以‘凤丹白’为母本的杂交及其育种潜力分析

对药用和油用牡丹品种‘凤丹白’自交亲和性进行验证的同时,对其育性以及育种潜力进行研究。分别于2008年、2009年、2011年以‘凤丹白’为母本与中原牡丹、日本牡丹以及紫斑牡丹进行了大量杂交,共设置57个杂交组合,授粉2023朵花,获得43508粒杂交种子。结果表明:1)‘凤丹白’自然授粉结实率高(19.13粒/朵),且明显高于自花授粉结实率(0.4粒/朵),属于异花授粉植物,且不存在无融合生殖现象;2)‘凤丹白’与中原牡丹、日本牡丹、紫斑牡丹杂交结实率(18.44、23.84、26.62粒/朵)均较高,表明‘凤丹白’的杂交亲和性较强;3)结实率受父本花型影响,皇冠型最低(10.42粒/朵)且与其他花型存在极显著差异,这与雄蕊高度瓣化而花粉减少且生活力下降有关;4)‘凤丹白’与‘贵妃插翠’‘黑龙锦’等39个品种杂交结实率(33.33、35.89粒/朵等)高于其自然授粉结实率,对提高油用牡丹种子产量有重要参考价值。总之,‘凤丹白’的育性强、亲和性高,是一种育种潜力巨大的优良牡丹种质资源,值得进一步挖掘与利用。

氮磷钾平衡施肥对凤丹光合特性的影响

为探究氮磷钾平衡施肥对油用牡丹光合特性的影响,建立氮磷钾平衡施肥对油用牡丹净光合速率的函数模型,模拟出油用牡丹的氮磷钾施肥最优组合方案。以油用牡丹品种凤丹为材料,采用311-A拟饱和最优回归设计,研究不同氮、磷、钾施肥处理对凤丹盛花期光合特性的影响,建立凤丹盛花期的净光合速率氮磷钾平衡施肥效应函数模型。结果表明,凤丹盛花期的净光合速率与氮磷钾肥施用量之间回归关系显著,并具有高度相关关系。所有施肥处理的净光合速率均显著高于对照,氮磷钾三因素、两因素配施对凤丹盛花期净光合速率均具有显著影响,氮磷钾3种肥料的影响作用大小顺序为钾肥>氮肥>磷肥。通过模型寻优获得最高净光合速率对应的氮磷钾最佳施肥组合为N 502.52 kg·hm-2,P2O5179.42 kg·hm-2,K2O 174.79 kg·hm-2,拟合的最大净光合速率为16.398μmol·m-2·s-1。本研究建立的施肥效应函数模型能够用于预测凤丹盛花期的光合能力,帮助改善其光合特性,对于高光效凤丹品种的生产具有重要意义。

凤丹牡丹ANS(PoANS)基因克隆、特性及表达

通过RT-PCR技术,从凤丹牡丹花瓣中克隆出编码ANS基因的c DNA序列,并对其进行生物信息学分析。对不同开花阶段的凤丹花瓣进行实时荧光定量及总花青素质量分数测定,构建原核表达载体PET-28aANS,并转化大肠杆菌BL21感受态,经IPTG诱导进行体外表达。结果表明:该序列编码区域共1 065 bp,编码354个氨基酸,其蛋白相对分子质量为40 475.5,亚细胞定位为细胞质的可能性最大;表达分析显示,ANS基因表达水平与不同开花时期的总花青素质量分数及花色相关,原核表达得到相对分子质量约为44 000的ANS-His-tag融合蛋白,与预测蛋白大小相一致。

秦岭地区‘凤丹’牡丹居群果期相关性状的表型多样性研究

为了解位于陕西境内秦岭地区的‘凤丹’牡丹居群果期相关性状的表型多样性变异,对8个居群的叶、果的8个质量性状和14个数量性状进行了系统观察。结果表明:‘凤丹’牡丹株形在居群间与居群内均存在变异,而分枝类型、新枝颜色、叶形、果实颜色等仅在居群间存在明显变异,居群内趋于一致性;数量性状上,除单果荚长度外其他均在居群间和居群内存在显著差异。8个居群间不同数量性状的平均变异系数存在一定差异,其中坐果量、单果内种子数、单果荚长度变异较大,单果荚宽度、种子径长变异较小。分析环境因素与所选性状的相关性可知,‘凤丹’牡丹的单果内种子数对纬度存在极显著的负相关,与年均温存在极显著的正相关。

