Genetic analysis of phenotypic traits in F1 hybrids of 6 Clematis cultivars

2016年4—5月，将6个铁线莲品种组配成4个不同的杂交组合进行杂交授粉，当年11月采收成熟的种子播种，盆栽于浙江农林大学铁线莲种质资源圃内，采用V(泥炭)∶V(珍珠岩)为1∶1的基质，50%遮光，常规水肥管理(表1)。

杂交F1代从2019年4月开始开花，确定花部性状稳定后于2021年4—5月，按照NY/T 2583—2014 《植物新品种特异性、一致性和稳定性的测试指南 铁线莲属》^[11]中列出的性状标准，对亲本和F1代的12个表型性状进行观测记录。

每个观测对象选取5朵处于盛花期的花朵，分别进行如下性状的测量：①花色。随机选择3片花萼，在室内上午北向自然光源下，使用英国皇家园艺学会比色卡对花萼的上表面进行色值参数比对，以比色卡比色中出现频率最高的颜色来确定花色。②花朵直径。过辐射对称中心测量花朵直径，每朵花测量3次取平均值^[12]。③萼片长和宽。分别测量萼片中轴线及与中轴线垂直的花萼片最宽处，得到萼片的长和宽。④花期(盛花期)观测。每天8:00—9:00观测并记录花朵的开放情况，以全株50%的花朵开放作为盛花期的标准。

选取植株上生长健壮、无病虫害的5个枝条，分别测定其中上部着生成熟叶片的各节间的距离，取平均值。

随机选取5个植株中上的健康叶片，测量叶片中轴线和与中轴线垂直的叶片最宽处，得到叶片的长和宽。

利用Excel进行数据统计，计算亲本中亲值(M_PS)、F1代各表型性状(i)的平均值(X_i)、标准差(σ_i)、遗传变异系数(C_V)，其中C_V＜15%、15%≤C_V≤30%、C_V＞30%分别定义为遗传变异度较小、中等和较大^[13]。采用SPSS 25.0分析数据，利用Pearson相关性分析计算各数量性状间的相关系数。中亲值(M_PS)=(P₁+P₂)/2，其中P₁、P₂为亲本各表型性状的实际测量值。遗传变异系数(C_V)=(σ_i/X_i)×100%。

由表2可见：铁线莲品种间杂交F1代的盛花期均在4—5月，集中于4月下旬(43.2%)。不同杂交组合F1代花期分离，出现了花期早于或晚于双亲的个体。其中ZGH×LZ杂交组合中，F1代早花个体在4月上旬和中旬开花，占比分别为39.3%和25.0%；BS×ZGH杂交组合中，F1代晚花个体，花期分别为5月上旬(13.7%)、中旬(17.6%)和下旬(21.6%)，总占比为52.9%；ZLY×XDD杂交组合中，F1代出现了5月上旬和中旬开花的晚花株系，占比分别为21.1%和26.3%；SLS×LZ杂交组合中，F1代盛花期介于双亲之间。

铁线莲品种不仅花色繁多，还有含2种或2种以上颜色的复合花色，其遗传十分复杂，亲本及F1代的花色如图1所示。从表3可见：在以紫罗兰色系品种‘浪子’为父本的ZGH×LZ和SLS×LZ杂交组合中，前者F1代中紫罗兰色系植株占群体的29.6%，兼具父母本花色的复色(紫罗兰色和红紫色)植株占比为70.4%，不存在与母本花色(红紫色)一致的植株；后者F1代中紫罗兰色系植株占群体的60.0%，与母本花色(紫罗兰色和紫色)一致的植株占40.0%，表明紫罗兰色的遗传力高于红紫色以及复色紫罗兰色和紫色。BS×ZGH杂交组合中，有36.5%的F1代植株与父本花色(红紫色)一致，另外63.5%表现为紫色和红紫色的组合复色，与母本的紫罗兰紫色和红紫色的复色稍有差异；在ZLY×XDD杂交组合中，F1代中出现了与亲本花色完全不同的紫罗兰色系和紫罗兰蓝色系的植株，却没有出现于父本花色一致的白花后代，初步推测白色为相对隐性性状。

Figure 1.  Flower colors diagram of parents and some hybrids

由表4可知：所有杂交组合的F1代花药颜色均未发生变异，与双亲中的一方保持一致。当黄色花药的品种作为亲本时，F1代花药均为黄色，初步推测黄色花药对于粉红和红色为相对显性性状。BS×ZGH杂交组合中，F1代紫红色花药的植株占群体的63.5%，红色花药颜色的植株占36.5%，表明紫红色花药的遗传力大于红色花药。

