22份菊属植物自交特性及后代性状分析

http://dx.doi.org/10.7685/jnau.201606033

文章信息

谭素娥, 费江松, 房伟民, 陈发棣, 滕年军

TAN Su'e, FEI Jiangsong, FANG Weimin, CHEN Fadi, TENG Nianjun

22份菊属植物自交特性及后代性状分析

Investigation on self-compatibility of 22 materials in genus Chrysanthemum and selfing progeny characteristics

南京农业大学学报, 2017, 40(3): 400-407

Journal of Nanjing Agricultural University, 2017, 40(3): 400-407.

http://dx.doi.org/10.7685/jnau.201606033

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收稿日期: 2016-06-25

引用本文

谭素娥, 费江松, 房伟民, 等. 22份菊属植物自交特性及后代性状分析[J]. 南京农业大学学报, 2017, 40(3): 400-407. 复制到剪切板

TAN Su'e, FEI Jiangsong, FANG Weimin, et al. Investigation on self-compatibility of 22 materials in genus Chrysanthemum and selfing progeny characteristics[J]. Journal of Nanjing Agricultural University, 2017, 40(3): 400-407. DOI: 10.7685/jnau.201606033 复制到剪切板

22份菊属植物自交特性及后代性状分析

谭素娥, 费江松, 房伟民, 陈发棣, 滕年军

南京农业大学园艺学院, 江苏南京 210095

收稿日期：2016-06-25

基金项目：国家自然科学基金项目（31471901）；中央高校基本科研业务费专项资金项目（KYZ201308，KYTZ201602）；江苏省"333高层次人才培养工程"项目

作者简介：谭素娥, 硕士研究生

通信作者：滕年军, 教授, 研究方向为花卉生殖发育与遗传育种, E-mail:njteng@njau.edu.cn

摘要：[目的]本文旨在探明菊属植物自交亲和性及自交后代部分性状表现，为菊属植物杂交育种提供中间材料。[方法]采用花药离体萌发、花药活体萌发的方法对22份菊属材料进行测定。通过对自交结实材料种子结实率和亲和指数的测定来判定菊属植物的自交亲和性。采用SPSS 20.0软件对自交后代与亲本进行性状差异分析。[结果]泉水野菊、成都野菊、狼山野菊、‘钟山金山’‘钟山金桂’‘钟山紫荷’‘钟山醉容’自交结实，自交结实率分别为1.39%、0.58%、1.07%、0.28%、0.68%、3.30%、0.21%，而‘Qx-017’、小红菊、‘贡菊’‘钟山丹桂’等14份菊属植物自交不亲和。自交种子具有低萌发率、低成苗率的特点。多数自交后代的花心直径、花序直径、舌状花数、管状花数低于亲本。[结论]菊属植物普遍具有自交不亲和性，多数自交后代生殖器官特性发生了衰退。

关键词：菊属自交不亲和花粉萌发

Investigation on self-compatibility of 22 materials in genus Chrysanthemum and selfing progeny characteristics

TAN Su'e, FEI Jiangsong, FANG Weimin, CHEN Fadi, TENG Nianjun

College of Horticulture, Nanjing Agricultural University, Nanjing 210095, China

Abstract: [Objectives] This study investigated self-compatibility of 22 materials in genus Chrysanthemum and some characteristics of selfing progeny in order to provide intermediate materials for chrysanthemum hybrid breeding. [Methods] The self-compatibility was determined by pollen germination in vitro and in vivo for 22 materials in genus Chrysanthemum. Self-seed setting rate and affinity index were used in seeds of selfingprogeny. In addition, SPSS 20.0 sofeware was used to analyze the difference in characteristics between selfingprogeny and the parents. [Results] C. indicum Quanshui, C. indicum Chengdu, C. indicum Langshan, and C. morifolium 'Zhongshanjinshan''Zhongshanjingui''Zhongshanzihe' and 'Zhongshanzuirong' are self-compatible. Self-seed setting rate is 1.39%, 0.58%, 1.07%, 0.28%, 0.68%, 3.30%, 0.21%, respectively. Whereas 14 materials, such as 'Qx-017', C. chanetii, 'Gongju' and 'Zhongshandangui' are self-incompatible. Selfed seeds have the characteristics of low germination rate and low seedling rate. Flower disc diameter, inflorescence diameter, ray florets number, and tubular florets number of most of selfedoffsprings are lower than those of the parents. [Conclusions] Plants in Chrysanthemum are generally self-incompatible. Inbreeding depression exists in reproductive organs of most selfedoffsprings.

