高玉紅　胡秀　畢雨欣　伊力孜亞·特尼斯別克　牟鳳娟

關(guān)鍵詞：早花象牙參；F₁代；種間雜交：表型多樣性

中圖分類號：S567.01 文獻標識號：A 文章編號：1001-4942（2023）03-0030-08

象牙參屬（Roscoea）植物為姜科（Zingiberace-ae）中較為耐寒的類群，適應于高山寒溫帶氣候。該屬植物全世界有20余種，主要分布于印度、尼泊爾、克什米爾以及我國西南地區(qū)。我國共有該屬植物14種和3變種，其中云南有11種和2變種，四川有8種和1變種，西藏有5種，是我國象牙參屬植物的主要產(chǎn)區(qū)。我國西南部高山地區(qū)象牙參屬植物資源豐富，值得進一步深入研究和開發(fā)利用。該屬植物為多年生小草本，肉質(zhì)根簇生、紡錘狀，宿存過冬；葉2列，3～6片，條形或圓形，長8～25 cm，寬2～4 cm，無葉柄；花為白色、紫色、黃色及紅色。該屬植物多以塊根入藥，因塊根在極度縮短的根莖上呈放射狀排列，形如雞爪，民間習稱土聞中、雞爪參、雞腳參、佛掌參等，西南地區(qū)常作藏藥和民間草藥用，有補肺定喘、溫中散寒、止痛消食等功效。如：四川會理、會東等地常用長柄象牙參（R.debilis）醫(yī)治腎炎；藏象牙參（R.tibetica）在西藏可用于溫中散寒、止痛消食；云南大理、麗江等地將多種象牙參屬植物用于益氣補血，治療咳嗽、心累等。該屬植物花形酷似蘭花，美麗且花色多樣，具有較高觀賞價值，許多種類適合作小盆栽或花壇配置的優(yōu)良素材。早在1920年，英國皇家園藝學會（RHS）就曾授予大花象牙參（R.humeana）最高獎，1932年再被高山植物園學會（AGS）授予最高獎。歐美國家19世紀就已經(jīng)栽培象牙參屬植物以供觀賞，現(xiàn)已培育出多個栽培品種并廣泛應用于盆栽觀賞和庭院美化，而在我國象牙參屬植物完全處于野生狀態(tài)，尚未對其進行開發(fā)利用。

目前，國內(nèi)外對于象牙參屬植物的研究主要涉及分類學、解剖學、離體培養(yǎng)、傳粉生物學以及植物資源調(diào)查方面。歐云鋒等研究發(fā)現(xiàn)，高山象牙參（R.alpina）是自交為主兼具異交的混合交配體系：Du等依據(jù)形態(tài)學和分子生物學信息研究證明大花象牙參（R.humeana）和早花象牙參（R.cautleoides）的種間自然雜交存在于同域群體中：杜光輝等通過HAT-RAPD方法對象牙參屬植物的自然雜交進行個體鑒定，發(fā)現(xiàn)疑似雜交個體的形態(tài)表現(xiàn)介于早花象牙參和大花象牙參之間，并與大花象牙參的親緣關(guān)系更接近。上述研究結(jié)果可為象牙參屬植物進行種間遠緣雜交提供理論依據(jù)。象牙參屬與姜花屬（Hedychium）的親緣關(guān)系較近，姜花屬的相關(guān)研究結(jié)果可為象牙參屬植物種間雜交和種質(zhì)創(chuàng)新研究提供參考依據(jù)。目前有不少關(guān)于姜花屬的種間雜交報道：Wood等研究了野外姜花屬植物的花部特征，發(fā)現(xiàn)其自然居群疑似雜交類群，暗示姜花屬植物在野外可以進行自然雜交且發(fā)生頻繁：姜花屬植物進行種間雜交較易成功；Yost等發(fā)現(xiàn)花粉粘附性、萌發(fā)力和花粉管生長的降低會導致姜科閉鞘姜屬（Costus）兩種密切相關(guān)的同域物種間生殖隔離。

