所占比例都小于純白色中裂片,同時(shí)反交組合中白色帶些許紅色中裂片所占比例要高于正交組合(表3)。表明紫紅色花斑分布對中裂片顏色有一定的影響,當(dāng)花瓣上有紫紅色花斑時(shí),中裂片更易呈現(xiàn)紅色,且P.‘B’為父本時(shí)雜交后代中這種遺傳影響尤甚。

2.2.4正反交F1代唇須分離表現(xiàn)。在P.‘B’ 和P.‘V3’ 的正反交后代(F1)中,唇須類型均分離出3種,分別為長須、中須和短須,除Group 5外,正反交后代中的其他4個(gè)組群與總F1代的唇須比例規(guī)律基本一致,均為長須>中須>短須,不同組群的唇須分布差異不大(表3)。父母本均為長須,正反交后代結(jié)果表明長須和長須雜交更容易出現(xiàn)長須性狀。

2.2.5正反交F1代花型及花瓣排列方式分離表現(xiàn)。在雜交后代(F1)中,正交組合后代花型分離出內(nèi)彎和平整2種類型,分別占3.59 %和96.41 %,而反交組合則分離出內(nèi)彎、平整及外彎3種類型,分別占比11.70%、86.70%和1.60%。結(jié)果表明雜交后代中出現(xiàn)了親本沒有的內(nèi)彎和外彎,推測可能是受環(huán)境和遺傳雙重因素的影響,有待進(jìn)一步的研究。雜交F1代花瓣均表現(xiàn)為分開,但分開的幅度有所不同,幅度最小花瓣幾乎相接,幅度最大的花瓣接近父本。

3 討論

蝴蝶蘭的花瓣顏色、花斑分布、唇色、花型及花瓣排列方式等花部性狀是主要的觀賞部位,研究其后代的遺傳分離規(guī)律,可為雜交育種中親本的選擇和新品種的選育提供理論參考。

目前已對蝴蝶蘭花部性狀在雜交F1代中性狀分離規(guī)律開展了大量研究[12-15]。關(guān)于花斑的形成機(jī)理比較復(fù)雜,形成花部彩斑的原因主要有嵌合體和病毒病質(zhì)體、位置效應(yīng)、葉綠體的分離和缺失、易變基因的體細(xì)胞突變和各種類型的染色體畸變等[16]。該研究以P.‘B’ 和P.‘V3’ 為親本進(jìn)行正反交,通過親本性狀及其F1代的性狀分離,發(fā)現(xiàn)正反交后代性狀分離的類別、分布趨勢及所占比例基本保持一致,這與李佐等[7-9]研究結(jié)果一致。表明P.‘B’ 為雜交親本時(shí)其紫紅色花斑可以遺傳給后代,且后代會(huì)分離出面積及分布規(guī)律不同的紫紅色花斑,此外,P.‘B’ 作為父本更容易將紫紅色花斑這一性狀遺傳給子代。

關(guān)于肉突的顏色遺傳尚未見相關(guān)的報(bào)道,該研究著重探究了花斑面積分布對肉突顏色的影響,結(jié)果表明紫紅色肉突與紫紅色花斑的分布有一定的正向相關(guān)性,當(dāng)花瓣上有紫紅色花斑的,肉突顏色會(huì)顯現(xiàn)紫紅色,而花瓣上沒有紫紅色花斑的,肉突顏色則不會(huì)呈現(xiàn)紫紅色,且會(huì)隨著紫紅色花斑面積的增加,紫紅色肉突所占比例隨之增加。 此外,P.‘B’為父本能提高雜交后代的肉突出現(xiàn)紫紅色和黃底帶紫紅斑塊的概率。

蝴蝶蘭花斑色的遺傳規(guī)律研究除在雜交后代性狀分離方面外,還集中在調(diào)控花青素合成的轉(zhuǎn)錄因子方面,Hsu 等[17-18]在小蘭嶼蝴蝶蘭中鑒定出 3 個(gè)R2R3-MYB 轉(zhuǎn)錄因子,即 PeMYB2、PeMYB11 和 PeMYB12,推測三者分別參與了萼片和花瓣中紅色色素沉著、紅色斑點(diǎn)和條紋性狀的形成,而唇瓣中底色和斑點(diǎn)的著色則由PeMYB12 和PeMYB11 決定,據(jù)此可以推測,MYB轉(zhuǎn)錄因子家族表達(dá)的時(shí)空特異性可能與蝴蝶蘭花被片復(fù)雜多樣著色模式的形成密不可分。隨后,進(jìn)一步證明了PeMYB11 轉(zhuǎn)錄因子對黑色花朵上深紫色斑點(diǎn)的形成起調(diào)控作用[18]。隨著基因組、轉(zhuǎn)錄組、代謝組、蛋白組等多組學(xué)時(shí)代的到來,花色相關(guān)功能基因的挖掘?qū)⑹俏磥硖m花研究的熱點(diǎn)[19],未來將繼續(xù)加深對蝴蝶蘭花斑、唇色等花色形成機(jī)理的探索。

蝴蝶蘭花部性狀在雜交后代中遺傳研究雖取得了一定的進(jìn)展,但仍存在不足之處。蝴蝶蘭花色受多基因調(diào)控,機(jī)理復(fù)雜,后續(xù)將繼續(xù)探索不同品種雜交后代觀賞性狀的遺傳規(guī)律,為雜交育種選擇親本提供參考,為目標(biāo)性狀定向育種提供依據(jù)。