全 文 ：基于SRAP标记分析的姜花属杂交育种的亲本选择*
高丽霞1,刘暋念2
**,黄邦海3
(1河池学院化学与生命科学系,广西 宜州暋546300;2仲恺农业工程学院,广东 广州暋510225;
3广州市农业技术推广中心,广东 广州暋510520)
摘要:姜花属杂交育种的亲本选择中,除了考虑性状搭配之外,还应考虑该属的自交不亲和性带来的生殖
障碍。本文通过分析姜花属20个种的22份材料和6个园艺品种的亲缘关系,探讨了亲缘关系与杂交结实
率之间的关系,结果表明亲本材料的相似系数在0灡4~0灡6时结实率最高。结合实际育种工作,提出了姜
花属亲本搭配的方法,首先从性状上进行搭配,包括苞片排列方式、香气和颜色等;另外考虑到其生殖特
性,在选出的亲本过于远缘或过于近缘时,我们都必须考虑引入桥梁亲本,以集合更多的优良性状。
关键词:亲本选择;亲缘关系;结实率
中图分类号:S336暋暋暋暋暋暋文献标识码:A暋暋暋暋暋暋暋暋文章编号:0253灢2700(2010)03灢250灢05
ParentalSelectionintheCrossBreedingofHedychium
KoenigBasedonSRAPMarkers
GAOLi灢Xia1,LIUNian2** ,HUANGBang灢Hai3
(1DepartmentofChemistryandLifeScience,HechiUniversity,Yizhou546300,China;2ZhongkaiUniversity
ofAgricultureandEngineering,Guangzhou510225,China;3GuangzhouMunicipalCenterforthe
PromotionofAgriculturalTechnologies,Guangzhou510520,China)
Abstract:InthecrossbreedingofHedychium,parentalselectionisrelatednotonlytotheparentalmorpho灢
logiccharacters,butalsotothereproducingbarrierofselfincompatibility.Inthisstudy,thephylogeneticre灢
lationshipsof28materialswereanalyzed.Theresultsshowedthatparentswithasimilaritycoefficientof0灡4
-0灡6tendedtohaveahighsettingpercentageaftercombinedtherelathionshipewiththesettingpercentages.
Themethodsofparentalselectioninactualbreedingworkweresuggestedbasedonthepresentresults.The
characteristics,suchasbractarrangements,fragranceandcolor,werethemostimportantfactorstobecon灢
sideredforcrossbreedingofHedychium.Whentheparentsselectedwereeithertoodistantortooclose,
bridgeparentaltaxonwerenecessaryforgatheringbettercharacteristics.
Keywords:Parentalselection;Phylogeneticrelationship;Settingpercentage
暋 姜花属 (Hedychium )是姜科植物中最具观
赏特性的类群之一。全球约80种,主要分布于亚
洲的热带、亚热带地区,喜马拉雅山地区为其现
代分布中心 (吴德邻,1994;Branney,2005)。我
国约有29种及3变种,主要分布在西南地区,海
南也有分布 (WuandLarsen,2000)。
具有香味的白姜花是广州传统的香型切花,
夏秋上市,弥补了这个季节香型切花不多的现
状,具有巨大市场。但由于瓶插期短、品种单
一,生产效益较差。因此,需要进一步研究开发
云 南 植 物 研 究暋2010,32(3):250~254
ActaBotanicaYunnanica暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋DOI:10灡3724/SP灡J灡1143灡2010灡09245
*
**
基金项目:广西高校重点建设实验室建设资助项目 (桂西北特色资源研究与开发)
通讯作者:Authorforcorrespondence;E灢mail:liunian678@163灡com
收稿日期:2009灢12灢04,2010灢01灢10接受发表
作者简介:高丽霞 (1980-)女,博士,主要研究方向:园林植物与观赏园艺。
具有芳香味的姜花新品种,以形成广州香型切花
产业,打造行业的竞争优势,推动花卉业的产业
化生产,实现农业增效,农民增收。
杂交育种的规律之一是亲缘关系越远,就有
更多不同来源的性状可以结合起来,亲本的遗传
基础就更大程度地被拓宽。因此,在常规育种
中,远缘杂交成为主要育种手段之一。研究表
明,姜花属中存在着天然的自交不易亲和的现象
(Holttum,1950;高江云等,2005),其远缘杂
交比种内杂交更为容易,所以我们利用远缘杂交
的手段,对姜花属做了一系列的杂交试验,结果
表明,姜花属的远缘杂交有着一些自身的特点:
(1)母本的结实能力对结实率起非常关键的作用;
(2)不同种间的杂交结实率有较大的差异,这些
差异一方面来源于各个种结实能力的不同,另一
方面源自用于杂交双亲的亲缘关系的远近。
相关序列扩增多态性 (Sequence灢Related
AmplifiedPolymorphism,SRAP)标记是由美
国加州大学蔬菜作物系 LiandQuiros (2001)
提出。该标记多态性高、重复性好、操作简单、
没有物种特异性,现已广泛应用于种质鉴定 (李
严和张春庆,2005)、图谱构建 (林忠旭等,
2003;高丽霞等,2009)、比较基因组学 (Li等,
2003)和遗传多样性分析 (Ferriol等,2003)。
利用分子标记进行聚类分析时,一般常用于种内
分析,但也有学者用SRAP标记进行了属内种
间的分析,并得到了理想的结果。李隆云等
(2008)利用该标记对仙茅属CurculigoGaertn.
