软枣猕猴桃的繁育系统与杂交授粉

Breeding system and hybrid pollination of Actinidia arguta

摘要

以软枣猕猴桃（Actinidia arguta）雌雄株为试验材料，对其花部形态和开花动态等繁育系统相关特征进行研究，同时以软枣猕猴桃雌雄株作为母本和父本，分别与中华猕猴桃（Actinidia chinensis）和美味猕猴桃（Actinidia deliciosa）进行人工杂交授粉试验。研究结果表明：软枣猕猴桃种群花期11~13 d，雌雄花单花花期4~5 d；雄花明显大于雌花，雄花雄蕊数约为雌花的3~4倍，开度约为雌花的1.5~2倍；雌花柱头可授性在开花后24~48 h较强，雄花的花药在花蕾打开时就开始散粉。软枣猕猴桃不存在无融合生殖，与毛花猕猴桃（Actinidia eriantha）杂交不亲和，与美味猕猴桃杂交亲和性较高。因此，生产中可以用美味猕猴桃雄株花粉为软枣猕猴桃授粉。

Abstract

The morphological characteristics and flowering dynamics of the breeding system of Actinidia arguta were studied. The female and male of A. arguta were pollinated with A. chinensis and A. deliciosa respectively. The results are as follows： the flowering period of A. arguta population is 11-13 days， and the single flowering period of male and female flowers is 4-5 days； male flowers are significantly larger than female flowers， with an opening of about 1.5-2 times that of female flower， and the number of stamens in the male flower is 3-4 times that of the female flower； the receptivity of female flower stigma is stronger 24-48 h after flowering， and the anthers of male flowers begin to disperse when the flower buds open. There is no apomixis in A. arguta， which has high compatibility with A. deliciosa， but is incompatible with A. eriantha. Therefore， the male plant pollen of A. deliciosa can also be used to pollinate A. arguta in production.

Graphical abstract

关键词

软枣猕猴桃 / 形态特征 / 种间杂交 / 繁育系统

Key words

Actinidia arguta / morphological characteristic / interspecific hybridization / breeding system

0 引 言

软枣猕猴桃（Actinidia arguta）在我国东北、华北、西北、长江流域以及日本、朝鲜半岛、俄罗斯远东地区均有分布^［1］。软枣猕猴桃果实无毛，风味独特，具有丰富的营养和药用价值^［2，3］，现有的软枣猕猴桃系列品种绿佳人、丹阳、魁绿等十多种主要是从野生资源中选育而来^［4~6］。除野生资源将继续成为软枣猕猴桃育种的主要方式外，通过种间杂交育种，有助于提升果实的品质和商品性^［7］。国外对软枣猕猴桃开发利用时间较早，主要种植在新西兰、美国和意大利、日本等国，截至目前全世界各国选育的软枣猕猴桃品种达七十余种^［7~11］。而我国对软枣猕猴桃品种的选育工作开始于20世纪60年代，大多数研究集中在中华猕猴桃（Actinidia chinensis）、美味猕猴桃（Actinidia deliciosa）系列品种的选育，其他种类之间的杂交育种相对较少^{［12，13］}。

猕猴桃属（Actinidia）植物为雌雄异株、异花授粉，繁育系统以生殖为核心，主要包括花形态特征、开花动态、授粉方式、各花器官的寿命及交配系统等，因此，繁育系统研究是开展杂交授粉的基础^{［14，15］}。野生金花猕猴桃（Actinidia chrysantha）的繁殖生物学研究表明，金花猕猴桃为虫媒和风媒共同授粉，风媒传粉效果较好^［16］。目前栽培种植的猕猴桃主要通过人工方式授粉。花作为植物的繁育器官，现有的研究很少关注猕猴桃的繁育系统，尤其是雌雄花的形态特征及其差异、授粉方式等。因此，本研究希望通过对软枣猕猴桃花的形态特征、开花动态、无融合生殖和杂交授粉等进行研究，为下一步软枣猕猴桃育种及生产实践提供指导。