Key words: Chrysanthemum self-incompatibility pollen germination

菊花 (Chrysanthemum morifolium) 原产我国, 是中国十大名花和世界四大切花之一, 具有极高的观赏和应用价值, 在花卉生产中占有十分重要的地位^[1-2]。迄今, 杂交是菊花新品种培育的主要方式, 但菊花杂交过程繁琐, 主要原因是需要对杂交母本进行人工去雄, 此步骤大约占杂交工作量的80%^[3-4]。此外, 菊花花序有两种类型小花组成, 花序外围通常有20~30朵仅有雌蕊的舌状花, 花序中间一般有100~300朵两性管状小花^[5]。人工去雄时, 需要将花序中间所有两性管状小花去除, 仅留外围舌状花; 同时还要将舌状花上部花瓣剪去, 旨在让雌蕊柱头长出以便于授粉^{[3, 6]}。因此, 人工去雄费时费力, 极大地降低了菊花花序中可用于育种的小花数量, 也对花序造成了伤害。自交不亲和现象在菊花中普遍存在, 明确菊花母本的自交不亲和特性, 不仅可以省去杂交育种的去雄步骤, 而且可以显著提高杂交育种的效率^[7-8]。此外, 对于自交亲和的品种, 可以通过连续自交获得纯合系, 对后代性状的稳定遗传研究具有重要意义。因此, 菊花自交不亲和性研究具有重要理论意义和实践价值。目前, 在十字花科 (Brassicaceae)^[9-11]、罂粟科 (Papaveraceae)^[12-13]、茄科 (Solanaceae)^[14-15]、蔷薇科 (Rosaceae)^[16-18]等植物中就自交不亲和性已开展了大量研究工作。但在菊科菊属植物的自交不亲和性方面仅有少量报道, 如李辛雷等^[8]对菊花自交不亲和性进行了初步研究, 发现自交不亲和部位发生在雌蕊柱头上, 表现为花粉黏附减少、萌发率低、花粉管产生大量胼胝质等; 许莉莉等^[19]对菊属属间杂种的自交特性进行了探讨, 发现属间杂种自交后代部分性状出现自交衰退现象, 特别是生殖器官特征如花序直径、花心直径、管状花数。目前对菊属各种或菊花品种自交不亲和程度未见系统报道和明确结论, 因此本研究将在明确菊花栽培品种及其野生种自交不亲和程度基础上, 获得自交不亲和材料以简化杂交育种过程、提高育种效率, 发现自交亲和材料, 为培育菊花纯系提供育种材料。

1 材料与方法 1.1 试验材料

田间试验于2014年9—12月和2015年9—12月在南京农业大学中国菊花种质资源保存中心进行。供试材料为22份野菊及栽培菊花 (表 1)。此外, 选取泉水野菊及其18个自交后代、‘钟山紫荷’及其8个自交后代、成都野菊及其6个自交后代为材料, 开展部分性状的研究。

表 1 22份野菊及栽培菊花供试材料 Table 1 22 materials in genus Chrysanthemum

编号 Code	名称 Name	来源 Source
1	泉水野菊C.indicum Quanshui	江苏泉水Quanshui, Jiangsu
2	小红菊C.chanetii	北京Beijing
3	成都野菊C.indicum Chengdu	四川成都Chengdu, Sichuan
4	云台山野菊C.indicum Yuntaishan	河南云台山Yuntaishan, Henan
5	狼山野菊C.indicum Langshan	江苏狼山Langshan, Jiangsu
6	‘钟山金桂’‘Zhongshanjingui’	江苏南京Nanjing, Jiangsu
7	‘贡菊’‘Gongju’	江苏南京Nanjing, Jiangsu
8	‘钟山丹桂’‘Zhongshandangui’	江苏南京Nanjing, Jiangsu
9	‘钟山霞桂’‘Zhongshanxiagui’	江苏南京Nanjing, Jiangsu
10	‘钟山金山’‘Zhongshanjinshan’	江苏南京Nanjing, Jiangsu
11	‘钟山樱桂’‘Zhongshanyinggui’	江苏南京Nanjing, Jiangsu
12	‘钟山紫荷’‘Zhongshanzihe’	江苏南京Nanjing, Jiangsu
13	‘钟山醉容’‘Zhongshanzuirong’	江苏南京Nanjing, Jiangsu
14	‘钟山桃桂’‘Zhongshantaogui’	江苏南京Nanjing, Jiangsu
15	‘钟山赤桂’‘Zhongshanchiui’	江苏南京Nanjing, Jiangsu
16	‘南农粉玉’‘Nannongfenyu’	江苏南京Nanjing, Jiangsu
17	‘南农红楼’‘Nannonghonglou’	江苏南京Nanjing, Jiangsu
18	‘南农菲玉’‘Nannongfeiyu’	江苏南京Nanjing, Jiangsu
19	‘Qx-017’	江苏南京Nanjing, Jiangsu
20	‘南农丽紫’‘Nannonglizi’	江苏南京Nanjing, Jiangsu
21	‘南农夕云’‘Nannongxiyun’	江苏南京Nanjing, Jiangsu
22	‘南农绚丽’‘Nannongxunli’	江苏南京Nanjing, Jiangsu