7个国产种做的分析结果与传统形态分类的结果
基本一致;Sun等 (2006)利用该标记对灵芝属
Ganoderma类群进行了分析,将31份材料聚为
3个类群,亦与传统形态分类的结果基本一致。
本研究利用SRAP标记分析姜花属28份材
料的亲缘关系,得到种间的相似系数,同时通过
材料的广泛杂交,得到不同组合的杂交结实率。
最后分析相似系数与结实率的相关性,以确定姜
花属中亲缘关系远近与亲本选配之间的关系,为
亲本选配提供可杂交性方面的依据。
1暋材料与方法
1灡1暋材料
28份姜花属植物的材料 (表1)的野生种分别引自广西、
云南、四川,园艺品种分别引自泰国和香港,所有材料在广州
均己成功栽培。凭证标本存华南植物园标本馆 (IBSC)。
杂交组合共22个 (表2)。杂交组合的设计参考了
熊友华 (2006)提出的白姜花作为母本结实率较高的结
论,为了尽量消除结果分析时的母本误差,本试验较多
地采用了以白姜花作为母本的组合。
1灡2暋方法
1灡2灡1暋杂交育种及结实率的统计暋姜花属植物在上午
8:00~10:00柱头最为湿润,因此选择该时期进行人
工杂交。选择即将在当日下午展开的小花,拨开花瓣
(尽量不损伤花瓣),用镊子轻轻将雄蕊去除,立刻授以
干燥的花粉,套袋,约一周后子房膨大。种子在果皮自
然开裂时收获,立即播于湿润的花盆土中 (如果外界气
温过低,要转至28曟的温室中)。幼苗长至15cm左右,
外界温度稳定在20曟左右时,移栽大田。
每个杂交组合重复3个花序 (每个花序有小花150
个左右),分别统计结实率,结果采用平均值暲标准差
的形式,利用Excel进行统计分析。
1灡2灡2暋DNA提取和SRAP分析的方法暋各试材取刚发
出的健康嫩叶 (卷状)5g,按 MurrayandThompson
(1980)的 CTAB 法 进 行 DNA 提 取,并 稍 作 改 动。
SRAP引物参 考 Vandemark 等 (2006)和 Budak 等
(2004)的文献中所选的引物,具体引物及筛选方法见
高丽霞等 (2008)。PCR扩增反应体系和反应程序参考
Ferriol等 (2003)的 方 法,凝 胶 银 染 参 考 张 军 等
(2000)方法,银染后的凝胶利用 VilberLourmat凝胶
成像仪拍摄保存。
1灡2灡3暋数据分析方法暋聚类分析利用 NTSYS2灡10e软
件,采用Jaccard相似性系数、非加权组平均法 (UPG灢
MA)聚类 (SneathandSokal,1973)。多态性片段的有
无分别用 “1暠和 “0暠表示,至少同时存在于两份材料
内的多态性片段为有效。
2暋结果与分析
2灡1暋聚类分析
本试验在高丽霞等 (2008)的基础上,加上
用作亲本的6个园艺品种,选取了30对多态性
好的引物,最后使用28对条带清晰、重复性好的
引物,共扩增出152条带,其中135条为多态性
带,占88灡8%,平均每对4灡8条,多态性条带里
最多的为引物组合F13和R1,达到13条。聚类
结果如图1所示。所有供试材料仍聚为3大类,
而6个园艺品种与白姜花均聚在一起,说明这些
园艺品种可能均不同程度地带有白姜花的血统,
白姜花可能是它们的原始亲本之一。
1523期暋暋暋暋暋暋暋暋暋高丽霞等:基于SRAP标记分析的姜花属杂交育种的亲本选择暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋
2灡2暋亲缘关系与结实率的关系
表2中列出了各个组合的结实率以及它们的相
似系数,经相关性分析,相关系数仅为-0灡0036,
可见结实率与其相似系数间并不显著相关,但与
亲本,特别是母本的关系较大。从表2中可知,
