园林花卉中的分子遗传学

园林花卉中的分子遗传学应用
摘要：园林花卉是园林规划设计中必不可少的要素之一，栽植园林花卉也是美化园林环境的一种重要手段，而把分子遗传学应用在园林花卉中，对园林花卉进行基因改良，不仅可以有效提高园林花卉的多样性，还能更好的防治病虫害。

目前基因工程在园林花卉花色遗传中的应用已经十分成熟，并且在园林花卉育种中的应用前景也很广泛，分子遗传学在园林花卉中的应用将会越来越重要。

关键词：园林花卉基因工程分子遗传学
园林花卉在园林的景观规划设计以及施工上起着十分重要的作用。

在园林设计中，不同种类的花卉以及不同颜色的花卉被用来营造多种多样的景观，这就需要对园林花卉进行合理的搭配以及栽植。

而分子遗传学在园林花卉中的应用对园林花卉的培育和改良做出了巨大贡献。

园林花卉基因工程开展至今已有多年历史，先后有矮牵牛、郁金香、吊兰、萱草、百合、石蒜、朱顶红、水仙、唐菖蒲、鸭跖草、花叶芋、石槲、热带兰、伽兰菜、石竹、香石竹、罂粟、金鱼草、非洲菊、菊花、月季等花卉转基因的研究报道，在花色、花形、抗病虫害以及花期性状改良上取得许多重大突破，显示了分子遗传学对园林花卉品种培育改良方面的极大重要性。

在园林花卉花色遗传中，基因工程的应用是很广泛的。

花卉色彩的形成是由三大类色素决定的，即类黄酮、类胡萝卜素和甜菜色素。

这些色素通常是分子量不足300道尔顿的次生代谢物，存在于液泡中，第一种色素的合成均涉及到多个代谢步骤、多种酶催化，与花色相关的结构基因及调控基因非常之多，其作用机理显得尤为复杂，可分为几个方面来论述。

一、和花色相关的基因。

目前已分离出许多花色素苷相关基因，其中结构基因直接编码花色素苷代谢生物合成酶类，而调节基因则控制结构基因表达的强度和程式。

第一例分离得到的类黄酮生物合成基因CHS是在 1983年采用鉴别筛选与杂交筛选相结合的方法从欧芹中获得的，其后又以欧芹CHS基因为探针分离出矮牵牛CHS基因，1987年CHI基因由法国豌豆中利用抗体技术分离出来，同理
采用抗血清方法分离出矮牵牛CHS基因。

1991年先后从金鱼草和矮牵牛中分离
得到F3H基因，后以矮牵牛F3H基因为探针从香石竹、翠菊以及紫罗兰中分别获得该种植物的F3H基因，除此以外，又有大批花色素苷合成基因得到分离，它们包括F35H基因、DFR基因、ANS基因及3GT基因等，这些基因大多是从矮牵牛、玉米、金鱼草中分离得到的。

与此同时，利用转座子标签技术以已有的基因为探针也获得了许多花色素苷调节基因，此外还有从金鱼草中获得的DeL、DEF基因，从矮牵牛中克隆的An2、An4基因，百日草中的TED3基因及龙胆中获得的GTCHS1基因等。

随着克隆得到的花色素苷相关基因的增多，人们可供利用以进行花色基因工程的侯选基因也更加丰富，应该说实现花色遗传操作可能性也在增大，但必须以掌握花色素苷的整个代谢过程作为基因工程改变花色操作的认识基础。

二、植物花色素苷代谢途径。

花色素苷是一类主要的类黄酮色素，控制着花的粉红色、红色、砖红色、蓝色、紫色等花色，植物中基本的花色素苷有3种，即花葵素、花青素、花翠素，此外还有这些花色素的甲基化衍生物如甲基花青素、3甲花翠素及报春花色素等，花葵素(砖红色)一花青素(红色)一花翠素（蓝色)，随着B环上羟基数Et的增加由红变蓝，而甲基花青素一3甲花翠素一报春花色
素则是随着B环和A环7位羟基被甲基取代程度的不同而红色效应有所加强。

通过大量生化实验手段，Et前人们已将花色素苷的合成代谢途径研究得较为深人。

植物的花色有时不仅由一种花色素所决定，而往往有多个色素共同参与，如郁金香的黄色就是由花青素和类胡萝卜素组合而成，有时甚至还受助色素及液泡液pH值的影响，如要育成蓝色的月季花，必须同时具备3个条件：花翠素的合成，助色素存在和较高的PH值。

