百合品种改良与生物技术研究进展_张云

第23卷　第6期2001年11月北　京　林　业　大　学　学　报J OURNAL OF BEIJING FORESTRY UNIVERSITYVol .23,No .6Nov .,20012000-12-08收稿Http : www .chinainfo .gov .cn periodical bjl ydxxb＊农业部百合新品种DU S 测试专题资助(95农-11-02-01)＊＊第一作者:张云,女,1978年生,硕士生.主要研究方向:园林植物遗传育种与生物技术.电话与传真:62893545,Email :florgene @mail .cau .edu .cn ,地址:100094,北京市海淀区圆明园西路2号中国农业大学观赏园艺系责任作者:刘青林,男,1963年生,博士后,副教授.主要研究方向:园林植物遗传育种与生物技术.联系方式同上百合品种改良与生物技术研究进展＊张　云＊＊(中国农业大学观赏园艺系)　原雅玲(陕西省西安植物园)　刘青林(中国农业大学观赏园艺系)摘要　该文通过文献研究表明:中国是百合属植物的自然分布中心,原产47个种、18个变种,对世界百合品种改良做出了巨大贡献;同时尚有一半性状优良的百合有待于进一步开发利用.近几十年来,围绕着百合的观赏性状、抗性、品质和繁殖能力等育种目标已培育出许多新品种.生物技术在百合品种改良上主要应用于种质资源的离体保存,离体胚培养以克服远缘杂交不亲和性,花药培育与单倍体育种,利用转基因技术定向修饰性状,以及良种快速繁育等.生物技术与常规育种的结合,将使百合育种工作呈现出美好的前景.关键词　百合,种质资源,育种目标,生物技术中图分类号　S682.2+9Zhang Yun ;Yuan Yaling ;Liu Qinglin .Proceedings on cultivar improvement and biotechnology in Lili -um .Journal of Beijing Forestry Unive rsity (2001)23(6)56～59[Ch ,33ref .]Department of Ornamental Horti -culture ,China Agricultural University ,100094,P .R .China .China is the natural distribution center of Lilium in the world .The 47species and 18varieties in China have made great contributions to lily breeding worldwide .However ,more than half of the wild species still re -mains to be exploited and utilized .In recent few decades ,a wide range of new cultivars has been developed for various breeding objects such as ornamental ,resistant ,quality traits and propagation ability .Biotechnology has been applied widely in lily breeding ,such as in vitro conservation of germplasm ,embr yo culture to over -come the incompatibility of distant hybridization ,anther culture and haploid breeding ,genetic modification ,tissue culture and so on .The combination of biotechnology and conventional breeding promise a bright future in lily breeding .Key words Lilium ,ger mplasm ,breeding objects ,biotechnology 百合是多年生球根花卉,花朵硕大,色彩丰富,花姿优美,既能作切花、盆花,又能在园林绿地中应用.随着育种方法的改进,每年有大量的百合新品种推向市场.百合切花在荷兰的排名已上升为第五位,取得球根花卉之王的称号.我国是百合属植物的故乡,观赏、食用或药用百合的栽培历史十分悠久,具备良好的种质资源基础.但目前我国的百合育种工作十分落后,现有的百合种质资源不仅没有得到充分利用,而且破坏、流失现象十分严重,与百合故乡的地位很不相称.本文论述了国内外的百合品种改良的研究进展,并着重介绍了生物技术在百合育种上的应用,以期能为我国百合育种工作提供参考.1　中国百合种质资源的贡献与潜力1.1　中国百合种质资源对世界百合育种的贡献中国是百合属植物的自然分布中心.