凤丹种子休眠特性研究

以凤丹种子(Paeonia ostii)为试验材料,通过对凤丹种子种皮透水性、种胚形态和生活力、种子内源抑制物质活性的测定,研究凤丹种子休眠特性。结果表明:凤丹种皮降低种子吸水速度,但不影响最终吸水率,完整种子浸种56h种子吸水基本达到饱和,对凤丹种皮进行酸蚀或去皮处理不会提高萌发率,凤丹种皮不是休眠的主要原因;成熟的凤丹种子生活力达95.6%,但种胚发育不完全,其需经过一定时间的层积,种胚才能不断生长分化,完成后熟;种皮和胚乳中含有的萌发抑制物质对白菜种子和自身种子萌发有显著抑制作用,且种皮和胚乳中的抑制物含量和种类不同;300mg·L-1的外源GA3能够有效提高凤丹种子萌发率。凤丹种子休眠是由于种胚发育不完全和生理后熟以及种子内存在抑制物质引起的综合休眠。

‘凤丹’牡丹组织培养研究

以‘凤丹’牡丹芽为材料,对其外植体消毒、褐化防治、组培苗扩繁和生根技术进行研究。结果表明:用75%酒精消毒30s,0.1%升汞消毒8min消毒效果最佳,外植体的污染率和成活率分别为32.31%和64.32%;其最适初代诱导和继代增殖培养基为MS+6-BA 1.0mg·L^(-1)+NAA0.2mg·L^(-1)和MS+6-BA 1.0mg·L^(-1)+NAA 0.2mg·L^(-1)+PIC(毒莠定,Picloram)1.0mg·L^(-1),增殖系数为4.84;生根培养基为1/2MS+CaCl2220mg·L^(-1)+IBA 3.0mg·L^(-1)+NAA0.5mg·L^(-1),生根率为74.30%;低温结合3mg·L^(-1)硝酸银培养可使褐化率降至29.15%。

CO_2浓度增高对盆栽牡丹品种‘凤丹白’生长及光合特性的影响

在开顶式塑料薄膜气室设施条件下,通过LI-6400便携式光合测定系统测定,研究4年生盆栽牡丹品种‘凤丹白’生长和叶片净光合速率对高CO2浓度的响应。结果表明:在各自生长环境下,处理组OTC1[(1000±100)μmol/mol CO2]和OTC2[(700±100)μmol/mol CO2]的净光合速率在整个处理期间均高于对照组CK[(400±50)μmol/mol CO2]。处理30d时日平均净光合速率,OTC1和OTC2分别比CK高125.78%、73.29%;处理60 d时,OTC1和OTC2分别比CK高135.34%、117.71%;处理90 d时,OTC1和OTC2分别比CK高261.10%、71.01%;处理120 d时,OTC1和OTC2分别比CK高239.49%、73.02%。生长量方面,处理60 d时,OTC1和OTC2的株高、单叶面积、基茎、株鲜质量、株干质量分别比CK增加8.61%、16.68%、2.56%、9.48%、9.63%和4.12%、6.35%、0.64%、5.56%、7.08%;处理120 d时,OTC1和OTC2的分别比CK增加8.41%、9.64%、2.50%、14.76%、9.20%和5.88%、12.90%、1.87%、10.52%、7.78%。CO2浓度增加,导致牡丹品种‘凤丹白’叶片气孔导度、蒸腾速率降低,水分利用率显著提高。

不同栽培条件下油用牡丹种子产量及含油率

为给油用牡丹生产提供理论依据,以凤丹牡丹为研究对象,连续4年定点观测了平原露地栽培、林下间作和旱薄山地露地栽培3种栽培条件下油用牡丹产量的变化情况,同时研究了不同郁闭度对林下间作的油用牡丹果实经济性状和含油率的影响,分析了影响油用牡丹产量的主要因素。结果表明:凤丹牡丹在平原露地和郁闭度0.4的女贞林下栽培,株行距0.3 m×0.6 m,栽后第4年,种子(含水量13%)单位面积产量分别为2 920.5和1 854.0 kg/hm2。凤丹牡丹在旱薄山地栽培,株行距0.5 m×0.6 m,栽后第5年,种子(含水量13%)单位面积产量2 292.0 kg/hm2。株行距为0.3 m×0.6 m或0.5 m×0.6 m时,凤丹牡丹栽后第4年即出现郁闭,牡丹植株达到郁闭后,油用牡丹种子年产量有逐年下降的趋势。露地栽培油用牡丹种子产量高于林下栽培。林下栽培时,乔木林郁闭度以0.3为最宜,乔木林郁闭度为0.6时,种植6 a的油用牡丹平均单株蓇葖果数量及平均单位面积产量分别比露地栽培下降44.96%和42.78%。不同郁闭度林下种植的油用牡丹种子含油率之间无显著差异,种子含油率范围为19.5%~21.9%。油用牡丹盛花期持续降雨会严重影响坐果率。