1 材料与方法

1.1 植物材料

实验所在地位于陕西省西安市周至县陕西佰瑞猕猴桃研究院有限公司，实验材料均采自该公司种质资源圃收集的软枣猕猴桃雌雄株（雌株紫玉，雄株紫花）、毛花猕猴桃雌雄株（雌株华特，雄株毛花）、美味猕猴桃雌雄株（雌株为瑞玉，雄株为609）和中华猕猴桃雌雄株（雌株为璞玉，雄株为磨山4号）。实验分别于2020年4月—2020年9月和2021年4月—2021年9月进行。

1.2 实验方法

1.2.1 花形态特征测量

分别随机选取软枣猕猴桃雌雄株完全开放的花20朵，测量并记录花开度、花瓣数、雄蕊数、雌蕊数（雌花），然后从每朵花中随机选取花瓣、花萼、雌蕊（雌花）、雄蕊各3枚，测量并记录花瓣长宽、花萼长宽、雄蕊长、雌蕊长、子房宽高、花药长宽、花丝长，并在解剖镜下统计子房胚珠数。

1.2.2 开花动态观察

开花动态观察参照Dafni（1992）的标准^［17］，选取软枣猕猴桃雌雄株各5株，每个个体选择10~15朵发育一致的花蕾，待花蕾开放，每天早晚各观察一次花部器官开放的状态，记录从花蕾开放到花朵完全枯萎过程中花瓣、花萼颜色变化、花药变化、柱头变化以及花器官脱落的先后顺序等。花粉活力与柱头可授测定参考Dafni（1992）中的方法：花粉活力采用离体萌发法，待花药开裂后将一枚花药的花粉置于10 mg/L的硼酸溶液的培养皿中培养24~48 h，观察花粉管的生长状况。柱头可授性测定采集不同花期的雌花，将柱头浸在加有联苯胺⁃过氧化氢反应液（V_1%联苯胺∶V_{3%过氧化氢}：V_水=4∶11∶22）凹面载玻片，30 min后在解剖镜下观察柱头的染色情况，颜色越深可授性越强。

1.2.3 人工授粉

人工授粉实验选择1个对照组、4个杂交组、3个无融合生殖组进行检验。父本在花蕾期套袋隔离，待花刚开始开放时收集花粉。在树冠不同部位的开花枝条，选取发育一致的花蕾套袋作为母本，待花蕾完全开放当天授各杂交组花粉，每种组合授粉花朵数30朵。

对照组：软枣猕猴桃雌×软枣猕猴桃雄；

杂交组：以软枣猕猴桃为母本：软枣猕猴桃雌×中华猕猴桃雄，软枣猕猴桃雌×美味猕猴桃雄，软枣猕猴桃雌×毛花猕猴桃雄。以软枣为猕猴桃父本：中华猕猴桃雌×软枣猕猴桃雄，美味猕猴桃雌×软枣猕猴桃雄，毛花猕猴桃雌×软枣猕猴桃雄。

无融合生殖组：软枣猕猴桃雌花蕾期套袋。

1.2.4 果实形态测量

① 单果重测定：随机选取每个杂交品种的猕猴桃果实各20枚，采用1/100的赛多利斯电子天平称取单果重。

② 横径的测量：采用电子游标卡尺测量果实最大横径处并读取数值。

③ 纵径的测量：采用电子游标卡尺测量果实果柄基部到顶端并读取数值。（果形指数=纵径/横径）。

④ 果实糖度的测定：用糖度计测量果实的含糖量并读取数值。

⑤ 种子数的统计与收集：随机选取每个杂交品种的猕猴桃果实各10枚，去除果肉，漂洗出种子，统计其种子数量。结籽率计算（结籽率=种子数/胚珠数），并将种子自然阴干，装入纸袋中放置到冰箱，冷藏备用。

1.2.5 种子萌发

① 计算种子千粒重：选取100粒种子用1/10000电子天平进行称重，重复8次，取平均值，计算出百粒重，再折算出千粒重。

② 种子萌发：将之前保存好的种子取出，先用次氯酸钠对种子灭菌消毒，蒸馏水冲洗种子4至5次，用配置好的250 ppm赤霉素处理种子5 h，选取出100粒饱满的种子进行发芽试验。将种子放置在铺有湿润滤纸的培养皿中，然后将培养皿放置在25 ℃培养箱进行培养，定期喷洒蒸馏水以保持水分，每24 h观察一次，统计各组种子萌发所用时间，计算各组种子的萌芽率。