表选项

1.2 试验方法 1.2.1 花粉离体萌发

于晴天上午09:00—11:00用毛笔刷取供试材料的花粉用于活力测定。参照赵宏波等^[20]的方法对花粉活力进行测定并稍作改进, 配制培养基, 将当天采集的花粉混匀, 用毛笔将花粉均匀地撒在培养基上培养。培养条件为20 ℃, 培养2 h以上, 观测花粉萌发和花粉管生长情况。在Olympus BX41显微镜下计数, 每次每个处理分别取3个固定大小的视野统计, 单次统计的花粉数不少于60个, 重复3次。萌发率为萌发的花粉数除以总的花粉数。培养基配方:0.1 g·L^-1 H₃BO₃, 0.3 g·L^-1CaCl₂·2H₂O, 150 g·L^-1 PEG 4000。

1.2.2 荧光显微镜观察

当供试材料的舌状花刚露色时去雄, 即将内轮两性管状小花全部去除, 同时剪去舌状花花瓣直至可见柱头 (不伤及柱头), 并进行套袋, 待柱头呈“Y”形时, 用毛笔进行授粉。花粉取自之前套袋隔离、刚刚开放的头状花序。授粉后24 h取整个花朵 (只含舌状花), 用FAA固定液 (70%乙醇、冰醋酸、福尔马林的体积比为90:5:5), 固定24 h以上, 4 ℃冰箱保存。用1 mmol·L^-1 NaOH软化脱色过夜, 然后用0.1%苯胺蓝溶液浸泡20 min, 甘油压片, 在Olympus BHF荧光显微镜下观察柱头上的花粉附着与萌发情况, 拍照^[21]。

1.2.3 自交

自交于2014年9—12月进行, 在供试材料的舌状花刚露色, 管状花未散粉时, 进行套袋自交, 每份材料套60个头状花序。待种子成熟收种。统计自交结实率 (自交结实率=结实数/花序数×100%)。2015年4月分别进行无菌播种和穴盘播种, 当幼苗刚出现第5片真叶时定植于大田。

1.2.4 形态性状统计

2015年9—12月, 参照李鸿渐等^[1]的方法分别统计亲本、自交后代植株的花序直径、花心直径、舌状花数和管状花数等形态性状, 各性状均单株重复测量5次。

1.2.5 数据统计分析

所有测量数据均取平均值。采用SPSS 20.0和Excel 2007软件对试验数据进行统计分析, 采用Duncan′s新复极差法进行差异显著性检验。

2 结果与分析 2.1 22份菊属植物花粉离体萌发和花粉在柱头上的萌发情况

在对22份试验材料进行离体萌发及活体萌发试验的过程中, 我们发现22份菊属材料的离体萌发率均较低, 普遍低于20%(表 2)。单个柱头上的花粉萌发数为5~40, 柱头上花粉萌发数低于10的有5个, 分别为云台山野菊、‘钟山醉容’‘贡菊’‘钟山霞桂’‘钟山紫荷’。有15份材料的柱头上花粉萌发数为10~30。‘南农绚丽’‘南农丽紫’与其他材料的差异较大, 在单个柱头上的花粉萌发数分别为48.10和41.00, 均超过了40。‘南农绚丽’‘钟山金山’‘钟山紫荷’在柱头的萌发情况见图 1。

表 2 22份材料花粉在柱头及离体萌发情况 Table 2 Germination behaviour of pollen grains on stigmas and in vitro of 22 materials

编号 Code	柱头上花粉萌发数 No.of germination on stigma	离体萌发率/% Rate of germination in vitro
1	25.30±4.524	5.03
2	17.06±1.444	4.52
3	17.00±2.025	5.64
4	8.10±1.059	2.50
5	14.16±3.517	3.43
6	24.77±0.021	4.08
7	3.44±0.914	7.82
8	11.57±1.356	2.41
9	8.70±2.494	5.24
10	18.81±2.757	10.63
11	11.13±1.307	1.34
12	9.23±1.964	4.39
13	5.68±1.418	4.38
14	13.42±4.021	7.79
15	12.00±1.852	10.63
16	23.35±5.368	7.77
17	19.00±5.842	13.61
18	21.80±4.192	8.94
19	25.16±3.796	6.91
20	41.00±9.946	12.65
21	29.35±5.263	15.35
22	48.10±5.507	15.87

表选项

	图 1 ‘南农绚丽’(a)、‘钟山金山’(b) 和‘钟山紫荷’(c) 在柱头的萌发情况 Figure 1 Germination behaviour of pollen grains on stigmas of 'Nannongxuanli'(a), 'Zhongshanjinshan'(b) and'Zhongshanzihe'(c)
图选项