由此可见，控制花色素代谢途径并不简单。

三、通过基因工程改变花色。

通过基因工程改变花色有多种方法。

一种是直接导入外源基因改变花色，世界上第一例基因工程改变矮牵牛花色的实验就采用此法，它是将玉米的DFR基因导人矮牵牛突变体RL01中，使其中的二氢堪非醇被还原为花葵素，结果使本应开白花的矮牵牛开出砖红色的花朵，创造了矮牵牛的新花色系列；用同样的原理，将非洲菊和月季DFR基因转入矮牵牛，得到了与此相似的花色变异。

第二种是利用反义RNA技术或共抑制方法改变植物花色。

反义RNA技术原理是将某一基因反向插入植物表达载体导人植物中，这种反向DNA 转录成的RNA与内源mRNA结合，使得mRNA不能合成蛋白质，进而产生了花色突变。

三是导人调节基因，使因缺乏调节激活物质原本不表达或因组织特异性“沉默”的基因得到表达，从而改变花色。

第四种是多基因转化的方法。

蓝色花在自然界中偏少存在，尤其是一些常见花卉如矮牵牛、月季、郁金香中都缺乏蓝色品种，但蓝色性状的控制需要多基因的共同参与，因此也可以采用多基因转化的方法以实现花色调控。

可以说，运用基因工程改变花色的方法是多种多样的，我相信通过不懈的努力，一定能将梦想中的花色变为现实。

四、基因工程技术在观赏植物上的实际运用。

迄今为止，基因工程技术在观赏植物上的实际运用已经取得了令人瞩目的成就。

观赏植物基因工程遗传操作的涉及面与农作物、油料作物等经济作物相比，更为广泛。

除了资源分类和抗性基因工程外，还有难度较大的色、香、形基因工程。

观赏植物基因工程的研究结果，不仅向人们揭示了如何调控花色显现、花器发育，为培育色彩缤纷、形态独特的奇花异草带来希望，而且在理论上为开花生物学、发育生物学机理研究，提供信息调控依据。

目前国内外在菊花、月季、康乃馨金鱼草、天竺葵、非洲菊、兰花、鸢尾、百合等许多观赏植物的遗传研究方面一取得了很大进展。

当然，分子遗传学对园林花卉的贡献不仅仅局限于花色的改变，在花期、花形、抗病虫害甚至抵御恶劣环境等性状改良育种中同样起到了相当重要的作用。

有关花发育的分子遗传学已取得了很大进展，至今已克隆出拟南芥，金鱼草花发育相关基因共九类，包括花期基因、花分生组织特性基因、花分生组织大小基因、花器官式样基因、花器官类别基因、界标基因、花瓣发育基因、花发育抑制基因以及花形基因等，也进行了许多转基因尝试。

如LFY的过量表达可以促进花分生组织形成，用嵌合基因导人杂种杨，结果通常8～10年才能开花的杨树，现仅需 6～7个月即可完成营养生长，分化花序。

目前抗除草剂杨树也已培育成功，抗虫菊花对于保护菊花免遭蛾类侵袭非常有效。

分子遗传学在园林花卉育种领域的研究，对于更好地利用我国丰富的花卉资源，发挥资源优势，发展我国的花卉产业具有重要意义。

分子遗传学在园林花卉中的应用前景是十分广泛的，随着时间的推移，更为先进的基因工程技术必将被开发出来，分子遗传学也会被更频繁的运用于园林花卉品种增加和形状改良中，从而增加园林景观多样性，促进现代生态化城市的建设。

其实，分子遗传学在园林花卉中的应用在生活中处处可见，它们美化着我们周围的环境。

例如园林观赏植物中的羽衣甘蓝，经过培育改良后，目前已有多种
花色。

在广场中央以及大门前经常把多种颜色的羽衣甘蓝进行组合从而形成一环一环颜色交替的花坛，无论近观远赏，都分外美丽。

还有类似于黑色郁金香等十分稀有的人工繁育花卉，其中都运用了分子遗传学。

目前在人造园林中人们所见到的观赏植物基本都经过了人工培育改良，而其中又大量的运用了分子遗传学，可以毫不夸张的说，没有分子遗传学在园林花卉中的应用，就没有今天如此美丽的园林景观。

总之，分子遗传学在园林花卉中有着广泛的应用，对园林花卉的育种和改良有着不可估量的作用，相信我国的花卉基因工程将会取得令人瞩目的成就，而基因工程技术也必将造福全人类。

参考文献：时建设《分子遗传学在园林花卉中的应用》上海建设科技第6期。