外源Ca^(2+)对油用牡丹凤丹白幼苗光合特性的影响

以凤丹白牡丹2年生幼苗为材料,研究钙元素对其叶片光合特性、叶绿素含量和植株生长情况的影响。结果表明,各处理凤丹白光合作用日变化曲线均呈"单峰型"。处理2即钙浓度为160mg/g时,叶片的日平均净光合速率和净光合速率峰值分别为10.60μmol(CO_2)·m^(-2)·s^(-1)和19.17,表观量子效率为0.075 1,叶绿素总含量为20.33mg/g,各指标均显著高于其他3个处理。因此160mg/g的钙浓度最有利于提高油用牡丹凤丹白的光合强度和合成有机物的能力,进而提高植株的干物质积累并促进植株生长。

‘凤丹’牡丹胚培养及褐化防治研究

以‘凤丹’牡丹种胚为试验材料,研究不同的外植体处理时间、激素配比、基本培养基、光照强度及不同成熟度的种胚对‘凤丹’牡丹胚培养的影响,并探究愈伤组织诱导过程中最佳的防褐方式。结果表明:‘凤丹’牡丹无菌体系建立过程中,种子用0.1%HgCl消毒8min时,其萌芽率最高,污染率、褐化率最低,为最佳消毒时间。胚培养过程中,最佳激素配比为0.5mg/L6-BA+0.1或0.2mg/LNAA;并以MS为基本培养基,光照强度为1000Lux时最适合种胚的生长;且以6月底采摘的幼嫩种子的种胚为试验材料时,萌芽率最高,污染率最低,可作为胚培养过程中的理想试材。防褐研究结果表明,AC与PVP均在不同程度上降低了愈伤组织的褐化率,其中PVP在2g/L的水平上愈伤组织出愈率最高,褐化率最低。

油用牡丹‘凤丹’主要传粉昆虫的传粉行为比较

【目的】显花植物大多具有多种传粉者,判断最有效传粉者的直接证据是对主要传粉者的传粉效率进行研究。‘凤丹’(Paeonia ostii‘Feng Dan’)为一种新型木本食用油料植物,繁育系统为部分自交亲和、异交,需要传粉者活动才能完成授粉过程。笔者对‘凤丹’居群的访花昆虫种类及其传粉行为进行研究,旨在查清‘凤丹’主要传粉昆虫种类及其传粉效率,为提高‘凤丹’结籽率、改善种子质量、加大栽培规模提供传粉生物学参考。【方法】采用定点调查法对‘凤丹’主要传粉昆虫及其访花频率、单花停留时间、访花时柱头接触率进行观测,采用跟踪调查法对主要传粉昆虫连续两次访花的飞行距离、访固定花朵数目时的被访植株数进行观测,通过田间采集与室内镜检对主要传粉昆虫体表携粉量与单次访花后柱头花粉落置量进行统计。【结果】‘凤丹’访花昆虫主要有蜂类、蚁类、甲虫类及蝇类共4个类群,主要传粉昆虫为意大利蜜蜂(Apis mellifera)、中华蜜蜂(A.cerana)与黄熊蜂(Bombus flavescens)。意大利蜜蜂与中华蜜蜂的访花行为相似。黄熊蜂的访花频率极显著高于意大利蜜蜂和中华蜜蜂的(P<0.01),单花停留时间极显著低于意大利蜜蜂和中华蜜蜂的(P<0.01);黄熊蜂的柱头接触率与意大利蜜蜂及中华蜜蜂的差异不显著。黄熊蜂的访花飞行距离极显著高于意大利蜜蜂和中华蜜蜂的(P<0.01),访固定花朵数目时的被访植株数极显著高于意大利蜜蜂和中华蜜蜂的(P<0.01),更能促进植株的异交授粉。黄熊蜂的体表携粉量极显著高于意大利蜜蜂和中华蜜蜂的(P<0.01),单次访花后柱头花粉落置量极显著高于意大利蜜蜂和中华蜜蜂的(P<0.01),花粉转移能力更高。【结论】黄熊蜂、意大利蜜蜂和中华蜜蜂均为‘凤丹’有效传粉昆虫,以黄熊蜂传粉效率最高,中华蜜蜂与意大利蜜蜂其次,二者具有相近传粉效率。