由表5可以看出：几个杂交组合F1代的花梗长度分离广泛，变异系数皆大于10%，最高可达24.73% (ZLY×XDD)，表明花梗长度具有丰富的遗传变异力。在ZGH×LZ和BS×ZGH的2个杂交组合中，F1代的花梗长度呈明显的减小趋势，F1代的平均花梗长度分别为中亲值的79%和82%，小于低亲值分别为92.31%和76.47%；而在ZLY×ZDD杂交组合中，虽然F1代的平均花梗长度为中亲值的76%，表现出低亲性，但小于低亲的个体只占48.65%，低亲优势并不显著，这可能是由于母本(ZLY)的花梗长度较大，起到了中和作用；SLS×LZ的杂交组合中，F1代的花梗长度介于双亲之间，并未表现出杂种优势。

F1代花直径总平均值相当于中亲值的89%，总体表现出衰退趋势，但组合间存在差异。SLS×LZ、BS×ZGH和ZLY×XDD的3个杂交组合中，F1代的花直径呈减小趋势，F1代花直径的总平均值为中亲值的84%，但从F1代花直径的分布比例来看，仅在BS×ZGH杂交组合中出现了94.12%的小于低亲个体，另外2个杂交组合中则不存在小于低亲的个体。因此，虽然3个杂交组合中F1代的花直径均值表现出了一定的低亲性，但小于低亲的个体出现的几率并不高。而在ZGH×LZ杂交组合中，F1代的花直径表现出一定的超亲性，超高亲个体出现的概率为57.69%。

铁线莲品种间杂交组合F1代的萼片长度呈微弱的减小趋势，F1代的总平均萼片长度为中亲值的98%，萼片宽度呈一定的增大趋势，F1代的总平均萼片宽度为中亲值的111%，萼片长宽比呈明显的减小趋势，F1代的总平均萼片长宽比为中亲值的91%。萼片长度的减小，萼片宽度的增加，导致萼片长宽比减小，说明F1代的萼片形状已发生变化。几个组合杂交后代的萼片长宽比的变异系数均值为21.35%，表明其遗传变异丰富，杂交后代的萼片形状发生变化且F1代间差异较大。

由表6可知：F1代节间距的平均变异系数为11.68%，遗传力较差。总体来看，节间距介于双亲之间的F1代个体占群体的60.55%，低亲个体和高亲个体分别占13.52%和25.94%，F1代节间距的总平均值为中亲值的102%，未表现出明显的超亲优势。

铁线莲品种间杂交组合F1代的叶片长度整体上表现出一定的增大趋势，总平均值为中亲值的114%。在ZGH×LZ和SLS×LZ杂交组合中表现为超亲性，在BS×ZGH和ZLY×XDD杂交组合中则表现为低亲性；叶片宽度总体呈一定的增大趋势，F1代总平均叶片宽度为中亲值的119%；由于F1代的叶片宽度增幅较大，导致叶片长宽比减小，F1代的总平均叶片长宽比为中亲值的82%，叶片形状发生了明显的变化，但总平均变异系数(5.38%)小于15%，F1代间差异较小，遗传变异度较小。

分析花部5个性状和叶片4个性状之间的相关性(表7)发现：花直径分别与萼片长度、萼片长宽比呈极显著(P＜0.01)正相关关系，花直径越大，萼片长度越大，萼片长宽比越大，表明萼片长度和萼片长宽比在一定程度上影响花直径的大小，但未表现出对萼片宽度的影响；萼片长宽比与萼片长度呈极显著(P＜0.01)正相关关系，与萼片宽度呈极显著(P＜0.01)负相关关系。叶片长度与叶片宽度呈极显著(P＜0.01)正相关，即叶片长度越长，片宽度就越大，且相关系数最高(0.940)，趋于连锁遗传。花梗长度与节间距之间呈极显著(P＜0.01)正相关关系，说明节间距与花梗长度之间存在一定的联系。

杂种优势利用是观赏植物杂交育种的有效手段^[14−16]。亲本间的异质性在很大程度上决定了杂种优势，亲本间主要性状的差异反映了它们的遗传差异，而选择遗传差异大的亲本进行杂交，才能产生较强的杂种优势^[17]。对生长于同一环境中的杂交群体表型性状进行系统测定和分析，对于研究观赏性状的遗传规律、探索该性状表现型与基因型的关联性以及开展后续目标育种具有重要意义^[18]。

