中国花卉育种与发展对策.pdf

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Chinese Journal of Nature Vol 36 No 4 PROGRESS 280 doi 10 3969 j issn 0253 9608 2014 04 007 中国花卉育种与发展对策 李欣 史益敏 博士研究生 教授 上海交通大学农业与生物学院 上海 200240 关键词 花卉 育种 发展对策 摘要 花卉以其独特的形态 艳丽的色彩而深受世人喜爱 在切花 盆花生产以及园林景观应用中占重要地位 笔 者综述了近年来在花卉常规育种 诱变育种 组织培养育种以及分子育种方面的研究现状 指出了花卉育种工作中 存在的问题 探讨了花卉育种的发展前景 花卉是一类具有观赏价值的植物 近年 来 随着社会发展和生活水平的提高 人们对花 卉的数量和质量需求不断提升 对花卉新品种的 培育要求也越来越高 据世界经济贸易行家预 测 21世纪最有发展前景的十大行业中花卉业被 列为第2位 1 近年来 中国花卉栽培和产业化发展取得 了长足进步 但与荷兰等花卉研究水平比较先进 的国家相比 中国在花卉育种和种源生产上还非 常落后 在花卉栽培生产 市场开发等方面也存 在诸多问题 例如花期控制 品种选择 保鲜 抗性等 这些问题严重地制约着中国花卉产业的 可持续发展 育种是解决上述问题的重要途径之 一 因此 本文综述了花卉育种方面的研究现状 及发展 1 常规育种 常规育种是花卉新品种培育的传统手段 主要包括引种驯化 选择育种 有性杂交育 种等 1 1 引种驯化 引种驯化为花卉新品种选育提供了原材 料 是丰富花卉品种的捷径 是最为简单速效的 育种技术 近几年中国引进的花卉种类多 数量 大 在调节花卉品种单一方面起到了积极作用 中国野生花卉资源十分丰富 经调查 仅兰科植 物数量已达1200多种 2 杜鹃品种近600种 3 为 引种工作提供了丰富的种质资源 如胥洪言等 4 先后把多种花卉资源引进四川 包括从福建引进 龙岩素 大尾凤素 从贵州引进春兰 春剑 从 云南引进墨兰 寒兰 莲瓣兰等 经驯化培育 均已适应四川的自然环境 生长良好 引进国外的花卉品种经过栽培驯化 可以 筛选出适宜中国种植的优良品种 进而进行产业 化生产 利用这种方法不仅能够快速地丰富花卉 的品种 充实育种实验材料 还可以增加经济创 收 近年来中国大量引进了国外花卉 如引自荷 兰的郁金香 风信子 百合 引进韩国的大花蕙 兰 观赏凤梨 引自比利时的杜鹃 以及引自台 湾的蝴蝶兰等 上海园林部门近年来从国外引种 几十个多头切花菊品种 并选出优良品种填补市 场的缺口 5 1 2 选择育种 选择育种是解决生产上需要花卉新优品种 的途径之一 利用现有品种在繁殖过程中的自然 变异作为选择工作的原始材料 按照育种目标进 行多代选择 以期获得优良的花卉新品种 如中 国兰花的传统品种都是由野生兰花的变异类型经 第 36 卷第 4 期 科技进展 281 过选择 繁育等过程培育而来 菊花易在花色上 发生变异 从而产生芽变 目前有400多个菊花 新品种是从芽变而来的 6 中国科学院昆明植物 研究所从杜鹃芽变中选育出 茶菊杜鹃 梅瓣 杜鹃 中国红杜鹃 等新品种 近年来 人们常常运用引种驯化与芽变选 择育种相结合的方式培育花卉新品种 7 从国外 引进的品种在栽培过程中由于气候 土壤 温度 等环境条件的改变会表现出新的性状 从中选择 培育出性状优良的新品种 上海交通大学利用引 种驯化与芽变选择育种相结合的方式育成了郁 金香新品种 上农早霞 8 图1 风信子新品种 上农深兰 图2 以及水仙新品种 上农红 影 图3 等多个花卉新品种 昆明植物研究所 从引种马鞭草科植物选出植株矮小 花重瓣 且 具浓郁的熏衣草香味的新品种 香牡丹 图1 郁金香新品种 上农早霞 图2 风信子新品种 上农深兰 图3 水仙新品种 上农红影 1 3 杂交育种 杂交育种使亲本的基因重新组合 形成各 种不同的类型 为选择提供丰富的材料 是创造 新品种 新类型的主要途径和重要手段 