杜鹃花杂交子代花朵表型优良单株的筛选方法及应用

技术领域

本发明涉及植物育种领域，具体而言，涉及一种杜鹃花杂交子代花朵表型优良单株的数字化筛选方法及应用。

背景技术

优良单株是指某些性状明显超过相同条件下同龄其他个体的植株。按表型差异筛选获得的优良单株其性状是可以遗传的，因此优良单株筛选在植物遗传育种领域具有重要作用。花朵是园艺植物的重要生物学特征，是优良单株筛选的一项重要观测点，其大小、数量、花色、花香、花型、花期、花瓣结构等诸多表型是影响园艺植物观赏价值的重要指标，也是植物育种领域优良遗传资源的重要来源。

植物优良单株的筛选指标通常包括冠幅、冠厚、冠形、叶片重量、叶片大小、单位面积着花量、花朵重量等诸多指标。对于园艺观赏植物来说，花朵表型是诸多筛选指标中最重要的一个。对于少量园艺植株个体而言，可以借助观察法与测量法筛选花朵性状优良单株。然而对于大量园艺植株个体来说，鉴于花朵表型指标多，各指标间变化无规律，单纯依靠观察法和测量法无法满足实际工作需要，因此迫切需要建立一种更加准确、快速、高效的针对花朵表型的优良单株筛选方法。

杜鹃花是杜鹃花科(Ericaceae)杜鹃属(Rhododendron)植物的统称，是我国知名观赏花卉，位居中国十大名花座次之六，享“繁花似锦”之美誉。据报道，我国杜鹃花属植物超过600余种，该属植物的花因种类繁多、形态多样、颜色丰富、色泽艳丽而蜚声中外，具有很高的观赏价值和商业价值。不同种属杜鹃花种间杂交育种是杜鹃花新品种培育的经典方法，其杂交子代植株的花朵表型非常丰富，单就颜色一项而言，就有大红、玫红、粉红、橙红、色彩斑点、色彩条纹、色彩勾边、单瓣、重瓣等许多类型，再加上花瓣、花梗、雄蕊、雌蕊等结构差异，使得杂交子代花朵表型优良单株的筛选难度很大。

发明内容

本发明要解决的其中一个技术问题是提供一种杜鹃花杂交子代花朵表型优良单株的筛选方法，以解决常规方法杂交子代的表型丰富而造成杂交子代花朵表型优良单株的筛选难度很大的问题。

为解决上述问题，本发明提供了一种杜鹃花杂交子代花朵表型优良单株的筛选方法，包括以下步骤：

S1：品种收集：将杜鹃花进行杂交后得到杂交子代；

S2：数据收集：收集待筛选的杜鹃花的形态学数据，分别测定杜鹃花各杂交子代的数量性状和质量性状；所述数量形状包括：花瓣数目、花瓣大小、花梗长度、花冠裂片长度和花冠裂片宽度；所述质量性状包括：萼片有无、萼片颜色、萼片是否瓣化、花冠大小、花冠类型、花冠裂片颜色、花冠裂片内纹饰形态、花瓣形态、雄蕊是否瓣化、雄蕊与雌蕊相对高度、雌蕊是否瓣化；

S3：计算：按照下列公式计算所述质量性状、数量性状的变异系数：

所述数量性状的指标统计包括以下参数：最大值、最小值、平均值、标准差、方差、标准误；所述质量性状指标统计如下参数：有无、类型、颜色、饰纹、瓣化、雄蕊雌蕊；其中，σ为标准差，μ为平均值，依据结果将变异程度分为三级：较低(0-10％)、中等(10-20％)、较高(>20％)，将Cv值为较高的单株筛选出，完成筛选。