以白姜花作母本的杂交组合结实率最高,这也可
能是现有的几个园艺品种均带有白姜花血统的原因
之一。但是,单纯从以白姜花为母本的组合来看,
表1暋本试验所用材料
Table1暋Materialsusedinthisstudy
分类群 Taxon 采集地Locality
凭证标本 (存IBSC)
Voucher(inIBSC)
广西姜花 H灡kwangsiense 广西那坡 Napo,Guangxi HU061
密花姜花 H灡densiflorum 云南六库Liuku,Yunnan HU082
盘珠姜花 H灡panzhuum 四川峨眉山EmeiMountain,Sichuan HU043
黄姜花 H灡flavum 广西田林 Tianlin,Guangxi HU064
毛姜花 (b)H灡vilosum 云南福贡Fugong,Yunnan HU090
峨眉姜花 (a)H灡flavescens(a) 四川峨眉山EmeiMountain,Sichuan HU044
肉红姜花 H灡neocarneum 云南勐仑 Menglun,Yunnan HU028
峨眉姜花 (b)H灡flavescens(b) 云南勐腊 Mengla,Yunnan HU030
唇凸姜花 H灡convexum 云南普洱Puer,Yunnan HU109
矮姜花 H灡brevicaule 广西平孟Pingmeng,Guangxi HU049
无丝姜花 H灡efilamentosum 云南六库Liuku,Yunnan HU085
草果药 H灡spicatum 云南六库Liuku,Yunnan HU081
普洱姜花 H灡puerense 云南普洱Puer,Yunnan HU016
思茅姜花 H灡simaoense 云南思茅Simao,Yunnan HU018
红姜花 H灡coccineum 云南思茅Simao,Yunnan HU015
盈江姜花 H灡yungjiangense 云南盈江Yingjiang,Yunnan HU101
青城姜花 H灡qingchengense 四川青城山 QingchengMountain,Sichuan HU045
圆瓣姜花 H灡forresti 广西凌云Lingyun,Guangxi HU065
滇姜花 H灡yunnanense 云南腾冲Tengchong,Yunnan HU095
毛姜花 H灡vilosum 广西那坡Napo,Guangxi 2004FL096
小毛姜花 H灡vilosumvar灡tenuiflorum 云南勐腊 Mengla,Yunnan 2004FL091
白姜花 H灡coronarium 广东广州Guangzhou,Guangdong -
泰国一号H灡sp灡1fromThailand 泰国 Thailand 2004FL016
泰国二号H灡sp灡2fromThailand 泰国Thailand 2004FL013
泰国三号H灡sp灡3fromThailand 泰国Thailand 2004FL014
泰国四号H灡sp灡4fromThailand 泰国Thailand 2004FL015
金姜花H灡sp灡5 香港 Hongkong 99FL089
粉姜花H灡sp灡6暋 香港 Hongkong 99FL090
表2暋杂交组合与结实率、相似系数情况
Table2暋Cross灢combinationsandthesettingpercentages,thecoefficientsofthem
编号
No.
母本暳父本 (曗暳曖)
Maternalparent暳
paternalparent
结实率 (%)
Setting
percentage
相似系数
Coefficient
编号
No.