2.2 22份菊属植物自交结实率及种子萌发率

由表 3可见:大部分材料未获得自交种子, 即使少部分材料获得了自交种子, 其自交结实率都很低。22份材料中, 有15个材料自交后, 均未收到种子; 7份获得自交种子的材料的自交结实率为0.21%~3.30%。其中:‘钟山紫荷’自交结实率最高, 为3.30%;‘钟山醉容’自交结实率最低。此外, 自交种子无菌播种优于穴盘播种, 除了泉水野菊无菌播种的成苗率较高外, ‘钟山紫荷’和成都野菊成苗率分别为20.83%和12.12%, 而‘钟山金桂’‘钟山醉容’‘钟山金山’及狼山野菊自交种子未萌发 (表 4)。此外, 对22份材料的花粉活体萌发率、花粉离体萌发率、自交结实率两两进行相关性分析, 结果显示:活体萌发率和离体萌发率之间、活体萌发率和自交结实率之间、离体萌发率和自交结实率之间均没有相关性。

表 3 22份材料自交结实率及自交亲和性 Table 3 Self-seed setting rate and self-compatibility of 22 materials

编号 Code	自交结实率/% Self-seed setting rate	自交特性 Self-cross characteristics
1	1.39	S
2	0	SI
3	0.58	S
4	0	SI
5	1.07	S
6	0.68	S
7	0	SI
8	0	SI
9	0	SI
10	0.28	S
11	0	SI
12	3.30	S
13	0.21	S
14	0	SI
15	0	SI
16	0	SI
17	0	SI
18	0	SI
19	0	SI
20	0	SI
21	0	SI
22	0	SI
注:S:自交亲和Self-compatible; SI:自交不亲和Self-incompatibility

表选项

表 4 自交种子萌发率及成苗率统计 Table 4 Germination and seeding number rate of selfing seeds

编号 Code	无菌播种 Asepsis seeding			穴盘播种 Seeding in aperture disk
编号 Code	种子数 Seed number	萌发率/% Germination rate	成苗率/% Seedling rate	种子数 Seed number	萌发率/% Germination rate	成苗率/% Seedling rate
1	21	79.10	66.67	50	12.00	12.00
3	33	42.80	12.12	19	10.52	10.52
12	24	32.86	20.83	24	4.16	4.16
15	32	30.00	0	26	7.69	0
5	34	29.41	0	0
10	14	44.44	0	0
13	9	66.67	0	0

表选项

2.3 泉水野菊、‘钟山紫荷’和成都野菊自交后代的性状统计 2.3.1 泉水野菊自交后代性状统计

由表 5可见:泉水野菊亲本与自交后代18个株系相比, 除S2和S6与亲本在舌状花数、管状花数、花心直径和花序直径4个指标均无显著差异外, 其余16个自交株系在舌状花数、管状花数、花心直径和花序直径至少有1个指标与亲本相比显著减小。S14和S16在舌状花数、管状花、花心直径和花序直径这4个指标与泉水野菊母本相比均有显著差异 (表 5, 图 2)。上述结果表明, 泉水野菊存在明显自交衰退。

表 5 泉水野菊及其18个自交后代的形态性状 (x±SD) Table 5 Morphological traits and variation of C.indicum Quanshui and its selfing progeny

