陳炙, 丁婷, 黃振*, 陳萍, 杭金建, 趙桃娟, 王麗華

1. 四川省林業(yè)科學(xué)研究院, 森林和濕地生態(tài)恢復(fù)與保育四川重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 四川 成都 610081；

2. 四川省林業(yè)工作總站, 四川 成都 610081

紫薇（Lagerstroemia indica）屬于千屈菜科，落葉或常綠的灌木或喬木，是各地夏季重要的觀賞花木，有花期長、枝干光滑、花色艷麗、種類繁多、萌蘗力強(qiáng)、抗污染等優(yōu)點(diǎn)，是各地常見的優(yōu)良園林樹種[1,2]，也是川派盆景重要的樹種[3]。每年4—5月份紫薇易受到白粉病侵染，多危害新葉使其畸形、嫩枝干枯，嚴(yán)重影響后續(xù)開花進(jìn)程，9—10月危害新葉、老葉和花穗，使葉片畸形、卷曲、皺縮，光合作用下降,導(dǎo)致葉變黃、早落,加速葉片的衰老,被浸染的花穗表面蒙上一層白色粉末，影響其開花生理進(jìn)程，導(dǎo)致花苞不開放直接萎縮、褐化、掉落，嚴(yán)重影響其觀賞價(jià)值及品質(zhì)[4]。

雜交育種是培育紫薇新品種的有效途徑[5,6]。聶碩[7]、謝憲[8]等通過二倍體和四倍體雜交，獲得了高抗白粉病的三倍體紫薇，表明雜交育種是培養(yǎng)紫薇新種質(zhì)的有效途徑。本研究主要是通過三個(gè)美國紫薇品種與兩個(gè)四川本地紫薇品種進(jìn)行雜交，比較了雜交組合間坐果率、結(jié)實(shí)率、種子萌發(fā)率等種實(shí)性狀及其遺傳相關(guān)程度，并開展了子代室內(nèi)苗期抗病性鑒定，初步篩選出適宜于四川本地的紫薇抗白粉病雜交組合，為今后的紫薇新品種的選育提供理論和材料基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地位于四川樂至國家林業(yè)科技示范園區(qū)紫薇收集圃。收集圃海拔446 m，日均氣溫16.7℃，年均日照1 330 h，年均降水量900 mm，但分布不均，夏季雨量占全年降雨量的半數(shù)。屬亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候。

1.2 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)于2019年8月上旬開始，以紫薇收集圃內(nèi)收集的五個(gè)品種（紅火箭、紅火球、美國紅葉、四川粉花、四川白花）為父母本配置雜交組合，依次用A、B、C、D、E表示五個(gè)紫薇品種，字母組合表示雜交組合，母本在前，父本在后，共20個(gè)組合。

選擇若干生長健壯無病害、地徑5 cm的單株作為花粉來源和授粉母株，各雜交組合采用隨機(jī)區(qū)組排列，重復(fù)3次。每個(gè)重復(fù)3棵母株，每株授粉100朵花。各母株上隨機(jī)選擇100朵花自由授粉，作為坐果率和結(jié)實(shí)率的對(duì)照。

1.3 雜交授粉

各品種進(jìn)入盛花期后，早上6點(diǎn)，將選定的待授粉花序用鑷子去雄后，套上硫酸紙袋，取下的花藥撥入培養(yǎng)皿內(nèi)帶回實(shí)驗(yàn)室并置于帶有干燥劑的塑料盒中，花藥下墊100目細(xì)胞篩和硫酸紙靜置干燥，待花粉掉落至硫酸紙上，收集至離心管中備用。

早上8點(diǎn)開始授粉，授粉后繼續(xù)套袋。10 d后取袋，標(biāo)記雜交果位置，每隔2 d摘掉新萌發(fā)的花。

1.4 種子收集與保存

2019年11月上旬，摘下開始開裂的果實(shí)，統(tǒng)計(jì)坐果率。將果實(shí)進(jìn)行晾曬、去果殼、篩選，計(jì)算每個(gè)重復(fù)的結(jié)實(shí)率，置于4℃冰柜保存。

1.5 種子播種與管理

2020年4月，從每個(gè)組合隨機(jī)選取100粒種子，重復(fù)3次，播于100孔穴盤的泥炭土中。播種后10 d調(diào)查種子萌發(fā)情況，計(jì)算種子萌發(fā)率。出苗后苗圃常規(guī)水肥管理，當(dāng)苗子長出三對(duì)真葉時(shí)換直徑120 mm雙色盆。