本研究对6个铁线莲品种进行杂交试验，发现F1代的大部分表型性状(除花药颜色外)都发生了变异，仅有萼片长度和节间距2个性状表现出偏母性遗传的特点，萼片宽度表现为偏父性遗传，花期、花色、花药颜色、花梗长度、花直径、萼片长宽比、叶片长度、叶片宽度、叶片长宽比等9个性状未表现出明显的遗传倾向。余伟军^[10]研究发现：铁线莲品种间杂交后代综合了父本与母本之间的遗传特性，不同程度地遗传了双亲的某个或某些性状，部分单株之间存在差异。SABA等^[19]研究发现：部分菊花Chrysanthemum morifolium杂交F1代的表型性状与双亲中的一方相似，F1代间存在差异且与亲本有别。本研究结果与以上结果一致。

杂交F1代的花期出现分离，其中ZGH×LZ杂交组合中，F1代出现了花期早于双亲的个体，BS×ZGH和ZLY×XDD杂交组合中，F1代出现了花期晚于双亲的个体，但多数介于亲本之间，这与杨云燕等^[20]在切花菊品种间杂交试验中所得的结果一致。马绍宇等^[21]在高山杜鹃 Rhododendron lapponicum杂种中发现花色发生广泛分离，分离的色谱范围并不局限于双亲之间；周熠玮等^[22]在姜花Hedychium coronarium的杂交F1代中发现了亲本中没有的橙红色花色植株；INAMURA等^[23]研究发现：三叶草 Trifolium repens的杂交F1代中出现了花色优于亲本的个体，在本研究中部分F1代表现出一定的超亲优势，出现了兼具父本与母本花色的复色植株；而以白色植株作为父本时，F1代中有57.9%的植株与亲本花色均不相同，却没有出现与父本花色一致的白花后代，初步推测白色为相对隐性性状，这与AROS等^[24]在石竹Dianthus chinensis的杂交后代中，发现与亲本花色一致的橙色和红色丢失的结果一致。因此，在现实育种工作中选择白花的铁线莲品种作为亲本有利于创造出花色更为丰富的植株。通过分析杂交亲本与F1代的花药颜色，发现黄色花药的植株做亲本时，F1代的花药均为黄色，可以初步推测黄色花药为显性性状，因此若要选育其他颜色(除黄色外)花药的品种，不宜选择黄色花药的品种作为亲本。本研究中F1代的萼片长度呈轻微的减小趋势，萼片宽度呈一定的增大趋势，从而导致了萼片长宽比的减小，说明F1代的萼片形状已发生变化；F1代的叶片长度表现出一定的增大趋势，叶片宽度呈明显的增大趋势，导致叶片长宽比明显减小，叶片形状发生了明显的变化，但总平均变异系数为5.38%，F1代间差异较小。花梗长度和花直径总体上呈现出减小的趋势，其原因可能是亲本品种都是经过单项选择育成的优良品种，经过长期无性繁殖又使入选品种的非加性效应占较大比例，一经有性杂交可能使其优势解体，致使杂种群体的性状平均值下降。在实际育种工作中，将上述性状在杂种中的下降表现估计在内，提高亲本性状平均值，仍可提高杂种平均值，从而有利于提高入选率。

本研究中，杂交后代9个数量性状的变异系数为3.48%~31.34%，所有杂交组合的F1代花直径、叶片长度、叶片宽度和叶片长宽比4个性状的变异系数均小于15%，遗传变异力较差；不存在所有杂交组合的F1代变异系数均大于15%的性状，但F1代中仍可能出现少数超高亲个体，选育观赏性更好的新品种依然可能实现。

铁线莲品种大多是经过人工杂交而来，又经过长期的无性繁殖，因此大多数栽培品种基因型高度杂合，品种间杂交后代分离极为广泛，要研究其性状的遗传规律是十分困难的。但通过对各类杂交组合的亲本品种及其杂种的性状表现进行比较统计与分析，仍可发现各性状在遗传上带有规律性的倾向。总结这些遗传倾向，对杂交育种中的亲本选择与选配、提高育种效率具有指导意义。本研究中杂种F1代群体花色分离广泛，为群体遗传学、花色分类、花色形成机理、新品种培育等研究提供了重要依据，但通过肉眼及比色卡测定的花色结果带有一定的主观性，后续可通过色差仪来将花色数量化，以及测定杂种后代的花色素种类及含量来深入研究花色遗传变异机制。