编号Code	舌状花数 No.of ray florets	管状花数 No.of tubular florets	花心直径/cm Flower disc diameter	花序直径/cm Inflorescence diameter
P	22.40±1.20^gh	143.40±9.41^cd	1.16±0.03^gh	3.59±0.16^h
S1	14.44±0.58^ab	112.22±6.68^abc	1.05±0.04^defgh	3.43±0.10^gh
S2	22.55±0.58^gh	162.77±0.33^d	1.14±0.03^fgh	3.25±0.07^efgh
S3	20.00±0.44^defg	145.40±0.04^bcd	1.05±0.04^fgh	2.85±0.05^cdef
S4	21.70±0.89^gh	141.20±3.41^cd	0.98±0.03^abcde	1.86±0.05^a
S5	20.60±0.40^efgh	118.80±2.97^abc	0.96±0.03^cdef	2.30±0.05^b
S6	21.10±0.40^defg	133.20±0.41^bcd	1.11±0.02^efgh	3.19±0.12^fgh
S7	18.50±0.47^cdef	130.30±4.81^bcd	1.07±0.03^defg	3.07±0.06^def
S8	17.70±1.28^cde	137.57±9.01^cd	1.07±0.03^efgh	3.02±0.26^efgh
S9	22.20±0.63^fgh	129.20±4.14^bcd	1.11±0.05^efgh	2.76±0.05^cde
S10	20.10±0.82^fgh	127.10±7.58^bcd	0.89±0.03^abcd	3.04±0.09^cdef
S11	22.30±0.84^gh	212.80±19.51^e	1.13±0.05^h	2.59±0.10^cde
S12	20.30±0.47^defg	119.80±4.02^bc	0.85±0.03^a	2.24±0.04^ab
S13	20.60±0.73^defg	146.40±4.55^cd	0.83±0.03^ab	2.64±0.08^bc
S14	14.40±0.42^a	108.30±8.77^ab	0.97±0.03^bcdef	2.17±0.08^b
S15	16.40±0.40^bc	129.90±2.98^bcd	0.98±0.03^defg	2.78±0.14^cdef
S16	16.60±0.77^cd	84.00±2.42^a	0.84±0.03^abc	2.41±0.08^bc
S17	15.40±0.43^ab	107.30±7.91^abc	0.82±0.03^ab	2.52±0.15^bc
S18	20.40±0.58^defg	135.70±5.83^bcd	1.07±0.02^cfgh	3.11±0.06^efg
注: 1) P:亲本泉水野菊; S1~S18分别表示泉水野菊的18个自交后代。2) 不同小写字母代表经Duncan′s新复极差检验差异显著 (P < 0.05)。 Note: 1) P:Parent of C.indicum Quanshui; S1-S18 mean eighteen selfing progeny of C.indicum Quanshui. 2) Values with different superscripts indicate significant difference at 0.05 level according to Duncan′s new multiple range test. The same as flollows.

表选项

	图 2 泉水野菊及其18个自交株系花形态 Figure 2 Flower characteristics of C.indicum Quanshui and its eighteen selfing progeny 编号同表 5。The codes are same as Table 5.
图选项

2.3.2 ‘钟山紫荷’自交后代性状统计

由表 6可见:‘钟山紫荷’亲本与自交后代8个株系相比, 8个自交株系的舌状花数和管状花数与亲本均有显著差异, 且自交后代舌状花数显著减少, 发生了退化。8个自交后代的舌状花数较亲本均显著减少, 发生退化。S3、S6、S7和S8花心直径较亲本都显著减小。而对于花序直径, S1和S8显著大于亲本, S2、S3、S5则显著小于亲本, S4、S6、S7则与亲本无显著差异。S8发生颜色分离 (图 3)。上述结果表明, ‘钟山紫荷’自交后代存在自交衰退和颜色分离现象。

表 6 ‘钟山紫荷’及其8个自交后代形态性状 (x±SD) Table 6 Morphological traits and their variation of'Zhongshanzihe'and its selfing progeny

编号 Code	舌状花数 No.of ray florets	管状花数 No.of tubular florets	花心直径/cm Flower disc diameter	花序直径/cm Inflorescence diameter
P	139.00±5.71^c	45.00±2.41^c	0.80±0.06^cd	4.80±0.14^b
S1	78.00±4.12^a	68.38±10.11^b	0.91±0.02^d	5.29±0.06^c
S2	97.12±2.45^b	38.75±4.83^a	0.80±0.03^bcd	4.42±0.09^a
S3	91.57±4.86^b	32.57±2.91^a	0.77±0.03^ab	4.25±0.12^a
S4	94.57±4.06^b	44.14±5.86^a	0.80±0.02^abc	4.61±0.08^ab
S5	97.12±3.15^b	42.87±4.43^a	0.78±0.01^abc	4.33±0.16^a
S6	101.00±8.41^b	37.33±2.95^a	0.76±0.04^ab	4.48±0.20^ab
S7	103.00±4.54^b	43.00±3.32^a	0.78±0.02^ab	4.55±0.13^ab
S8	109.00±5.42^b	32.14±4.11^a	0.68±0.03^a	5.45±0.11^c
注: P:亲本‘钟山紫荷’Parent of‘Zhongshanzihe’; S1~S8分别表示‘钟山紫荷’的8个自交后代。S1-S8 mean eight selfing progeny of‘Zhongshanzihe’.

表选项

	图 3 ‘钟山紫荷’及其8个自交株系花形态 Figure 3 Flower characteristics of 'Zhongshanzihe'and its eight selfing progeny 编号同表 6。The codes are same as Table 6.
图选项

2.3.3 成都野菊自交后代性状统计

从表 7可以看出:成都野菊与其自交后代相比舌状花数差异不显著; 除S2外, 成都野菊与其自交后代相比管状花数差异也不显著。在花心和花序直径方面甚至有优于亲本的现象出现, 如S1、S3、S4。

表 7 成都野菊及其6个自交后代形态性状 (x±SD) Table 7 Morphological traits and their variation of C.indicum Chengdu and its selfing progeny