1.3 数据统计与分析

采用EXCEL进行数据统计，SPSS 18.0对数据进行方差分析。

2 结果分析

2.1 软枣猕猴桃花形态特征

软枣猕猴桃雌雄异株，二歧聚伞花序，雌花开度20.09~27.91 mm；萼片在花蕾时期和凋落时期紫红色，盛开状态颜色较浅，4~5枚，长4.15~7.09 mm，宽2.60~4.30 mm；花瓣白色，5~6枚，长9.81~12.37 mm，宽6.69~9.30 mm；雄蕊30~46枚，长2.43~4.66 mm；花丝白色，基部淡绿色，长1.47~2.97 mm；花药黑色，长1.54~2.07 mm，宽0.56~1.00 mm；雌蕊白色，16~22枚，长3.18~4.80 mm；子房瓶状，绿色无毛，高5.24~7.81 mm，宽2.90~3.72 mm；胚珠121~204枚（表1，图1A，1B）。

软枣猕猴桃雄花开度33.91~48.46 mm；萼片绿色，4~6枚，长4.88~9.75 mm，宽4.10~8.80 mm；花瓣白色，5~10枚，长15.11~23.27 mm，宽9.60~20.95 mm。雄蕊97~166枚，长8.22~14.52 mm；花丝白绿色，长4.09~6.93 mm；花药黄绿色，长1.36~3.81 mm，宽0.41~1.06 mm（表1，图1C，1D）。

软枣猕猴桃雌雄花之间雄花开度、花萼数、花萼长宽、花瓣数、花瓣长宽、雄蕊数、雄蕊长、花药长宽、花丝长均显著大于雌花，雄花开度约为雌花开度的1.5~2倍，雄花花瓣长宽约为雌花2倍，雄花雄蕊数约为雌花雄的3~4倍，雄花雄蕊长约为雌花的3~4倍，雄花花药长、花丝长约为雌花的2倍。综上所述，软枣猕猴桃雄花形态大于雌花形态（表1）。

2.2 软枣猕猴桃开花动态观察

软枣猕猴桃雌花花期4月22日-4月23日开始至5月3日-5月4日结束，雄花花期5月1日-5月2日开始至5月11日-5月12日结束，种群花期持续10~11天左右，单花花期4~5天。软枣猕猴桃雌花在花蕾时期，花瓣浅绿色，花萼紫红色，光滑无毛（图2A），花瓣蓬松（图2B）；1~2天后花瓣逐渐打开到完全开放，可见雌蕊和雄蕊，雌蕊高于雄蕊，花柱平行，柱头可授性增强，花药黄色，开始散粉（图2C，2D），但花粉不能萌发；2~3天后，花瓣边缘开始枯黄萎缩，全部花药散粉（图2E），4~5天左右，花瓣和雄蕊完全凋落，子房开始变红（图2E），花萼宿存。

软枣猕猴桃雄花在花蕾时期，花萼绿色被毛，花瓣绿白色（图3A）；花瓣蓬松（图3B），1~2天后花瓣逐渐打开到完全开放，花瓣白色，边缘褶皱，花萼无明显变化，花半开状态时，花药黄绿色，部分雄蕊花药开裂（图3C，3D）；3~4天后，花瓣变黄并向后翻转，全部花药开裂（图3E）；5天左右，花瓣边缘开始枯黄萎缩，雄蕊和花瓣等全部开始脱落（图3F）。

2.3 软枣猕猴桃杂交授粉亲和性

以软枣猕猴桃为母本与中华猕猴桃雄株杂交授粉不能结实，与美味猕猴桃雄株杂交授粉的结实率为80%；以软枣猕猴桃为父本与中华猕猴桃雌株杂交授粉的结实率为75%，与美味猕猴桃雌株杂交授粉的结实率为95%；与毛花猕猴桃雌雄株杂交则均不能结实；并且软枣猕猴桃不具无融合生殖现象，而中华猕猴桃和美味猕猴桃不授粉能够正常结实（表2）。

软枣猕猴桃雄株与中华猕猴桃雌株和美味猕猴桃雌株杂交果实的重量、横纵直径、含糖量都显著大于对照组，并且与中华猕猴桃雌株杂交授粉后果实的重量显著大于与美味猕猴桃雌株杂交。软猕猴雌株与美味猕猴桃雌株杂交果实与对照组果实的单果重、横纵径、含糖量相比差异均不显著（表3）。