也是花 卉新品种选育的主要方法 通过杂交育种 可以 克服双亲的缺点 综合其优良性状 因此被广泛 应用于中国花卉新品种的选育 如中国通过杂 交育种育成了月季 牡丹 君子兰 菊花 唐 菖蒲 小苍兰 荷花 梅花 杜鹃 矮牵牛等优 良品种 品系 在生产上起了一定的作用 9 当 前广泛用于切花栽培的品系如亚洲百合杂种系 东方百合杂种系 麝香百合杂种系 以及最新的 LLO杂种系也是通过杂交育种选育而来的 10 蝴 蝶兰经过近百年的育种 至今已知的杂交品种已 有19 000多个 并且其数目仍在不断增长 11 北 京林业大学把菊花野生种和栽培品种进行杂交 育成了植株矮 抗性强 花色丰富的地被菊新品 种 早在1983 年 中国科学院植物研究所植物 园进行了岷江百合与兰州百合 细叶百合及麝香 百合间的杂交 获得3个种间杂种 12 2 诱变育种 诱变育种主要包括物理诱变育种和化学诱 变育种 2 1 物理诱变育种 以无性繁殖为主的花卉 它们在遗传上高 Chinese Journal of Nature Vol 36 No 4 PROGRESS 282 度杂合 辐射处理易引起遗传因子的复杂变化 从而诱发突变 改良花卉 辐射诱变育种安全 高效 简便 比自然突变率高100倍以上 在全 世界已被广泛使用 13 目前用于花卉辐射诱变的 射线主要是60Co g射线 20世纪80年代以来 辐射诱变育种技术在 中国兴起并广泛运用于菊花 荷花 月季 大丽 花等花卉 育成了数十个花卉新品种 14 四川省 农业科学院用60Co g射线处理秋菊 育成了花期 早 花朵大 花色与亲本相异的 辐橙早 新品 种 上海交通大学对小苍兰进行辐射育种研究 育成了抗病性强的淡黄色小苍兰新品种 15 邹伟 权等 16 用60Co g辐射处理水仙 成功育出矮化株 型的新品种 Misra 17 对唐菖蒲的球茎进行60Co g 照射 发现唐菖蒲M1代中出现的变异性状在以 后各世代中逐渐消失 随着社会的发展和科学技 术的改善 运用此技术育成的花卉品种数不断增 加 育种年限也在不断缩减 2 2 化学诱变育种 化学诱变育种是使用化学诱变剂 如秋水仙 素 硫酸二乙酯 甲基磺酸乙酯 异生长素等 处理植物材料 以诱发遗传物质的突变 从而引 起形态特征的变异 根据育种目标 对变异进行 鉴定 培育和选择 最终育成新品种 化学诱变 育种是目前应用最广泛 最有效的方法之一 陈发棣等 18 利用秋水仙素处理菊花脑种 子 诱导出四倍体菊花脑 莫官站等 19 对比了秋 水仙素对甘菊多倍体不同处理浓度和时间的效 果 发现利用500 mg L的秋水仙素处理12 h效果 较好 变异率为23 Riera等 20 发现在水仙培养 时添加丙二胺 可使不定芽发生率明显增加 Santos等 21 研究发现 茉莉酸在水仙小鳞茎形成 和膨大过程中起着重要作用 3 组织培养育种 组织培养在花卉育种上可以克服远缘杂交 不亲和的障碍 有利于长期保存组织材料 缩短 育种周期 获得多倍体植株 近年来 组织培养 技术愈加完善 并配合传统杂交育种 分子生物 技术等进行花卉育种 据Han等 22 的研究 以东 方品系百合 卡萨布兰卡 的鳞片为外植体 在 添加不同激素的含碳培养基中进行培养 获得 了具有数片叶片的小植株 Malaure等 23 以菊花 为试材 在不同的激素浓度 时间及光照条件 下进行处理 发现在添加4 0 mg L BA 2 0 mg L NAA的MS培养基上 以 24 16 h d 日光培养 6 周 可获得菊花小花突变体 近年来 人们常用辐射诱变与组织培养相 结合的技术培育花卉新品种 辽宁省农业科学院 用60Co g射线照射菊花花瓣的愈伤组织 育成了 菊花切花新品种 吕晓会等 24 采用60Co g辐射诱 导与组织培养相结合的技术 得到了矮化株型的 洋水仙植株 范家霖等 25 用菊花顶芽 花瓣 花 托进行组织培养 然后用4 25Gy 戈瑞 的60Co g 射线辐射处理 发现花型发生明显变异 4 分子育种 常规育种在花卉的育种中存在一定局限性 随着基因工程技术的不断发展 常规育种中存在 