编号 Code	舌状花数 No.of ray florets	管状花数 No.of tubular florets	花心直径/cm Flower disc diameter	花序直径/cm Inflorescence diameter
P	21.57±0.29^ab	152.85±7.49^b	0.83±0.02^ab	2.10±0.04^a
S1	24.20±0.58^b	129.20±12.39^ab	1.06±0.02^c	2.53±0.14^bc
S2	22.80±0.96^ab	113.40±13.23^a	0.94±0.50^b	2.58±0.07^cd
S3	21.80±1.06^ab	133.00±7.00^ab	1.10±0.04^c	2.94±0.06^e
S4	22.40±0.60^ab	140.20±8.24^ab	1.05±0.03^c	2.67±0.11^de
S5	20.00±0.32^a	154.00±6.91^b	0.86±0.05^a	2.26±0.02^ab
S6	21.20±1.35^a	129.00±10.01^ab	0.92±0.06^b	2.58±0.11^cd
注: P:亲本成都野菊Parent of C.indicum Chengdu; S1~S6分别表示成都野菊的6个自交后代。S1-S6 mean the six selfing progeny of C.indicum Chengdu.

表选项

	图 4 成都野菊及其6个自交后代株系花形态 Figure 4 Flower characteristics of C.indicum Chengdu and its six selfing progeny 编号同表 7。The codes are same as Table 7.
图选项

3 结论与讨论

本试验表明, 22份材料的花粉离体萌发率均较低, 这与菊花花粉的特性相关, 由于菊花花粉属于三核花粉, 在常温等自然条件下, 三核花粉代谢活跃, 营养物质消耗快, 因而通常比二核花粉活力下降快^[22]。自交授粉24 h后在荧光显微镜观察, 发现小红菊、‘钟山霞桂’‘南农夕云’‘南农丽紫’‘南农红楼’柱头上的花粉萌发率 (活体萌发率) 显著低于离体萌发率, 主要原因是自交不亲和所致。‘钟山金山’‘钟山桃桂’‘南农菲玉’和‘钟山醉容’显示为活体萌发率显著高于花粉离体萌发率, 且均获得自交种子。这是因为菊花属于孢子体自交不亲和, 孢子体型自交不亲和植物花粉母细胞细胞质分裂类型为同时型, 且其雌蕊柱头一般是干性柱头, 花粉粒被抑制部位通常在柱头^[21]; 自交授粉后柱头上花粉的附着与萌发数量少, 胼胝质过多沉淀, 花粉管生长难以进入柱头, 即使能看到花粉在柱头上正常伸长生长, 花粉管也不能进入柱头完成受精作用^[8]。苹果和梨也存在配子体自交不亲和现象, 自花花粉管在授粉后1~2 d便停止生长, 此外花粉管先端膨大、形态异常, 无法到达花粉管^[23-24]。在杏中也存在相似自交不亲和现象, 自交花粉管大多顶端膨大呈球形, 只有极个别能够正常生长到达子房^[25]。

本研究中, 泉水野菊、成都野菊、‘钟山紫荷’自交后代的花心直径、花序直径、舌状花数、管状花数均出现不同程度的衰退现象。但也有少量自交后代没有出现自交衰退现象, 如泉水野菊自交株系S2、S6与亲本在花心直径、花序直径、舌状花数和管状花数都没有显著变化。在自交过程中还出现花色分离现象, 如‘钟山紫荷’自交后代S8。这与孢子体型自交不亲和植物甘蓝、白菜的研究结果一致^[26-27]。在其他作物中也存在自交衰退现象:落叶松中存在自交衰退现象^[28]; 苜蓿自交后, 存在自交一代逐渐死亡的自交衰退现象^[29]; 白菜型油菜进行自交, 发现自交结实率、角果粒数、角果长度、单果粒等指标都有显著减少, 自交还能引起后代生长迅速衰退, 株高、分枝数和产量的下降等^[30]。

本研究表明, 菊属大部分植物自交不亲和, 多数自交亲和后代生殖器官特性发生了衰退。今后, 在菊花杂交育种中, 以自交不亲和植物作为母本时, 可以省略去雄步骤, 直接进行授粉, 这样能显著提高杂交育种效率和节约人工成本; 而自交亲和材料如‘钟山紫荷’、泉水野菊可用于菊花纯系的培育。

参考文献(References)

[1]	李鸿渐, 邵建文. 中国菊花[M]. 南京: 江苏科学技术出版社, 1993. Li H J, Shao J W. Chinese Chrysanthemum[M]. Nanjing: Jiangsu Science and Technology Publishing Press, 1993. (in Chinese)

[2]	陈俊愉. 中国花卉品种分类学[M]. 北京: 中国林业出版社, 2001: 218-231. Chen J Y. Classification System for Chinese Flower Cultivars[M]. Beijing: China Forestry Press, 2001: 218-231. (in Chinese)