1.6 苗期白粉病抗性測定

每個(gè)雜交組合子代各隨機(jī)選擇30株參試株。把供試株放置到隔離溫室，用軟毛刷將紫薇白粉?。║ncinula australiana）孢子刷入0.05%吐溫-20的無菌水中，充分震蕩后血球計(jì)數(shù)板鏡檢計(jì)數(shù)，制成1×105個(gè)·mL-l孢子懸浮液[6]。用刷葉法接種于供試株葉片，每株從上往下處理10片葉，以水滴布滿葉面但不滴下為宜[9]。接種后置于溫度為20～25℃，濕度＞80%的溫室內(nèi)培養(yǎng)。

接種15 d后調(diào)查每株葉片的病葉分級(jí)并計(jì)算病情指數(shù)。單株病葉分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)參考甜瓜白粉病的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[9]，單株病葉分級(jí)標(biāo)準(zhǔn):0級(jí):健康，葉片無病斑；1級(jí):葉片上出現(xiàn)白粉狀病斑，病斑面積占葉片面積的5%以下；3級(jí):葉片上有少量病斑，占總面積的6%～25%；5級(jí):葉片上產(chǎn)生較多白粉狀病斑，占總面積的26%～50；7級(jí):葉片上的白粉病病斑成片分布，占葉面積的51%～75%；9級(jí)別:葉片上的白粉病病斑成片分布且粉層較厚，占葉面積的76%～100%。

1.7 數(shù)據(jù)處理與分析

坐果率（%）=成熟果實(shí)數(shù)/雜交花朵數(shù)×100；結(jié)實(shí)率（%）=飽滿種子數(shù)/種子總數(shù)×100；種子萌發(fā)率（%）=萌芽種子數(shù)/參試種子數(shù)×100；病情指數(shù)（DI）=[Σ（各級(jí)病葉數(shù)×各級(jí)級(jí)值）/（調(diào)查總?cè)~數(shù)×最高級(jí)值）]×100；抗感級(jí)別：免疫（IM）：DI=0；高抗（HR）：0.01～11.11；中抗（MR）：11.11～22.22；抗?。≧）：22.22～33.33；感?。⊿）：33.33～55.55；中感（MS）：55.55～77.77；高感（HS）：77.77～100。病情指數(shù)≤33.33的單株定義為抗病，病情指數(shù)＞33.33的單株定義為感病。

利用Excel進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，DPS 19.05軟件計(jì)算相關(guān)遺傳力、遺傳力和皮爾森相關(guān)。

2 結(jié)果與分析

2.1 雜交組合坐果率比較

坐果率是雜合后第一個(gè)可觀察性狀，是初步判斷雜交效果的指標(biāo)。對(duì)20個(gè)紫薇雜交組合進(jìn)行坐果率調(diào)查，顯著性分析結(jié)果表明（見圖1），雜交組合間平均坐果率存在顯著性差異，其中坐果率最高和最低的組合相差近20倍，最低的CD和CE組合坐果率低于10%，表明紫薇雜交設(shè)計(jì)需充分考慮親本搭配以避免試驗(yàn)失敗。

圖1 紫薇雜交組合平均坐果率比較。虛線為該母本自由授粉平均坐果率Fig. 1 Comparison of average fruit setting rate of Lagerstroemia indica hybrid combinations

同一個(gè)母本的雜交組合內(nèi)均存在顯著性差異，5個(gè)母本中以紅火箭（A）坐果率最高，4個(gè)雜交組合的坐果率均超過了50%，其中AB、AC、AD等3個(gè)組合的坐果率高于自由授粉的CK坐果率。另外4個(gè)母本的雜交坐果率均低于CK坐果率，如美國紅葉（C）的CD和CE組合，坐果率均在5%左右，遠(yuǎn)低于CK 56.67%的坐果率，四川白花（E）的EA、EB和EC組合，遠(yuǎn)低于CK 79.33%的坐果率。推測原因是套袋對(duì)雌花發(fā)育有影響，同時(shí)自由授粉花粉來源廣泛的特點(diǎn)，使得柱頭能捕獲足夠數(shù)量可萌發(fā)花粉，從而提高坐果率。