遺傳多樣性是研究物種多樣性以及生態(tài)系統(tǒng)多樣性的基礎(chǔ)，是物種進化的本質(zhì)。植物作為生態(tài)系統(tǒng)中的生產(chǎn)者，其遺傳多樣性水平對于生態(tài)系統(tǒng)功能調(diào)節(jié)有著舉足輕重的作用。植物種群的遺傳變異和維持變異的機制可以通過遺傳多樣性來體現(xiàn)。許多研究者已對多種植物雜交后代的遺傳多樣性進行研究，如王麗萍等[29]發(fā)現(xiàn)冬油菜和春油菜的正交或反交F，代均以冬性表現(xiàn)為主，證明植物的抗寒性受多基因數(shù)量遺傳控制；王東雪等對油茶（Camellia oleifera）F₁代葉表型遺傳多樣性的研究表明，F(xiàn)₁代存在較高的遺傳變異和遺傳傳遞力：王永淇等對姜科植物新品種“紅豐收山姜”的遺傳變異研究表明，該材料的變異較大。本研究對象牙參屬的早花象牙參與其它3個種的雜交F₁代的表型變異進行分析，以期為象牙參屬植物種質(zhì)資源的創(chuàng)新及開發(fā)利用提供參考。

1材料與方法

1.1試驗材料

2019年6月至11月，以西南林業(yè)大學苗圃引種栽培的早花象牙參為母本，以粉葉象牙參（Roscoea glaucifolia）、綿棗象牙參（R.scillifolia）、長柄象牙參（R.debilis）為父本進行種間雜交，獲得“早花×粉葉”“早花×綿棗”“早花×長柄”3個種間雜交F₁代種子各105、78、95粒。

1.2試驗方法

2020年6月將3個種間雜交F₁代種子各60粒浸水催芽后播種。2020年整個生長期內(nèi)觀測3個種間雜交F₁一年生幼苗的各項表型指標，待2021年3月挖出每棵植株的宿根，再測定其塊根各項表型指標，分析葉和塊根表型的遺傳多樣性。由于播種時間較晚，F(xiàn)₁一年生植株當年未開花。為獲得其表型多樣性的完整數(shù)據(jù)，于2021年繼續(xù)觀測由宿根萌芽的二年生植株的各項表型特征，并記錄開花情況。

株高：于10月15日（七葉一心）使用卷尺測量株高。

葉表型：于10月15日（七葉一心）記錄每棵植株的葉片數(shù)，用游標卡尺測量每片葉的長度和寬度，并計算葉形指數(shù)（葉片長／葉片寬）。

塊根表型：于2021年3月1日挖出塊根后，用電子天平稱取各植株塊根重，記錄每棵植株的塊根數(shù)，用游標卡尺測量每個塊根的長度及最粗處直徑。

花表型：于2021年植株開花時，選3個種間雜交F₁各20株，每株調(diào)查2朵花，記錄兜狀花冠裂片、側(cè)生花冠裂片、側(cè)生退化雄蕊以及唇瓣數(shù)，分別測量其長度和寬度，并記錄花冠顏色特征。

1.3數(shù)據(jù)處理與分析

每個材料各表型數(shù)據(jù)均以平均值作為統(tǒng)計單元。利用Microsoft Excel、SPSS軟件進行數(shù)據(jù)處理與分析。

2結(jié)果與分析

2.1 3個雜交組合Fi群體一年生苗的表型分析

2.1.1 F₁群體8個表型性狀測定值及差異分析由表1可知，雜交象牙參F₁群體存在豐富的遺傳變異。其中，葉長為22.91～106.94 mm，平均56.25mm；葉寬為5.74～31.71mm，平均10.85 mm；葉形指數(shù)為2.58～7.87，平均5.24;塊根重為0.06～1.62 g，平均0.51 g；塊根直徑為3.12～9.33 mm，平均6.11 mm;塊根長度為8.01～44.01

mm，平均23.69 mm。8個表型性狀的遺傳多樣性指數(shù)為1.05～4.66，且在3個雜交群體間和群體內(nèi)均存在極顯著差異（P<0.01），表明以早花象牙參為母本的種間雜交F₁代遺傳變異水平較高。

2.1.2 3個雜交組合的F₁表型比較分析 3個雜交組合F₁代表型特征見表2。從葉表型來看，葉片數(shù)、葉長、葉寬、葉形指數(shù)值均為“早花×長柄”F₁最大，“早花×粉葉”F₁（除葉片數(shù)外）最小，說明“早花×長柄”F₁的葉片較發(fā)達；從塊根表型來看，塊根數(shù)、塊根重、塊根直徑、塊根長度的值均為“早花×長柄”F₁最大，“早花×粉葉”F₁塊根數(shù)量最少、直徑最小。遺傳多樣性指數(shù)表明，“早花×粉葉”和“早花×長柄”的多樣性水平較高，而“早花×綿棗”的遺傳變異最小。綜合上述分析，“早花×長柄”F₁葉和根表型均表現(xiàn)較好，該組合具有選育觀賞用和藥用早花象牙參優(yōu)良品種的潛力。