作为优选的方案，所述步骤S2中，所述花瓣数目、花瓣大小、花梗长度、花冠裂片长度和花冠裂片宽度的参数均为长度，单位为cm。

作为优选的方案，所述步骤S2中，所述萼片有无、萼片是否瓣化、雄蕊是否瓣化、雌蕊是否瓣化的参数为是/否，其中，是代表1，否代表2。

作为优选的方案，所述步骤S2中，所述萼片颜色、花冠大小、花冠类型、花冠裂片颜色、花冠裂片内纹饰形态、花瓣形态、雄蕊与雌蕊相对高度的参数为多元性状；其中，萼片颜色的参数包括：1白绿、2绿色、3褐红色、4无；花冠大小的参数包括：1＜1.5-2cm、2 2-3cm、33-4cm、4 4-5.5cm、5＞6.0cm；花冠类型的参数包括：1单瓣、2重瓣、3半重瓣套筒、4半重瓣、5套筒；花冠裂片颜色的参数包括：1红色、2玫红色、3粉色、4白色；花冠裂片内纹饰形态的参数包括：1无、2斑点、3条纹、4斑块；花瓣形态的参数包括：1倒卵形、2卵形、3阔椭圆、4椭圆、5窄椭圆；雄蕊与雌蕊相对高度的参数包括：1长于、2近等长、3短于、4无。

上述参数及其赋值标准具体如下表所示：

表1：杜鹃花的形态学性状及其赋值标准

本发明要解决的其中一个技术问题是，提供一种杜鹃花杂交子代花朵表型优良单株的多样性计算方法，以弥补常规方法没有建立杜鹃花杂交子代花朵表型优良单株的多样性计算体系的空缺。

为了解决上述问题，本发明提供了一种杜鹃花杂交子代花朵表型优良单株的多样性计算方法，所述多样性计算方法采用权利要求1-4任一项所述筛选方法筛选得到的参数，所述计算的公式为：

其中：ni表示第i个性状；N表示研究对象中所有的性状总数；Pi＝ni/N，表示第i个性状出现的频率；Ln标示自然对数，筛选H’与Cv数值。

本发明要解决的另一个技术问题是，提供一种杜鹃花杂交子代花朵表型优良单株的筛选方法的应用，所述应用包括将权利要求1-4任一项所述筛选方法应用在其他园艺花卉植物杂交子代优良单株筛选研究中。

与现有技术相比，本发明具有以下优点及有益效果：

本发明以白色比利时杜鹃与粉色晚霞杜鹃杂交子代的株杜鹃花为研究材料，通过对与花朵性状相关的个数量、质量指标设定，利用统计学方法计算各性状指标之间的相关性，在此基础上通过对变异系数(Cv)和Shannon-Wiener多样性指数(H′)的分析，借助热图、聚类分析图谱，确定了一种杜鹃花杂交子代花朵表型优良单株的数字化筛选方法。

本发明提供了一种准确、快速、高效的杜鹃花杂交子代花朵表型优良单株的数字化筛选方法，填补了包括杜鹃花在内的园艺植物花卉杂交子代筛选技术的空缺，在花卉新种质创制和新品种培育研究领域具有重要的应用价值。

附图说明

图1为杂交子代花瓣和亲本花瓣谱系图；

图2为杂交子代花瓣数量性状与质量性状热图；

图3为杂交子代花瓣数量性状与质量性状聚类图。

具体实施方式

下面将对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面通过具体实施方式结合附图对本发明做详细具体的进一步说明。

实施例：

杂交子代及花朵性状的确认

以种植于宁波北仑万景杜鹃良种园内的白色比利时(Rhododendron hybridumHort.)(♂)和粉色晚霞(Rhododendron pulchurum‘WanXia’)(♀)的61株杂交子代的花瓣为研究对象。白色比利时杜鹃(Rhododendron hybridum Hort.)(♂)是世界盆栽花卉生产的主要种类之一，花朵白色；粉色晚霞杜鹃(Rhododendron pulchurum‘WanXia’)(♀)是一种喜光，喜温，喜湿的植物，花朵为重瓣且较大，花色一般为桃红色。两种杜鹃花均为具有较高观赏价值的园艺花卉。

杂交子代花朵的采摘

亲本杂交实验于2017年1月在中国宁波北仑万景杜鹃良种园内进行。2020年5月在温室中获得61株植株。2021年4月中旬，采集杂交子代植株的花朵，以花朵颜色分组，其中红色组16株、玫红色组14株、粉色组10株、白色组21株(图1)。

