菊花开放授粉条件下种子形态多样性及其遗传规律解析

《Discover Agriculture》：Morphological diversity and inheritance of chrysanthemum seeds in open pollination

本研究针对菊花杂交育种中结籽率低的关键问题，系统开展了开放授粉条件下种子表型多样性及遗传规律研究。通过分析7个亲本及其415株后代的4项种子性状（SL、SW、SWh、ASPI）与6项花部性状的关联性，发现ASPI变异系数最高（0.32–0.62），且SL与SW呈极显著正相关（r=0.47）。研究首次揭示菊花种子性状在开放授粉下的遗传稳定性差异，为高通量筛选高结籽种质提供了新策略，对加速菊花育种创新具有重要实践意义。

　　

菊花（Chrysanthemum morifolium Ramat.）作为全球重要的观赏作物，其新品种选育高度依赖杂交种子繁殖。然而，现代栽培品种普遍存在自交不亲和、花粉活力低及胚败育等问题，导致结籽率（seed set rate）极低，严重制约育种效率。尽管前人研究多聚焦于花色、花型等观赏性状，但种子形态特征如何遗传？开放授粉能否作为提升种子产量的可行途径？这些关键问题尚未系统阐释。

为解决上述瓶颈，山东省农业科学院休闲农业研究所的文超团队在《Discover Agriculture》发表研究，首次对7个具开放授粉结籽能力的菊花亲本（C1-C7）及其后代开展多性状联合分析。研究人员在严格控制花粉污染的实验田中，连续3年追踪亲本及415株子代的表型变异，重点测量种子长度（SL）、种子宽度（SW）、百粒重（SWh）和单头状花序平均种子数（ASPI）等4项种子性状，并结合花序直径（ID）、管状花直径（DFd）等6项花部性状进行相关性挖掘。

关键技术方法

研究依托种质资源圃筛选出连续3年ASPI>20的7个栽培品种，在隔离环境中进行开放授粉。种子性状测量采用Image J软件分析SL/SW，电子天平称重SWh，并基于DUS测试标准记录花部形态。使用主成分分析（PCA）和Pearson相关性检验解析性状关联，通过变异系数（CV）评估表型稳定性。

种子性状在亲本中的变异规律

亲本间ASPI变异最显著（CV=0.41），C7品种结籽量最高（85.52粒），而SL、SW等形态指标相对保守（CV≤0.17）。值得注意的是，SL与SW（r=0.97）、ASPI（r=0.91）均呈极显著正相关，提示大粒种子可能伴随高结籽特性。

后代群体表型分化与超亲遗传

子代中ASPI变异进一步扩大（CV最高达0.62），且出现超亲分离：C2和C7后代平均结籽量反超亲本。相反，SL、SW在多数群体中变异微弱（CV≤0.12），表明这些性状受遗传稳定控制。通过偏度和峰度分析发现，C3后代的SL、C2后代的ASPI接近正态分布，而其他性状多呈偏态分布，反映开放授粉下基因重组的复杂性。

花部与种子性状的协同演化

相关性网络揭示，子代中SL与SWh（r=0.44）、ID（r=0.18）显著正相关，而SW与NTF（管状花数量）负相关（r=-0.18）。ASPI与DFd（r=0.40）、NTF（r=0.23）的强关联性，说明花部结构可能通过影响授粉效率间接调控结籽量。

开放授粉下的遗传结构特征

PCA将亲本划分为三类（C1/C7、C2/C4、C3/C5/C6），但后代群体间出现广泛分布重叠，尤其是C2、C3、C6子代散点遍布整个空间。这种重叠暗示开放授粉可能受相同父本花粉源主导，限制了遗传重组广度。

结论与展望

本研究首次系统证实ASPI是菊花开放授粉下最易改良的性状，其高变异度为高结籽种质筛选提供了理想指标。SL、SW、SWh的稳定协同变异规律，为多性状并行选育提供理论依据。尽管开放授粉能快速产生表型多样性，但后代聚类重叠提示需引入更广泛花粉源以提升遗传增益。该工作为菊花育种建立了首套种子性状评价体系，对突破杂交障碍、加速新品种选育具有里程碑意义。