2.1.3 F₁群體8個表型性狀的變異分析 以早花象牙參為母本的3個不同雜交組合F₁群體表型性狀的變異系數(shù)見表3。各雜交組合F₁群體內(nèi)表型的變異系數(shù)介于4.47%～54.12%之間，最高的為“早花×粉葉”塊根重，其次是“早花×長柄”塊根重（53.12%），最小的為“早花×綿棗”葉長。3個雜交群體內(nèi)和群體間葉長的變異系數(shù)均最小，群體內(nèi)分別是8.14%、4.47%和5.24%，群體間為8.12%，表明葉長與其它表型相比表現(xiàn)最為穩(wěn)定，可將其作為判別雜交親本特別是母本來源的有效指標。

F₁群體中8個表型性狀的平均變異系數(shù)為23.72%，其中，根表型變異相對較大，變異系數(shù)為19.88%～59.15%，變異最大的是塊根重，最小的是塊根直徑，表明不同雜交群體的塊根重差異較大；而葉表型變異相對較小，變異系數(shù)為8.12%～15.95%，變異最大的是葉片數(shù)，最小的是葉長（8.12%）。根據(jù)變異系數(shù)的分級梯度可知，葉表型的變異程度為低級或中級，根表型的變異程度為中級或高級，表明以早花象牙參為母本的雜交F₁代中，根表型遺傳變異水平均高于葉表型。

3個雜交群體F₁表型的平均變異系數(shù)從大到小排序為“早花×粉葉”（23.51%）>“早花×長柄”（20.91%）>“早花×綿棗”（14.48%），表明在這3個雜交組合中，“早花×綿棗”組合的F₁群體多樣性水平最低。

2.1.4 F₁群體8個表型性狀的相關(guān)分析 由表4可見，3個雜交組合F₁代群體的葉表型和根表型之間存在不同程度的相關(guān)性。其中，葉片數(shù)與葉形指數(shù)間為顯著相關(guān)，與其它6個表型性狀為極顯著正相關(guān)；葉長與塊根長度為顯著正相關(guān)，與其它表型均為極顯著正相關(guān)；葉寬與塊根的數(shù)量、直徑、長度之間均為極顯著正相關(guān)；塊根的長度和直徑與塊根重之間無顯著相關(guān)性。

2.2 3個雜交組合F₁群體二年生苗的表型分析

2.2.1 F₁代二年生苗花朵表型差異

由表5可知，3個雜交組合F₁群體二年生苗的開花率為“早花×長柄”（60.78%）>“早花×粉葉”（8.33%）>“早花×綿棗”（0），“早花×長柄”F₁有4種花色，且花朵結(jié)構(gòu)發(fā)生變異。表明3個雜交群體中“早花×長柄”后代的花色和花朵結(jié)構(gòu)變異最豐富。鑒于此，可將其作為選育觀賞類象牙參的種質(zhì)來源。

2.2.2 F₁群體二年生苗表型性狀測定值及差異分析 3個雜交組合F₁群體二年生苗主要葉表型和花表型的測定值及差異分析見表6和表7。由F值可知，葉表型性狀的差異達顯著或極顯著水平，而花表型性狀的差異不顯著。F₁群體二年生苗株高為70.02～240.01mm，差異顯著，其中“早花×長柄”的植株較高，“早花×粉葉”的植株較矮；葉長為53.60～207.50 mm，平均126.59 mm;葉寬為6.75～26.20nm，平均16.91 mm;葉形指數(shù)為3.83～13.69，平均7.85。上述二年生苗的表型值與一年生苗相比，均有一定程度的增大，其中葉長增長最多，平均增大125.25%。

2.2.3 F₁群體二年生苗表型變異分析 由表8可見，F(xiàn)₁雜交群體二年生苗中，葉表型的總變異系數(shù)平均值為13.22%，而花表型的總變異系數(shù)平均值為11.18%。葉表型性狀的總變異系數(shù)為5.17%～23.42%，其中變異最大的是葉形指數(shù)，最小為葉長，且葉長在所有表型性狀中變異系數(shù)最小，說明象牙參屬植物葉長表現(xiàn)最穩(wěn)定，可將其作為雜交來源鑒定的主要依據(jù)之一?；ū硇托誀畹目傋儺愊禂?shù)為6.31%～20.49%，變異最大的是唇瓣寬，最小的為兜狀花冠裂片長。