杂交子代花瓣性状观察与测定

1.数量性状测定：测定5个数量性状，具体包括：用计数器测量花瓣数目，用叶面积仪测量花瓣大小，用叶面积仪测量花瓣的花梗长度、花冠裂片长和花冠裂片宽度。

2.质量性状的观察：依照《中华人民共和国林业行业标准》LY/T1852-2009中对性状描述及赋值，观察杂交子代植株花瓣的11个质量性状，具体包括：萼片有无、萼片颜色、萼片是否瓣化、花冠大小、花冠类型、花冠裂片颜色、花冠裂片内纹饰形态、花瓣形态、雄蕊是否瓣化、雄蕊与雌蕊相对高度、雌蕊是否瓣化。

上述参数及其赋值标准具体如下表1所示：

表1：杜鹃花的形态学性状及其赋值标准

数量性状与质量性状的相关性分析

借助SPSS 25.0和Origin 2018对花朵的数量性状和质量性状做相关性分析，结果如表2所示。正值表示性状间正相关，负值表示性状间负相关。

表2杂交子代花瓣质量性状和数量性状相关性分析

注：*p＜0.05，显著性差异；**p＜0.01，极显著性差异。

杂交子代花瓣表型性状间相关性分析表明，各表型性状间关联性高度复杂，质量性状与数量性状多存在负相关关系。其中，花梗长度与花冠裂片长度(p＜0.05)、萼片有无(p＜0.05)、花冠裂片颜色(p＜0.01)和花冠裂片内纹饰形态(p＜0.05)呈显著性负相关关系，与萼片是否瓣化(p＜0.05)和花瓣形态(p＜0.05)呈显著性正相关关系；花瓣数目与雄蕊是否瓣化(p＜0.01)呈显著性负相关关系，与花瓣形态(p＜0.01)呈显著性正相关关系；花冠裂片长与花冠裂片宽度(p＜0.01)、花冠长(p＜0.05)、花冠大小(p＜0.01)和雄蕊是否瓣化(p<0.01)呈显著性正相关关系，与雌蕊与雄蕊相对高度(p<0.01)呈显著性负相关关系；花冠裂片宽度与雌蕊与雄蕊相对高度(p<0.01)呈显著性负相关关系；花冠长与花冠大小(p<0.01)呈显著性正相关关系；萼片有无与萼片是否瓣化(p<0.01)和雄蕊是否瓣化(p<0.05)呈显著性负相关关系，与萼片颜色(p<0.01)和花冠裂片内纹饰形态(p<0.05)呈显著性正相关关系；萼片颜色与萼片是否瓣化(p<0.01)呈显著性负相关关系，与花冠裂片内纹饰形态(p<0.05)呈显著性正相关关系；萼片是否瓣化与花冠裂片内纹饰形态(p<0.05)呈显著性负相关关系，与雄蕊是否瓣化(p<0.05)呈显著性正相关关系；花冠裂片颜色与花冠裂片内纹饰形态(p<0.01)和雌蕊是否瓣化(p<0.05)呈显著性正相关关系；花瓣形态与雄蕊是否瓣化(p<0.01)和雌蕊是否瓣化(p<0.01)呈显著性负相关关系，与雌蕊与雄蕊相对高度(p<0.05)呈显著性正相关；雌蕊与雄蕊相对高度与雌蕊是否瓣化(p<0.01)呈显著性负相关(表2)。