從親本來源看，紅火箭、紅火球和美國紅葉3個(gè)來源于美國的品種以紅火箭的雜交組合坐果率較為穩(wěn)定，紅火球次之，美國紅葉坐果率波動(dòng)最大。四川本地的兩個(gè)品種對(duì)同個(gè)父本的坐果率比較發(fā)現(xiàn)，四川粉花（D）均高于四川白花（E）。對(duì)比自由授粉坐果率可知，四川品種的自由授粉坐果率均高于美國品種。推測原因是本地品種在沒有套袋處理時(shí)，對(duì)自然環(huán)境的適應(yīng)能力高于美國品種。

2.2 雜交組合結(jié)實(shí)率比較

結(jié)實(shí)率是正常種子的比率，是判斷是否完成受精形成種胚的形態(tài)指標(biāo)，也是判斷親本間雜交親和性的重要指標(biāo)。對(duì)20個(gè)紫薇雜交組合進(jìn)行結(jié)實(shí)率調(diào)查，顯著性分析結(jié)果表明（見圖2），雜交組合間平均結(jié)實(shí)率存在顯著性差異，坐果率和結(jié)實(shí)率相關(guān)系數(shù)為0.873（見表1），為極顯著強(qiáng)相關(guān)。說明坐果率高的雜交組合結(jié)實(shí)率也高。

表1 紫薇雜交子代種果性狀的相關(guān)遺傳力、相關(guān)系數(shù)分析Tab. 1 Analysis on correlation heritability and correlation coefficient of seed and fruit characters of Lagerstroemia indica hybrid offspring

圖2 紫薇雜交組合平均結(jié)實(shí)率多重比較。虛線為該母本自由授粉平均結(jié)實(shí)率Fig. 2 Multiple comparison of average seed setting rate of Lagerstroemia indica hybrid combinations

圖3 紫薇雜交組合平均萌發(fā)率多重比較。虛線為該母本種子自由授粉平均萌發(fā)率Fig. 3 Multiple comparison of average germination rate of Lagerstroemia indica hybrid combinations

從圖2中可知，5個(gè)母本中，表現(xiàn)最好的依然為紅火箭，盡管美國品種的AB組合和美中品種組合的AD組合坐果率有顯著性差異，但結(jié)實(shí)率無顯著性差異，說明紅火箭和四川粉花的親和度高；紅火箭與另外一個(gè)本地品種四川白花的結(jié)實(shí)率為10.67%，但依然高于另外兩個(gè)美國品種為母本的所有雜交組合結(jié)實(shí)率。由此判斷，紅火箭對(duì)參試品種的花粉均具有很好的親和能力。

有8個(gè)雜交組合獲得了果實(shí)，但沒有收獲正常種子，其中美國紅火球與兩個(gè)四川品種的雜交組合（BD、BE）未獲得正常種子，美國紅葉與紅火球、四川白花的雜交組合（CB、CE）未收獲正常種子，四川白花與3個(gè)美國品種的雜交組合（EA、EB、EC）結(jié)實(shí)率均為0。

所有雜交組合平均結(jié)實(shí)率均顯著低于自由授粉CK的平均結(jié)實(shí)率，推測原因是本實(shí)驗(yàn)所在的紫薇收集圃擁有40余種紫薇，自由授粉的花粉來源多樣，柱頭上親和度高的花粉替代低級(jí)親和度花粉完成雙受精，進(jìn)而發(fā)育成種子。而雜交組合間可能存在的花粉不萌發(fā)、花粉管發(fā)育異常等現(xiàn)象會(huì)導(dǎo)致空癟粒。

2.3 雜交組合萌發(fā)率比較

萌發(fā)率是種子從吸脹作用開始的一系列有序的生理過程和形態(tài)發(fā)生過程，是種胚發(fā)育成苗的最終階段。12個(gè)紫薇雜交組合的種子萌發(fā)率結(jié)果表明，各雜交組合之間，以及母本相同的雜交組合間存在顯著性差異。

5個(gè)母本中，僅母本為紅火箭（A）的雜交子代能萌發(fā)，其中美中品種組合：紅火箭×四川粉花（AD）萌發(fā)率最高，與美美品種組合：紅火箭×紅火球（AB）的萌發(fā)率差異不顯著，顯著低于紅火箭自由授粉子代54.33%的種子萌發(fā)率。而其余4個(gè)母本的雜交組合萌發(fā)率均顯著低于各母本自由授粉子代的萌發(fā)率。結(jié)實(shí)率低于10%的CA、CD、BA、BC組合均沒有種子萌發(fā)。