的问题可通过分子手段解决 这为花卉新品种的 选育开辟了新途径 近年来 国内外很多专家尝 试将有关花色 抗病 抗虫的基因导入植物体 内 以期获得高抗病性 高观赏价值的花卉新 品种 4 1 花色基因育种 类黄酮 类胡萝卜素以及花青素是花色成分 的重要组成部分 由于花青素的色域最宽 涵盖 了从橙色到紫色的范围 因此花青素被研究得最 为深入 花青素合成途径的相关基因 如CHS CHI F3 H DFR ANS等 也被成功克隆 8 拟南芥 矮牵牛和金鱼草是花色基因育种的模式 植物 如Tanaka等 26 和Mitiouchkina等 27 将月季 和非洲菊 DFR 基因导入白色矮牵牛中 得到了 红色的单拷贝转基因矮牵牛 戴艺民等 28 将从矮 牵牛中分离的Hf2和DFR基因连接到pBRLys双元 载体质粒 进而转入中国水仙的愈伤组织中 并 获得3株阳性转基因植株 近些年来 菊花又成 为花色基因育种的重要研究对象 Mitiouchkina 第 36 卷第 4 期 科技进展 283 等 29 将从金鱼草中分离到的CHS基因通过农杆菌 介导转化的方法转入菊花中 育成了浅色菊花新 品种 4 2 抗病基因育种 长期以来 病害是制约花卉发展的重要因 素之一 如风信子的软腐病 洋水仙的基腐病 百合的斑驳病 根腐病等 30 31 目前化学合成的 抗菌试剂还不能从根本上达到控制病害发生的目 的 并且对环境也有严重危害 随着基因工程技 术的发展 运用基因技术将外源抗病基因导入植 株中以获得具有抗病能力的转基因植物已不再是 难题 早在1998年 Pham运用基因枪轰击技术 将LSV外壳蛋白基因导入百合的愈伤组织中 成 功获得了LSV抗性转基因百合 32 Kamo等 33 利 用微粒子轰炸唐菖蒲的细胞悬浮物和愈伤组织 获得了转基因唐菖蒲植株 4 3 抗虫基因育种 在花卉的栽培中 虫害也是一个不可忽视 的问题 危害最为严重的虫害有蚜虫 螨虫 红 蜘蛛和寄生线虫等 尽管市面上有一些化学合成 的抗虫药物 但获得绿色环保的转基因抗虫植株 才是解决虫害的最根本途径 早在1987年 Veck 等 34 利用转基因技术将Bt基因导入到烟草中并成 功获得第一例转Bt基因抗虫烟草 至今 转抗虫 基因技术已应用到许多植物中 唐东芹等 35 利用 农杆菌介导法将半夏凝集素基因pBIXPTA导入 百合中 并检测到GUS基因稳定表达 此外 林 敬晶等 36 将蜡梅的凝集素基因Cplectin导入麝香 百合基因组中 得到部分阳性植株 并经蚜虫接 种验证 发现该阳性植株有明显的抗蚜虫作用 5 花卉育种的发展对策 在社会和科技不断发展的前提下 尽管中 国花卉产业的发展取得了一定的成绩 但仍存在 诸多问题 如花卉种质资源的利用 育种投入 高 周期长 见效慢 国内育种体系不完善 从 事花卉研究的专业人员较少 科研投入较低等 针对这些情况 需要采取相应的措施来优化花卉 育种工作 5 1 花卉种质资源的利用与创新 中国幅员辽阔 观赏植物种质资源丰富 但对种质资源的调查 收集 保存 研究 利用 还不到位 因此 要充分发挥中国的花卉资源优 势 利用现有的珍稀花卉种质资源 结合高效育 种方法 培育出抗性佳 品质好 价值高的花卉 新品种 同时 我们要更深入地了解花卉种质资 源的遗传规律及生长性状 发掘更新 更优的材 料 为花卉新品种的选育提供优质资源 5 2 优化花卉育种技术 花卉的育种技术很多 主要还是以杂交育 种为主 利用这种方法育成的新品种种类多 但 仍存在杂交不亲和 育种周期长 遗传性不稳定 等缺点 而多倍体杂交 体细胞杂交等现代生物 技术以及基因工程技术可以解决或部分解决这些 问题 近年来 基因工程技术日益完善 作物分 子育种技术越来越成熟 但有关花卉方面的研究 仍然较少 若能将常规育种与现代生物技术 基 因工程技术有效结合 花卉新品种的培育将向前 迈进一大步 5 3 加大花卉育种的科研投入 加大花卉育种的科研投入 主要包括科研 资金和科研人才的投入 花卉新品种选育是一项 长期的工作 一个新品种的育出 需要包括科学 研究 科研人才 种质资源 生产试验以及劳动 