杂交子代数量性状的最大值、最小值、平均值、标准差、方差、标准误的测量与计算，以及变异系数、多样性指数(H′)的计算

通过测量与统计计算获得数量性状的最大值、最小值、平均值、标准差、方差、标准误的结果。Cv和H′的计算分别参考如下公式：

其中，σ为标准差，μ为平均值。依据结果将变异程度分为三级：较低(0-10％)、中等(10-20％)、较高(>20％)。

其中：ni表示第i个性状；N表示研究对象中所有的性状总数；Pi＝ni/N，表示第i个性状出现的频率；Ln标示自然对数。

结果表明，61株杂交子代花瓣5个数量性状遗传多样性指数差异较大。Shannon-Wiener多样性指数(H′)的变化范围在1.057-1.638之间，平均值为1.298。其中花冠裂片长多样性指数(1.638)最大，其余各性状遗传多样性指数按照由高到低的顺序排列，分别为：花冠裂片长(1.638)>花冠大小(1.615)>花梗长度(1.098)>花冠裂片宽度(1.080)>花瓣数目(1.057)。杂交子代花瓣数量性状H′绝大多数高于质量性状，说明其数量性状变异范围更大。5个数量性状的变异系数较大，均超过10％，其中花瓣的数目系数(0.49)最大，其次是花梗长度(0.20)，另有2个数量性状变异程度较高，在20％以上，3个数量性状变异程度中等，在10％-20％之间。

杂交子代花瓣数量性状多样性水平较高，具有丰富的变异。综合质量性状和数量性状的统计分析，杂交子代花瓣单株间各性状差异较大，杂交子代植株花瓣种质资源的遗传背景较丰富，可以为杂交子代杜鹃花优良单株提供优良种质基础(表3)。

表3杂交子代花瓣数量性状遗传多样性指数分析

杂交子代质量性状频次分布与Shannon-Wiener多样性指数(H′)测定

质量性状频次与多样性指数(H′)的计算参照如下公式：

其中：ni表示第i个性状；N表示研究对象中所有的性状总数；Pi＝ni/N，表示第i个性状出现的频率；Ln标示自然对数。

结果表明，61株杂交子代花瓣11个质量性状表现出不同程度的变异，各个性状的变异类型频率分布各不相同。Shannon-Wiener多样性指数(H

表4杂交子代花瓣质量性状遗传多样性指数分析

聚类分析与热图的数字化图谱制作

利用SPSS 25.0软件计算欧式距离，利用系统聚类WPGMA法对杂交后代花瓣61株16个农艺表型性状进行聚类分析。借助Heatmap软件绘制热图。

结果表明，61株杂交子代花瓣16个性状进行聚类分析，52号粉红色杂交子代与其他单株植物的遗传距离最大，由于其特定的表型特征，首先以欧氏距离分开，并单独归为一类。当阈值为5-16时，61种杂交子代单株可分为五类，其中四类为小类群。第一类是52号粉色杂交子代与其他杂交子代在花瓣数上有较大的差异，可以为新品种的选育提供育种材料。第二类包括2号、5号、9号、11号、14号、28号、35号、36号、43号、48号、49号和50号杂交子代。第三类包括12号、23号、40号、41号、45号、46号、47号、53号、54号、56号、58号、59号、60号和61号杂交子代，第四类包括3号、4号、7号、13号、17号、20号、25号、26号、29号和33号杂交子代，第五类包括1号、6号、8号、10号、16号、15号、18号、19号和33号。18、19、21、22、24、27、30、31、32、34、37、38、39、42、44、51、55和57号杂种子代。花瓣数目与杂交子代的聚类结果有较强的相关性。第一类52号粉红色的花瓣数为39片，第二类为4-8片，第三类为15-27片，第四类为5-22片(如图2所示)。

热图分析表明，筛选出花瓣数最多的52号粉色杂交子代杜鹃花，花梗长度最长的58号粉色杂交子代杜鹃，花冠裂片长度最长与宽度最宽的36号红色杂交子代杜鹃花，花冠大小最大的43号红色杂交子代杜鹃花等4株为花朵性状优良单株(如图3所示)。

上述实施例也是进一步地说明了，本发明提供的杜鹃花杂交子代花朵表型优良单株的筛选方法能够有效筛选得到优良单株的杜鹃花杂交子代。

本发明上述实施例涉及到的材料和实验设备，如无特别说明，均为符合市售产品。以上就本发明的实施例作了说明，但不能理解为是对权利要求的限制，凡在本发明独立要求的保护范围内所作的各种变化均在本发明的保护范围内。

虽然本公开披露如上，但本公开的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员，在不脱离本公开的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本发明的保护范围。