[3]	孙春青, 陈发棣, 房伟民, 等. 栽培菊花'奥运天使'与野路菊杂交生殖障碍的细胞学机理[J]. 中国农业科学, 2009, 42(6): 2085–2091. Sun C Q, Chen F D, Fang W M, et al. Cellular mechanism of reproductive barrier during cross breeding between Dendranthema grandiflorum cv.Aoyuntianshi and D.japonense[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2009, 42(6): 2085–2091. (in Chinese)

[4]	孙春青, 陈发棣, 房伟民, 等. 菊花远缘杂交研究进展[J]. 中国农业科学, 2010, 43(12): 2508–2517. Sun C Q, Chen F D, Fang W M, et al. Advances in research on distant hybridization of Chrysanthemum[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2010, 43(12): 2508–2517. DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2010.12.015 (in Chinese)

[5]	Wang X G, Wang H B, Chen F D, et al. Factors affecting quantity of pollen dispersal of spray cut chrysanthemum (Chrysanthemum morifolium)[J]. BMC Plant Biology, 2014, 14(2): 5.

[6]	Zhang F J, Wang Z Q, Dong W, et al. Transcriptomic and proteomic analysis reveals mechanisms of embryo abortion during chrysanthemum cross breeding[J]. Scientific Reports, 2014, 4: 6536.

[7]	徐雁飞, 陈发棣, 滕年军, 等. 菊花自交衰退现象初步研究[J]. 植物资源与环境学报, 2009, 18(4): 28–32. Xu Y F, Chen F D, Teng N J, et al. Preliminary study on inbreeding depression of Dendranthema morifolium[J]. Journal of Plant Resources and Environment, 2009, 18(4): 28–32. (in Chinese)

[8]	李辛雷, 陈发棣. 菊花自交不亲和性初步研究[J]. 武汉植物学研究, 2007, 25(6): 591–595. Li X L, Chen F D. Self-incompatibility in Dendranthema morifolium[J]. Journal of Wuhan Botanical Research, 2007, 25(6): 591–595. (in Chinese)

[9]	Yamakawa S, Shiba H, Watanabe M, et al. The sequences of S-glycoproteins involved in self-incompatibility of Brassica campestris and their distribution among Brassicaceae[J]. Bioscience Biotechnology and Biochemistry, 1994, 58(5): 921–925. DOI: 10.1271/bbb.58.921

[10]	Nasrallah J B. Self-incompatibility in the Brassicaceae[J]. Plant Cell, 2010, 14(Suppl): S227–S238.

[11]	Kachroo A, Nasrallah M E, Nasrallah J B. Self-incompatibility in the Brassicaceae:receptor-ligand signaling and cell-to-cell communication[J]. Plant Cell, 2002, 14: 227–238.

[12]	Timothy P, Takashi M, Naoki T, et al. Evolutionary genetics of an S-like polymorphism in Papaveraceae with putative function in self-incompatibility[J]. PLoS ONE, 2011, 6(8): e23635. DOI: 10.1371/journal.pone.0023635

[13]	Bilinski P, Kohn J. Sites of self-pollen tube inhibition in Papaveraceae (sensu lato)[J]. Plant Systematics and Evolution, 2012, 298(7): 1239–1247. DOI: 10.1007/s00606-012-0630-8

[14]	Ioerger T R, Clark A G, Kao T H. Polymorphism at the self-incompatibility locus in Solanaceae predates speciation[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences, 1991, 87(87): 9732–9735.

[15]	Ioerger T R, Gohlke J R, Xu B, et al. Primary structural features of the self-incompatibility protein in Solanaceae[J]. Sexual Plant Reproduction, 1991, 4(2): 81–87.

[16]	Ashkani J, Rees D J G. A comprehensive study of molecular evolution at the self-incompatibility locus of Rosaceae[J]. Journal of Molecular Evolution, 2016, 82: 128–145. DOI: 10.1007/s00239-015-9726-4

[17]	Xu C, Li M F, Wu J K, et al. Identification of a canonical SCF (SLF) complex involved in S-RNase-based self-incompatibility of Pyrus(Rosaceae)[J]. Plant Molecular Biology, 2013, 81(3): 245–257. DOI: 10.1007/s11103-012-9995-x

[18]	于晓艳, 赵兰勇, 丰震, 等. 22份国产玫瑰资源的自交亲和性[J]. 中国农业科学, 2009, 42(9): 3236–3242. Yu X Y, Zhao L Y, Feng Z, et al. Self-compatibility of 22Rosa rugosa Thunb.resources in China[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2009, 42(9): 3236–3242. DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2009.09.028 (in Chinese)