力等大量的人力 财力 物力的投入 因此 加 大科研资金的投入是发展花卉育种的关键之一 同时 与世界花卉发达国家相比 中国从事花卉 育种的科研人员科研力量分散 与生产和市场脱 节 这需要通过改革 解决花卉育种的体制机制 问题 6 展望 花卉形态美观独特 色彩艳丽丰富 不仅 可用于切花和盆花生产 还被广泛运用于园林绿 化中 深受世人喜爱 中国的花卉资源丰富 但 Chinese Journal of Nature Vol 36 No 4 PROGRESS 284 真正应用于产业化生产的却较少 中国花卉育种 工作起步较晚 但经过多年的努力 育种工作已 有显著成果 相信在不久的将来 在加大科研投 入的前提下 充分运用现有的种质资源 将常规 育种和现代生物技术 基因工程技术有效结合 中国花卉产业的发展将更上一层楼 2014年3月28日收稿 1 吴青君 我国花卉产业及其发展对策 J 中国农业科技导报 2002 4 6 35 39 2 宋军阳 张显 赵明德 兰科花卉野生资源调查研究进展 J 北方园 艺 2009 10 228 231 3 朱春艳 李志炎 鲍淳松 等 我国杜鹃花资源的保护与开发利用 J 中国野生植物资源 2007 26 2 28 30 4 胥洪言 兰花的引种驯化 J 中国花卉盆景 1992 12 10 11 5 张驭 切花菊离体诱变技术的初步研究 D 重庆 西南大学 2009 6 熊济华 菊花 M 上海 上海文化出版社 1990 7 王芳 园艺植物育种 M 北京 化学工业出版社 2008 8 YUAN Y MA X H SHI Y M et al Isolation and expression analysis of six putative structural genes involved in anthocyanin biosynthesis in Tulipa fosteriana J Scientia Horticulturae 2013 153 93 102 9 李惠芬 我国花卉育种研究进展 J 西南园艺 1999 27 1 36 39 10 FUKAI S ISOBE T IKOMA C LLO Hybrid Lilies from L formolongi and ChromosomeDoubled L formosanum var pricei Oriental Hybrid Le Reve J Acta Horticulturae 2005 673 377 382 11 杨士辉 蝴蝶兰育种途径和方法综述 J 农业科技讯 2008 9 162 163 12 刘青 刘青林 我国花卉种质资源概况及利用前景 J 中国花卉园 艺 2008 5 16 18 13 郑秀芳 离体诱变技术在花卉育种上的研究 J 西南园艺 2000 28 2 37 38 14 齐孟文 王化国 我国花卉辐射育种的进展与剖析 J 核农业通报 1997 6 288 290 15 秦文英 王世荣 杨国辉 小苍兰辐射育种 J 园艺学报 1988 15 8 201 204 16 邹伟权 王声斌 余让才 等 60Co 辐射处理对水仙株型及开花的 影响 J 广东农业科学 2002 6 26 27 17 MISRA R L Radiation induced variability in gladiolus J The Indian Journal of Genetics and Plant Breeding 1998 58 2 237 239 18 陈发棣 蒋甲福 房伟民 秋水仙素诱导菊花脑多倍体的研究 J 上 海农业学报 2002 18 1 46 50 19 莫官站 张启翔 潘会堂 等 秋水仙素诱导甘菊多倍体研究 J 核 农学报 2010 24 3 527 531 20 RIERA R BASTIDA J VILADOMAT F et al Regeneration of Narcissus plants influenced by Dap J Acta Horticulturae 1997 447 179 183 