2.2.4 F₁群體表型典則判別分析 結(jié)果（表9）顯示，2個典則變量間存在極顯著相關(guān)（P<0.01），且2個典則函數(shù)特征值占總變異的100%，能較好地體現(xiàn)F₁群體的分類特征。

標準化后的典則判別函數(shù)系數(shù)見表10。可知，對第1典則變量貢獻率最大的是葉形指數(shù)，對第2典則變量貢獻率最大的是葉長，其余表型對典則變量也有不同程度的貢獻。

典則判別函數(shù)散點圖見圖1?？梢钥闯觯?個雜交組合F₁表型在兩個函數(shù)坐標系內(nèi)可以區(qū)分出來，但是各表型區(qū)內(nèi)組群間分化不明顯，其中“早花×粉葉”F₁表型主要分布在第二、第三象限，“早花×綿棗”F₁表型主要分布在第二象限，“早花×長柄”F₁表型主要分布在第一、第四象限。這可能與父母本是同屬不同種有關(guān)。

3討論與結(jié)論

植物表型的差異是其內(nèi)部遺傳物質(zhì)與環(huán)境互作在外部形態(tài)上的反映。本研究以早花象牙參為母本、3個同屬不同種象牙參為父本組配雜交組合“早花×粉葉”“早花×綿棗”“早花×長柄”，并以其F₁代為研究對象，分析其F₁表型的遺傳多樣性及變異規(guī)律。結(jié)果表明：雜交組合“早花×長柄”的F₁后代遺傳了母本和父本的優(yōu)良性狀，塊根較大、葉片較寬、花朵變異豐富，可考慮作為選育觀賞和藥用象牙參的優(yōu)良組合：而“早花×粉葉”和“早花×綿棗”的F₁代表型與其父本更接近，表現(xiàn)為塊根較小、葉片較窄。有研究發(fā)現(xiàn)油茶F₁代葉表型的變異幅度極大，最大值和最小值之比為2.42～9.08，變異系數(shù)為2.21%～37.50%，遺傳傳遞力大于100%。本研究中，不同雜交組合F₁代群體均表現(xiàn)出豐富的遺傳變異：各雜交群體一年生苗表型性狀的變異系數(shù)為4.47%～54.12%，二年生苗表型性狀的變異系數(shù)為0.27%～30.54%：二年生苗各表型性狀較一年生苗均有一定程度的增大，其中葉長增加最多，平均增大125.25%。綜合來看，葉長與其它表型相比變異系數(shù)最小，表現(xiàn)最為穩(wěn)定，可將其作為判別雜交親本來源的可靠指標。本研究中F₁種群的花色變異豐富，表現(xiàn)為數(shù)量性狀遺傳特征，這與‘香水檸檬×白花檸檬F₁代花色表型分離及‘白姜花×金姜花F₁花色遺傳分析結(jié)果相似。表明可以依據(jù)部分性狀表現(xiàn)對植物種質(zhì)資源雜交后代進行早期間接評價選擇，為高海拔地區(qū)象牙參屬植物育種提供參考依據(jù)。

本研究中，以早花象牙參為母本進行種間雜交的結(jié)實率較高，說明其遠緣雜交親和性較高，這與對古老月季的研究結(jié)果一致。對葉表型和根表型的研究表明，3個雜交組合F₁群體間和群體內(nèi)均存在顯著和極顯著差異，且不同雜交組合間葉表型的變異比根表型大；花表型的研究表明，3個雜交組合F₁間花朵大小無明顯差異，但花朵結(jié)構(gòu)、花色以及開花率存在明顯區(qū)別，均表現(xiàn)為“早花×長柄”F₁的多樣性最高，而“早花×綿棗”F₁代二年生苗暫時未開花。表明象牙參屬不同種之間可以進行遠緣雜交，但“早花×綿棗”F₁代二年生苗未開花是否為生長年限不足或是基因交流受阻，還需進一步觀察和深入研究。

我國象牙參屬植物資源較豐富，但目前國內(nèi)極少對其進行開發(fā)利用，更缺乏遺傳多樣性和遺傳育種等相關(guān)研究。本研究通過探索象牙參屬種間雜交后代的表型多樣性和相關(guān)分析，可為今后象牙參屬植物種質(zhì)資源的創(chuàng)新和利用提供技術(shù)基礎(chǔ)，還可為其它姜科植物種質(zhì)資源的創(chuàng)新提供一定參考。