中华猕猴桃雌株与软枣猕猴桃雄株杂交授粉后果实结籽率最低，种子数最少，平均为16枚，显著小于对照组；并且各杂交组果实结籽率均小于对照组果实的结籽率；所有杂交组合种子均能发芽，但发芽率整体都较低（表4），这可能是受种子质量、培养环境等因素影响，需进一步开展相关研究。

3 讨 论

我国具有丰富的猕猴桃物种及种质资源，为研究猕猴桃育种提供了材料。许多研究都是关于猕猴桃品种选育、果实品质及栽培种植方面^［7］。猕猴桃属植物为雌雄异株植物，为典型异花授粉，未见关于猕猴桃繁育系统相关特征研究报道，本研究对三种猕猴桃的无融合生殖检验发现，软枣猕猴桃不存在无融合生殖现象，而中华猕猴桃和美味猕猴桃不授粉可以结实，并具有较高的结实率。

关于猕猴桃花形态特征研究方面，对18个猕猴桃优良品种雌花形态进行比较，认为中华猕猴桃的花略小于美味猕猴桃，且花形态大小不仅与品种有关，可能还与染色体的倍性有关^［18］。研究认为，软枣猕猴桃花瓣顶部褶皱度极轻，花瓣近轴侧为单色，内侧主色为绿白色^［6］。本研究对软枣猕猴桃雌雄花的对比研究发现，软枣猕猴桃雄花显著大于雌花，雄蕊数量也显著多于雌花，除花药宽无明显差异外，其他花器官均显著大于雌花。

猕猴桃自然授粉很难达到高产，在农业生产中需通过人工授粉技术，才能提高产量。近年来，猕猴桃的杂交选育研究大多集中在中华猕猴桃、美味猕猴桃之间的种间杂交，其他种类之间的杂交相对较少^［12］。研究发现美味猕猴桃与长果猕猴桃杂交坐果率低，具有一定程度的杂交不亲和性^［19］。对中华猕猴桃和软枣猕猴桃品质测定，为筛选种间杂交亲本奠定了理论基础。我国野生品种软枣猕猴桃的果实较小，并且对软枣猕猴桃与其他种猕猴桃进行种间杂交报道甚少，本试验选取软枣猕猴桃分别作为母本和父本与中华猕猴桃和美味猕猴桃进行杂交，发现软枣猕猴桃与中华猕猴桃和美味猕猴桃存在一定的杂交亲和性，此结论可为农业生产杂交选育培育新品种提供理论指导，提升育种质量。

4 结 论

软枣猕猴桃为雌雄异株植物，种群花期11~13天，雌雄花单花花期4~5天；花萼4~6枚，花瓣5~10枚，雄花雄蕊数约为雌花的3~4倍；雄花显著大于雌花，雄花开度约为雌花的1.5~2倍，雄花开度33.91~48.46 mm，雌花开度20.09~27.91 mm；软枣猕猴胚株数为121~204枚，软枣猕猴雌花柱头可授性在开花后24~48 h较强，雄花的花药在花蕾打开时就开始散粉；本研究首次对软枣猕猴桃、美味猕猴桃和中华猕猴桃进行无融合生殖检验，软枣猕猴桃不能进行无融合生殖，而中华猕猴桃和美味猕猴桃不授粉则能够结实。

四种猕猴桃杂交授粉实验表明：以软枣猕猴桃为母本，与中华猕猴桃杂交不具有亲和性，与美味猕猴桃杂交亲和性较高；以中华猕猴桃和美味猕猴桃为母本，与软枣猕猴桃杂交亲和性均较高；但与毛花猕猴桃杂交授粉不能结实，并且各杂交组合结籽率都显著小于对照组果实的结籽率，各组种子发芽率也不高，可能受种子质量、培养环境等因素影响，需要进一步研究。

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基金资助

国家重点研发计划项目(2019YFD1000800)

陕西省重点研发计划项目(2023YBNY004)

陕西省重点研发计划项目(2021NY108)

西安文理学院三年行动计划项目(21XJZZ0001-12)

“互联网+”大学生创新创业大赛(02211080017)

“互联网+”大学生创新创业大赛(DX2021032)

“互联网+”大学生创新创业大赛(DC202297)