21 SANTOS I SALEMA R Promotion by Jasmonic acid of bulb formation in shoot cultures of Narcissus triandrus L J Plant Growth Regulation 2000 30 2 133 138 22 HAN B H YAE B W HEE J Y et al Improvement of in vitro micro propagation of Lilium oriental hybrid Casablanca by the formation of shoots with abnormally swollen basal plants J Scientia Horticulturae 2005 103 3 351 359 23 Malaure R S et al The production of novel plants from florets of chrysanthemum morifolium using tissue culture securing natural mutations sports J Journal of Plant Physiology 1991 139 1 14 18 24 吕晓会 马晓红 史益敏 荷兰水仙组织培养再生体系关键技术研究 J 上海交通大学学报 农业科学版 2010 28 4 339 343 25 范家霖 杨保安 张建伟 等 组织培养在菊花辐射育种中的应用研 究 J 河南科技 1996 14 4 455 459 26 TANAKA Y FUKUI Y FUKUCHI MIZUTANI M et al Molecular cloning and characterization of Rosa hybrida dihydroflavonol 4 reductasegene J Plant Cell Physiology 1995 36 6 1023 1031 27 MITIOUCHKINA T Y DOLGOV S V Modification of chryanthemum plant and flower architecture by rolC genefrom Agrobacterium rhizogenes introduction J Acta Horticulturae 2000 508 163 169 28 戴艺民 林江波 王伟英 等 农杆菌介导的蓝色基因转化中国水仙 J 农业生物技术学报 2010 18 2 231 238 29 MITIOUCHKINA T Y IVANOVA E P Chalcone synthase gane from Antirrhinum majus in antisense orientation successfully suppressed the petals pigmentation of chrysanthemum J Acta Horticulturae 2000 508 215 218 30 徐榕雪 明军 穆鼎 等 百合三种病毒的多重RT PCR检测 J 园艺 学报 2007 34 2 443 448 31 徐品三 尹雅蕾 李玉花 百合无症病毒CP基因的克隆及其Ai载体 的构建 J 园艺学报 2009 36 6 885 890 32 PHAM K Transformation of lily on resistance against Lily symptom less virus LSV J Viruskrankheiten der Pflanzen Tagung 1998 124 127 33 KAMO K BLOWERS A SMITH F et al Stable transformation of Gladiolus using suspensio

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