2.4 種實(shí)性狀相關(guān)性分析

紫薇雜交組合平均坐果率、平均結(jié)實(shí)率和平均萌芽率等三個(gè)種實(shí)性狀的皮爾森相關(guān)分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)，3個(gè)性狀之間有極顯著差異（見表1），表明三個(gè)性狀之間存在密切聯(lián)系，由于表型是基因型和環(huán)境互作的結(jié)果，性狀間應(yīng)該存在一定的遺傳相關(guān)，進(jìn)一步的遺傳力和相關(guān)遺傳力分析發(fā)現(xiàn)，三個(gè)性狀的遺傳力均達(dá)到了0.99，說明這些性狀主要是受基因型影響，而受環(huán)境的影響較小，表明本試驗(yàn)雜交套袋、播種育苗的操作未對(duì)果實(shí)和種子發(fā)育造成大的影響。

相關(guān)遺傳力綜合了性狀表型值、基因型值、遺傳力和相關(guān)系數(shù)，其判斷性狀間間接選擇的效果比相關(guān)系數(shù)要簡便直觀。紫薇雜交組合平均坐果率、平均結(jié)實(shí)率和平均萌芽率相關(guān)系數(shù)見表1，坐果率與結(jié)實(shí)率、萌芽率的相關(guān)遺傳力均在0.8以上，結(jié)實(shí)率與萌芽率的相關(guān)遺傳力為0.75，采用坐果率在選擇結(jié)實(shí)率和萌芽率的效率分別為88.37%、84.47%，因此，紫薇雜交后，可以通過坐果率提前判斷該組合的結(jié)實(shí)率和萌芽率，從而對(duì)雜交試驗(yàn)提出改進(jìn)措施。

2.5 雜交子代抗白粉病比較

雜交組合子代苗期的白粉病發(fā)病情況存在較大差異（見圖4）。各組合參試單株病情指數(shù)計(jì)算結(jié)果分類見表2。

表2 8個(gè)紫薇雜交組合F1代白粉病抗性分級(jí)Tab. 2 Classification of powdery mildew resistance in F1 generation of 8 Lagerstroemia indica hybrid combination

圖4 幾種典型的紫薇抗病與感病類型示意圖。Fig. 4 Schematic diagram of several typical disease resistance and susceptibility types of Lagerstroemia indica

從抗病和感病兩大類型來看，8個(gè)雜交組合參試的240株苗中，抗病株為149株，感病株為91株。在各類雜交組合的所有抗病類型中，免疫株為8株，占參試總數(shù)的3.33%，高抗株為25株，占參試總數(shù)的10.41%，中抗株為48株，占參試總數(shù)的20%?？共≈隇?8株，占參試總數(shù)的28.33%。免疫株和高抗株總數(shù)占抗病類型的22.15%，中抗株和抗病株總數(shù)占抗病類型的77.85%，說明在抗病類型中，主體還是中抗株和抗病株。

在各類雜交組合的所有感病類型中，感病株為50株，占參試總數(shù)的20.83%，中感株為33株，占參試總數(shù)的13.75%，高感株為8株，占參試總數(shù)的3.33%。感病株和中感株占感病類型的91.2%，而高感株占感病類型的8.8%，說明在感病類型中，高感株的比例較少，而高感類型中7株來源于四川粉花為母本的子代。

從每個(gè)親本組合抗病類型和感病類型的數(shù)量來看，抗病類型數(shù)量過半的組合有AD、AE、DA、DE、ED，其中3個(gè)組合中出現(xiàn)了A（紅火箭），說明紅火箭為母本，以親緣關(guān)系較遠(yuǎn)的四川品種為父本，子代中可以取得很好的白粉病抗性，而且免疫株均來源于這類組合，其中AD組合表現(xiàn)最為優(yōu)異，所有參試子代均為抗病類型，其免疫株與高抗株共13株，占參試株的43.33%，AD組合的免疫株占所有免疫株的75%。而AE組合子代的抗性評(píng)價(jià)稍差于AD組合，有4株子代為感病株，剩余26株抗病類型中，免疫株與高抗株共7株，占參試株的23.33%。因此，AD和AE組合為抗白粉病的雜交組合。

但并不是所有親緣關(guān)系較遠(yuǎn)的雜交類型的抗性表現(xiàn)都好，DC組合的抗病類型數(shù)量是所有雜交組合中最少的，只有8株抗病株且其中2株為中抗株，6株為抗病株。DC組合整體表現(xiàn)最差。