氮素形态对‘凤丹’表型性状、光合及产量的影响

【目的】研究不同氮素形态配比对油用牡丹‘凤丹’(Paeonia ostii‘Feng Dan’)表型性状、光合特性及其籽粒产量的影响,确定氮素形态最佳配比,促进高产高效科学施肥。【方法】采用铵态氮(NH4^+-N)、硝态氮(NO3^--N)和酰胺态氮(N-CONH2)3种不同氮素形态,设置不同氮素形态配比,考察‘凤丹’的表型性状、光合特性和产量。【结果】在固定磷钾等量施肥条件下,与对照相比,不同形态氮肥及铵态氮、硝态氮配施对‘凤丹’的表型性状、光合特性和籽粒产量参数均有显著影响(P<0.05)。铵态氮与硝态氮摩尔配比在50∶50的处理下,‘凤丹’叶片净光合速率、气孔导度、蒸腾速率均达到最大,较对照分别提高了22.85%、39.18%和25.98%;胞间CO2浓度最小,较对照降低了14.67%;植株的千粒质量和单株籽粒产量均显著高于其他施肥处理(P<0.05),较对照分别提高了31.86%和43.05%。【结论】铵态氮与硝态氮等比配施可使‘凤丹’的表型性状、光合特性及产量大幅提高,可为‘凤丹’的合理施肥提供理论依据。

不同地区凤丹根际土壤微生物功能多样性分析

本研究采用Biolog ECO微平板技术,研究不同地区(洛阳市,菏泽市,亳州市)凤丹根际土壤微生物的功能和多样性的变化,揭示3个地区凤丹根际土壤微生物多样性和功能及其驱动因子。结果表明,亳州、洛阳、菏泽地区凤丹根际土壤微生物平均颜色变化率值(AWCD)、Shannon-Wiener指数和McIntosh指数差异显著(P<0.05)。亳州地区的土壤微生物AWCD值最高,而菏泽地区土壤微生物AWCD值最低。主成分结果显示,3个地区的凤丹根际土壤微生物在碳源利用效率出现显著差异,主成分1和主成分2分别解释方差变量为68.45%和26.30%。从碳源利用类型来看,氨基酸和酸类是不同地区凤丹土壤微生物利用的主要碳源。典型相关性分析表明,土壤养分(有机碳,全氮,全磷和全钾)对3个主要分布区凤丹根际土壤微生物碳代谢功能影响最为显著。研究结果表明,不同地区(洛阳市,菏泽市,亳州市)凤丹根际土壤微生物功能和多样性产生发生了显著改变,而土壤有机碳、全氮、全磷和全钾是影响土壤微生物功能发生改变的主要环境因子。

油用牡丹‘凤丹’单株结实量及产油品质分析

【目的】油用牡丹‘凤丹’为生产种子及加工食用牡丹籽油的一个特殊牡丹品种,集药用、保健于一身,具有较高的经济价值。笔者开展以产量为重点,结合产油品质的选育研究,初步筛选出适宜进一步培育的单株。【方法】以南京六合栽植的6年生油用牡丹‘凤丹’的实生苗为材料,从初步优选植株中,选择31个高、中、低产单株,用核磁共振法测定各单株种子的含油率,用GC-MS(气相色谱-质谱)法测定种子中α-亚麻酸的含量,用隶属函数值法和聚类分析法进行综合评价。【结果】31个单株结实量均值为47.57 g,结实量最高的为高产1号(98.89 g),结实量最低的为低产31号,仅25.73 g;含油率均值为29.41%,其中中产10号、低产19号、低产20号、低产24号、低产26号和低产28号等6个单株的含油率高于30%,而中产12号的含油率仅23.59%;α-亚麻酸含量均值为34.89%,中产11号、中产13号的含量超过40%,而低产21号的含量仅为28.55%。通过隶属函数值法和聚类分析,将31个‘凤丹’单株分为3类,选出结实量、含油率、α-亚麻酸含量等3个指标综合表现优良的7个单株,可作为进一步观察培育优良单株的对象;第Ⅱ类中某一项或某两项指标表现特别突出的单株,可作为今后杂交育种的储备材料。【结论】油用牡丹‘凤丹’单株产量变异系数较大,各单株间结实量性状差异也较大;而α-亚麻酸含量、含油率两个指标变异系数相对较小,较为稳定。