全世界百合属植物约有94个种,起源于我国的有47个种、18个变种,占世界百合属植物的一半,其中36个种、15个变种为我国特有种.我国百合不仅种类多,而且生态习性各异,分布广泛.18世纪以后,中国原产的百合种通过丝绸之路相继被引入欧洲,对世界百合品种选育做出了极大的贡献.按英国皇家园艺学会(R HS)、北美百合协会(NALS)对百合栽培品种的分类方法,8类栽培杂种系中有亚洲百合杂交系、东方百合杂种系、麝香百合杂种系、喇叭型百合杂种系等4类利用了原产我国的百合种质资源.尤其是19世纪后期,欧洲百合的大多数品种由于病毒病的蔓延濒临灭绝,我国的岷江百合(L.regale)引入欧洲后,才使欧洲百合重放异彩.1.2　中国百合种质资源对世界百合育种的潜力我国丰富的百合种质资源是世界花卉种质资源库中的宝贵财富.目前已应用于育种的我国百合原种尚不足一半,还有许多具备特殊优良性状的百合原种有待于进一步开发利用.如毛百合L.dahuri-cum、东北百合L.distichum等花朵直立向上、植株高大,适宜培育切花品种;紫花百合L.souliei、小百合L.nanum、玫红百合L.amoenum、尖被百合L. lophophorum、马唐百合L.matangense、蒜头百合L. sempervivoideum、藏百合L.paradoxum等植株矮小,适宜培育微型盆栽品种;湖北百合L.henryi、毛百合、山丹L.pumilum、岷江百合等是抗病育种的重要亲本;条叶百合L.c allosum、青岛百合L.tsing-tauense、岷江百合、毛百合、卷丹ncifolium、山丹等可用于抗寒育种;淡黄花百合L.sulphureum、台湾百合L.form osanum、岷江百合、通江百合L.sargen-tiae等可用于抗热育种;麝香百合L.longiflorum、山丹等适宜作促成栽培等.这些丰富多彩的百合原种是我们通过杂交育种,改良百合株型、抗性等性状的重要亲本.2　百合的育种目标(1)花色、花香、花形　色、香、形是花卉育种的主要目标.百合花色多样,特别是亚洲百合杂种系花色丰富,但缺乏鲜红、蓝紫色.百合花型主要有喇叭型、星型、钟型、反卷型等,花朵姿态有向上、水平、向下等多种形式,其中直立的喇叭型是花型改良的目标.麝香东方百合杂种系都有香味,其中麝香百合、天香百合L.auratum、美丽百合L.speciosum等是香味育种的重要亲本.增加亚洲百合的香味,减少东方百合的香味是香味育种的目标.麝香百合与亚洲百合杂交得到的LA杂种系即具有宜人的淡香.(2)花期　选育早花、晚花品种,可延长群体花期和观赏期.波兰果树花卉研究所作了很多晚花期育种工作,发现晚花性状属显性性状,并育出了一些较好的晚花品种[1].(3)株型　百合切花品种要求植株高大,一般要求第一朵花显色时茎高于60c m.近年来微型盆栽百合十分走俏,要求株型小巧,株高30～45c m,适宜盆栽.黄济明等人曾以玫红百合为亲本,育出了小型盆栽品种[2].(4)抗逆性　百合是无皮鳞茎,病虫害十分严重.抗病性成为近年百合育种的重要目标之一.尖孢镰刀菌Fusarium ox ysporum f.sp.lilii是引起百合鳞茎腐烂的最主要的病原真菌之一,对此荷兰植物育种与繁殖研究中心(CPRO-DLO)开展了综合研究.结果发现亚洲百合杂种系对镰刀菌有较高的抗性,以毛百合的抗性最强,其次为麝香百合[3].对抗病持久能力的相关测试发现,病原真菌不易适应抗性寄主植株[4].利用毛百合作亲本,可将抗性传递给子代[5],从而证明了抗病育种的可行性.并建立了在克隆水平、幼苗水平上筛选抗病性的方法[6,7].利用RAPD分子标记技术,对亚洲百合杂种系品种的镰刀菌抗性进行了研究,得到的213个标记中有3个与镰刀菌抗性极显著相关[8].对椭圆葡萄孢Botrytis elliptica也有相关研究[9].此外,抗寒、耐低光照、抗热育种等也是重要的育种目标.(5)瓶插寿命　荷兰CPRO-DLO期望从育种途径来延长百合花的瓶插寿命[10].瓶插寿命不同的百合切花基因型变化较大[11].通过对亚洲百合杂种系10个品种、45个子代的遗传分析,发现瓶插寿命的广义遗传力、狭义遗传力均较高,从而证明从遗传育种角度来改良采后寿命是完全可行的[12].(6)无花粉　百合的花粉量很大,容易污染花被片及衣服,而人工摘除花药是一件很烦琐的工作.通过育种来减少百合花粉的研究还不多.Grassotti等人将无花粉杂种与可育株杂交,选出了极少量的无花粉和少花粉的植株[13].(7)繁殖能力　许多百合种、品种有产生珠芽的能力,用珠芽作繁殖材料简单易行.Grassotti等人用能产生珠芽的两个杂种作父本,与其他无性系杂交,得到了能产生大量珠芽的后代[14].根据荷兰当地的气候条件,选育出鳞茎产量高的品种,并摸索出适宜鳞茎生长的环境条件[15].3　生物技术在百合育种上的应用3.1　种质资源离体保存离体保存包括冷冻保存和低温贮藏两种方法,在百合上均有应用.中国农业科学院作物品种资源所将由不定芽再生的组培苗转入16～18℃、光照1000lx、8h的低温种质库中保存.结果表明附加甘露醇的MS培养基具有增加百合离体种质存活率的作用.