母本暳父本 (曗暳曖)
Maternalparent暳
paternalparent
结实率 (%)
Setting
percentage
相似系数
Coefficient
1 白姜花暳圆瓣姜花 64灡91暲4灡69 0灡30 12 白姜花暳泰国四号 36灡60暲3灡65 0灡68
2 白姜花暳红姜花 29灡20暲4灡35 0灡35 13 泰国三号暳粉姜花 22灡3暲3灡21 0灡57
3 白姜花暳金姜花 48灡09暲3灡33 0灡54 14 金姜花暳粉姜花 18灡2暲2灡17 0灡63
4 白姜花暳粉姜花 24灡82暲1灡20 0灡64 15 圆瓣姜花暳白姜花 13灡43暲0灡84 0灡30
5 白姜花暳黄姜花 62灡10暲13灡25 0灡49 16 滇姜花暳白姜花 9灡50暲0灡10 0灡27
6 白姜花暳峨嵋姜花 0灡00 0灡44 17 黄姜花暳白姜花 44灡36暲2灡83 0灡49
7 白姜花暳思茅姜花 76灡19暲12灡37 0灡41 18 峨嵋姜花暳白姜花 0灡00 0灡44
8 白姜花暳小毛姜花 38灡51暲6灡02 0灡29 19 泰国一号暳白姜花 14灡93暲3灡34 0灡70
9 白姜花暳泰国一号 41灡02暲2灡98 0灡70 20 红姜花暳泰国一号 18灡5暲2灡87 0灡39
10 白姜花暳泰国二号 9灡60暲0灡53 0灡67 21 金姜花暳红姜花 9灡01暲1灡27 0灡40
11 白姜花暳泰国三号 50灡63暲6灡47 0灡59 22 粉姜花暳金姜花 18灡2暲2灡36 0灡63
252暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋 暋暋暋暋暋暋暋云暋南暋植暋物暋研暋究暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋第32卷
图1暋28份姜花属材料的UPGMA聚类分析
Fig灡1暋Anunweightedpair灢groupmethodwitharithmeticaverages(UPGMA)dendrogram
ofgeneticrelationshipsamong28taxaofHedychium
相似系数与结实率却又有一定的关系,当相似系
数低于0灡4时的组合,除与圆瓣姜花的组合外,
结实率均低于30%;而相似系数在0灡4~0灡6之间
时的组合,除去峨嵋姜花自身不育的原因外,结
实率均高于48%;当相似系数更高时,结实率又
趋于下降。可见,亲缘关系远近与姜花属的生殖
特性结合起来一起影响着姜花属的亲本选配。相
似系数较低时,亲缘关系较远,组合的结实率相
应较低;相似系数在平均水平时,结实率最高;
相似系数更大时,可能受到姜花属中普遍存在着
的自交不亲和性的影响,结实率又开始下降。
3暋讨论
3灡1暋姜花属育种的一般特性
姜花属植物的花序一般有两种,一种为苞片
卷筒状排列,花序一般较长,观赏性较差;另一
种为苞片覆瓦状排列,且花序缺少层次,观赏性
也比较差。当两种花序的种杂交后,其后代的苞
片往往会呈较短而紧密的苞片卷筒状排列,或上
部苞片卷筒状而下部苞片覆瓦状排列,使得花序
更有层次感和观赏性。因此,在进行亲本选择
时,首先要从苞片排列方式上进行选择。其次,
姜花属作为一种香型切花更显示出其开发价值。
香气作为一种数量性状,不但可以在后代得到遗
传,而且可以分离出丰富的香气类型,所以,用
于杂交的亲本需至少有一个具有香气。此外,该
属植物的颜色也绚丽多彩,根据育种目标需要进
行合理的色彩搭配也是想要获得到优良后代所必
需考虑的。
3灡2暋基于亲缘关系的亲本选择
育种的第一步是性状搭配,但对于种间杂
交,亲本的亲缘关系也是必须要考虑的。在姜花
属育种中,其亲本选择的层次也是如此,首先考
虑姜花属育种的一般特性,其次要考虑选中亲本
的亲缘关系远近。
通过杂交试验,我们发现在姜花属中进行种
间杂交是比较容易成功的。所以,在实际工作
中,我们可以首先考虑性状搭配。但在选中的亲
3523期暋暋暋暋暋暋暋暋暋高丽霞等:基于SRAP标记分析的姜花属杂交育种的亲本选择暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋
本过于远缘或过于近缘时,我们都必须考虑引入
桥梁亲本,以集合更多的优良性状。
白姜花因为具有较强的结籽能力和接近于该
属的亲缘关系中心,常作为桥梁亲本。除了与毛
姜花和唇凸姜花的相似系数仅为0灡1和0灡12外,
其余材料与白姜花的相似系数均高于0灡2。而与
毛姜花和唇凸姜花分别近缘的种小毛姜花和滇姜
花均可与白姜花杂交结实,白姜花可以通过与毛
姜花和小毛姜花及唇凸姜花和滇姜花的杂交种获
得两个它们的性状,所以通过用白姜花作母本,
可以将所有材料联系起来。另外,以白姜花作母
本也是符合性状搭配的,因为该属中花序覆瓦状
排列的种是非常少的,常见的仅有白姜花、黄姜
花和峨眉姜花,选用白姜花作母本兼顾了性状搭
配中最重要的花序排列方式的组合;白姜花香气
浓郁,也符合育种目标之二的香气育种。由此,
可以确定姜花属育种中的亲本选择策略,以白姜
花为中心,与白姜花过于远缘的种先与其近缘种
杂交,再与白姜花杂交。符合性状组合,亲缘关
系又不太远的种间也可以直接杂交。
暡参暋考暋文暋献暢
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