[19]	许莉莉, 朱文莹, 王海滨, 等. 3个菊属与近缘属属间杂种自交特性研究[J]. 南京农业大学学报, 2014, 37(2): 33–37. Xu L L, Zhu W Y, Wang H B, et al. Study on the self cross characteristics of three intergeneric hybrids between Chrysanthemum spp.and their close relatives[J]. Journal of Nanjing Agricultural University, 2014, 37(2): 33–37. DOI: 10.7685/j.issn.1000-2030.2014.02.006 (in Chinese)

[20]	赵宏波, 陈发棣, 房伟民. 栽培小菊和几种菊属植物花粉离体萌发研究[J]. 南京农业大学学报, 2005, 28(2): 22–27. Zhao H B, Chen F D, Fang W M. Pollen germination in vitro of chrysanthemum cultivars with small inflorescences and several species of Dendran thema[J]. Journal of Nanjing Agricultural University, 2005, 28(2): 22–27. DOI: 10.7685/j.issn.1000-2030.2005.02.005 (in Chinese)

[21]	唐岱, 李明扬, 徐淳. 菊花花粉萌发及花粉活力研究[J]. 西南农业大学学报, 1993, 15(4): 359–362. Tang D, Li M Y, Xu C. Germination and vitality of chrysanthemum[J]. Journal of Southwest Agricultural University, 1993, 15(4): 359–362. (in Chinese)

[22]	Shiba H, Takayama S, Iwano M, et al. A pollen coat protein, SP11/SCR, determines the pollen S-specificity in the self-incompatibility of Brassica species[J]. Plant Physiology, 2001, 125(4): 2095–2103. DOI: 10.1104/pp.125.4.2095

[23]	张绍铃, 房经贵, 杨记磙. 果树自交不亲和性的遗传与生理机制及其研究[J]. 果树学报, 2001, 18(1): 49–52. Zhang S L, Fang J G, Yang J G. Study on the genetics of the fruit self-incompatibility and its physiological mechanism[J]. Journal of Fruit Science, 2001, 18(1): 49–52. (in Chinese)

[24]	周俊国, 扈惠灵, 张慧蓉, 等. 苹果和梨自交不亲和程度的荧光显微观察[J]. 河南科技学院学报 (自然科学版), 2010, 38(2): 27–31. Zhou J G, Hu H L, Zhang H R, et al. Fluoroscope observation on self-incompatibility degree of apple and pear[J]. Journal of Henan Institute of Science and Technology (Natural Science Edition), 2010, 38(2): 27–31. (in Chinese)

[25]	冯建荣, 陈学森, 孔宁, 等. 杏自交不亲和强度及其授粉受精相关特性[J]. 果树学报, 2006, 23(5): 690–694. Feng J R, Chen X S, Kong N, et al. Some characteristics associated with self-incompatibility among the progenies in apricot[J]. Journal of Fruit Science, 2006, 23(5): 690–694. (in Chinese)

[26]	史公军, 侯喜林. 白菜自交不亲和性的荧光测定[J]. 武汉植物学研究, 2004, 22(3): 197–200. Shi G J, Hou X L. Measurement of self-incompatible by fluoroscope observation in non-heading Chinese cabbage[J]. Journal of Wuhan Botanical Research, 2004, 22(3): 197–200. (in Chinese)

[27]	张桂玲, 王超, 温四民. 甘蓝自交不亲和性的快速测定[J]. 东北农业大学学报, 2003, 34(2): 142–147. Zhang G L, Wang C, Wen S M. Identification of the self-incompatibility of cabbage by fluorescence microscopy[J]. Journal of Northeast Agricultural University, 2003, 34(2): 142–147. (in Chinese)

[28]	贾桂霞, 沈熙环. 落叶松种间交配结实力变异和自交衰退的研究[J]. 林业科学, 2003, 39(1): 62–68. Jia G X, Shen X H. Variation in fruiting ability of interspecific crossing and mechanism of self-depression in larix[J]. Scientia Silvae Sinicae, 2003, 39(1): 62–68. DOI: 10.11707/j.1001-7488.20030110 (in Chinese)

[29]	吕林有, 魏臻武, 赵艳, 等. 苜蓿自交亲和性、授粉方式及后代性状分离的研究[J]. 草业科学, 2009, 26(4): 33–36. Lü L Y, Wei Z W, Zhao Y, et al. A study of self-compatibility and pollinations and separation of offspring traits of alfalfa[J]. Pratacultural Science, 2009, 26(4): 33–36. (in Chinese)

[30]	张亚宏, 孙万仓, 雷建明, 等. 连续自交对甘蓝型油菜主要农艺性状的影响[J]. 甘肃农业科技, 2012(6): 6–9. Zhang Y H, Sun W C, Lei J M, et al. Effects of successive selfing on agronomic traits of Brassica napus L.[J]. Gansu Agricultural Science and Technology, 2012(6): 6–9. (in Chinese)