其中MS+甘露醇2%处理的效果最好,保存57第6期张　云等:百合品种改良与生物技术研究进展一年后的存活率高达92.9%[16].CPRO-DLO将百合活体在-2℃条件下贮存了3年,仍未丧失活力[15].3.2　胚、胚珠、子房、子房切片培养与杂交育种胚培养技术适用于那些授粉后杂种胚正常发育时间相对较长的杂交组合.利用这种方法,许多百合远缘杂交组合都获得了杂种植株.在胚培养的基础上,发展了胚珠、子房培养技术.有些杂种胚在发育早期即可能夭折,在此利用胚珠、子房、子房切片培养对于获得杂种就有很大的优势.授粉与胚培养的间隔为40d左右,而子房切片培养的间隔为7d,离体授粉则提前至开花前7d.离体培养使授粉、受精、胚发育的过程更易控制,与季节的相关性减少,试验的可重复性增大.胚培养的适宜培养基因杂交组合而有所不同[17,18].胚生长需要较高浓度的蔗糖,但浓度太高会使胚生长畸形;用甘露醇部分取代高浓度的蔗糖,可更好地调节培养基的高渗透压[19].高浓度的生长素、细胞分裂素也会导致畸形胚[19].3.3　花药培养与单倍体育种在N6培养基上,麝香百合的早、中期单核小孢子均产生了愈伤组织,其中单倍体和二倍体细胞均有[20].在亚洲百合杂种系`黄康奈狄克Connecticut King'的花粉培养中,17.6%的中、晚期单核小孢子产生了愈伤组织.根尖染色体鉴定表明有511为单倍体[21].在诱导花粉雄核发育的过程中,花粉在接种时所处的发育时期可能比培养基成分更重要.早、中期单核小孢子比晚期易产生愈伤组织[20].在接种前对花蕾进行冷处理,能增加发育成胚的小孢子数[20].暗培养有利于诱导愈伤组织[20].供体植株的生理状态也影响雄核发育.温室栽培比露地栽培植株的花药需要较高浓度的picloram和CTK,前者诱导愈伤组织的效果比2,4-D好[21].为了得到纯粹的配子体起源的愈伤组织,CPRO-DLO离体培养亚洲百合杂种系品种`Whilito'的花粉粒,诱导出了多核小孢子的雄核发育[22].3.4　基因工程基因工程可以定向地修饰花卉的目标性状并保持其他原有性状,在花卉育种上具有独特的优势.百合遗传转化体系的建立是百合基因工程的基础. CPRO-DL O应用基因枪法将报告基因GUS、NPTⅡ导入百合花粉,授粉后得到了表达GUS、NPTⅡ的转基因植株[15].日本广岛大学以花粉为受体,用基因枪法导入了GUS报告基因[23];以色列农业研究组织以愈伤组织为受体导入uidA、PAT基因,均得到了转基因植株[24].利用农杆菌介导法进行百合遗传转化也取得了成功[25,26],Cohen的试验表明能否转化取决于农杆菌的株系[26].百合转基因的方法还有电穿孔法等[27].3.5　良种快速繁育利用组织培养进行百合快速繁育,可在短期内获得保持原品种优良性状的大量脱毒种苗.外植体取材十分广泛,从根尖、鳞片叶、鳞片芽、珠芽、叶鞘[28],花蕾、花梗[29]、雌蕊、花柱[29]、花丝[30],到胚[31]、实生苗都有报道,其中以鳞片居多.发生途径以器官发生型为多见,亦有胚状体发生型[31,32]和愈伤组织发生型[33].但在百合生产上仍以鳞茎繁殖为主,这是因为不仅从脱毒苗到脱毒鳞茎需要较长的时间,而且脱毒鳞茎再次感染病毒的机会很多.4　百合育种的发展百合育种至今大约有100年的历史.近几十年来,随着育种方法的不断改进,百合的育种工作取得了卓越的成就.全世界以荷兰和美国为中心,培育出了数千个百合新品种.1960～1993年期间在英国威斯利植物园登录的新品种有5223个,其中欧洲2259个(其中荷兰782个)、美国2115个、大洋洲596个、亚洲153个、非洲100个.这些品种具有引人注目的观赏效果及出色的商业价值,在世界花卉市场上取得了很好的销售业绩.在育成的百合新品种中,绝大部分采用的是杂交育种的方法,其中相当一部分为远缘杂交.各种克服远缘杂交受精前、后障碍的技术在杂交育种中的应用,使这种古老的方法显示出勃勃生机,在百合育种领域取得了辉煌的成绩.我国许多百合原种具有艳丽的花色、直立或倾斜的花朵姿态、较大的花径、宜人的香气、提早或推迟的花期、很矮或很高的株型.利用杂交育种技术将这些优良性状引入其他杂种系或品种,即可实现花色、花香、花形、花期、株型等观赏性状的改良.对于抗病、抗寒、抗热、耐弱光、繁殖能力强、瓶插寿命、无花粉等栽培性状的改良,也可通过杂交育种实现.由于百合的病害十分严重,抗病育种成为近年来百合育种工作的一个新热点.一些抗病能力强的原种,如湖北百合、毛百合、山丹、岷江百合等,在抗病育种中得到了广泛应用.也可将抗病的相关基因转入栽培品种,从中筛选出既具有优良的观赏价值,又具较强抗性的植株.瓶插寿命的长短是衡量切花质量的一个重要指标.不同种、品种的百合对乙烯的反应不同;对乙烯敏感的种及品种,可通过基因工程控制乙烯代谢,延长瓶插寿命.无花粉与雄性不育相关,导入雄性不育基因,有望解决百合花粉污染的问题.为实现百合杂种苗的快速繁殖,组织培养技术不58北　京　林　业　大　学　学　报第23卷　失为一条可行的途径.参考文献1　Mynett 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