比較美美組合的AB和AC組合，不僅感病類型的子代數(shù)量超過了抗病類型，而且抗病類型均為最低檔的抗病株，抗病能力高的類型均沒有。子代整體表現(xiàn)集中在三種類型，說明美美組合子代的變異水平相比美中組合和本地組合要低，可能美國品種的純合度高于本地品種。

四川本地品種的兩個(gè)組合為正反交，抗病類型比感病類型均只多了6株，抗病類型與感病類型分布比較均勻?？共☆愋涂倲?shù)量均為18株，沒有出現(xiàn)免疫株。從各類型的分布看，囊括了7種類型的6種，說明本地品種間雜交的遺傳變異非常豐富，若擴(kuò)大本地品種的雜交后代群體數(shù)量，增強(qiáng)選育強(qiáng)度，從中篩選出高抗類型的子代也是可能的。

綜上所述，在制定紫薇抗白粉病育種策略時(shí)，紅火箭、四川粉花和四川白花既適合做父本也適合做母本，而紅火球和紅葉不適合選做雜交材料。本研究初步篩選出“紅火箭×四川粉花”和“紅火箭×四川白花”兩個(gè)抗白粉病雜交組合。

3 結(jié)論與討論

種間和種內(nèi)雜交是創(chuàng)制紫薇新品種的有效途徑[10]，雜交成功率首先考察的是雜交可配性，雜交可配性是指雜交取得有生命力的雜種種子的概率[11]。能否取得雜種是雜交育種成敗的關(guān)鍵[12]。因此,確定雜交組合時(shí)應(yīng)考慮各樹種間可配性的大小。不可配性的表現(xiàn)形式有多種：花粉不能在柱頭上萌發(fā)；能發(fā)芽,但不能長出柱頭組織；長出了柱頭組織,但不能達(dá)到胚囊；或雖能受精,但胚胎發(fā)育不正常,不能得到有生命力的種子等。這是由于雙親遺傳基礎(chǔ)差距太大,配子間在生物學(xué)上不相適應(yīng)的結(jié)果[12]。

本研究共開展了20個(gè)組合的雜交試驗(yàn)，有12個(gè)雜交組合收獲了種子,雜交成功率為60%,其中4個(gè)組合的種子不具備萌發(fā)能力，只有8個(gè)組合種子能夠萌發(fā)，盡管雜交成功受多方面因素影響,但是取得了有生命力的種子的組合說明了雜交親本間是具有可配性的。

五個(gè)品種中明顯看出以美國紅火箭紫薇為母本時(shí)其坐果率優(yōu)于另外四個(gè)品種，其中“紅火箭×四川粉花”坐果率和種子萌發(fā)率均為最高分別為82.1%和44.1%，紅火箭為母本的四個(gè)雜交組合種子均能萌發(fā)，表明當(dāng)紅火箭為母本時(shí)對(duì)其他四個(gè)品種紫薇的雄配子親和性更強(qiáng)。

當(dāng)紅火球和美國紅葉為母本時(shí)，8個(gè)雜交組合種子均沒有萌發(fā)，表明紅火球和美國紅葉對(duì)其他四個(gè)品種雄配子具有不可配性，不適合做母本。當(dāng)四川粉花為母本時(shí)，只對(duì)紅火球雄配子具不可配性，其他三個(gè)雜交組合中DE組合的三率均最高分別為55.33%、23.55%和18.55%。當(dāng)四川白花為母本時(shí)，只對(duì)四川粉花的雄配子具有可配性。

本研究在獲得了雜交子代后，進(jìn)行了白粉病抗性試驗(yàn)，從中初步篩選出適宜于做抗性育種親本的紅火箭、四川粉花和四川白花，獲得了149個(gè)抗性子代，其中免疫單株8個(gè)，高抗單株25個(gè)，為紫薇下一步抗性育種提供了輪回育種材料，同時(shí)也為紫薇新品種創(chuàng)制了新種質(zhì)。由于白粉病的菌絲體主要在葉子正反兩面及葉柄上著生、存留[13]。白粉病菌感染葉片后，首先引發(fā)植物生理指標(biāo)變化[8,14]。下一步課題組將開展感菌前后紫薇葉片解剖結(jié)構(gòu)和相關(guān)抗逆性酶的反應(yīng)研究[15,16]，從解剖學(xué)和生理學(xué)的角度闡明紫薇抗白粉病的機(jī)理。