为探究北美海棠自然授粉子代的遗传多样性和筛选冬季观果效果好、抗寒性强的优良子代株系,本试验以4个北美海棠品种的母树及其4龄自然授粉子代群体为试材,进行了母树授粉特性以及子代群体的表型、抗寒性、分子三个层面的研究。结果如下:以套袋去雄不授粉处理的结籽率表示无融合生殖能力,发现4个海棠品种均具备一定的无融合生殖能力,且无融合生殖能力由强到弱依次为北美7号海棠、北美2号海棠、北美10号海棠和北美9号海棠。在自然授粉条件下无融合生殖率明显低于去雄套袋不授粉处理,导致这种现象的机理有待深入研究。对自然授粉子代的质量性状研究发现,子代群体变异广泛,均分离出多于母本的类型;数量性状变异系数为8.45%~89.77%不等,其中单果重在4个家系中变异系数值均最大。各性状4个子代群体内单株间差异均达到显著水平,这表明家系内单株间遗传多样性丰富。主成分分析表明,果实大小,叶片大小,叶柄长度在子代群体中较易发生遗传变异。4个北美海棠自然授粉子代群体的基因多样性指数变化幅度为0.3515~0.3763,杂合度变化幅度为0.7025~0.7496,遗传多样性信息含量(PIC)的均值范围是0.2635~0.2848,其中北美10号海棠子代群体在表型和分子水平遗传多样性较为丰富。分子遗传多样性的方差分析表明,自然授粉子代群体比杂交子代群体的遗传多样性高,且差异达到极显著水平。相对而言,自然授粉子代具有更高的遗传多样性,进行家系内单株间的选择利用潜力更大。对果实在不同低温处理下的硬度指数、皱缩变化以及变色情况的综合研究表明,4个观赏海棠子代植株中,果实寒害的不可逆温度均在-20℃以下,部分植株甚至能达到-30℃以下。2号海棠子代的特3号优株、7号子代的抗冻号优株果实鲜红;7号子代的73B、特1号优株的果实分别为黄色和橙色,果实观赏效果好;2号子代的28号、49号优株的果实在-40℃低温胁迫下仍无明显变化,抗寒能力强。这些优良株系均为实生起源,推广应用前景广阔。