国兰育种研究进展

来源:用户上传      作者: 牛田等

　　摘要：中国兰花是观赏植物，同时还有很高的文化价值和经济价值。为此，从杂交育种、组织培养、诱变育种、太空育种、基因工程技术等方面综合阐述了国兰育种的研究进展。
　　关键词：国兰； 育种技术； 研究进展
　　中图分类号：S682.31文献标识号：A文章编号：1001-4942（2013）07-0129-04
　　国兰，属于兰科（Orchidaceae）兰属（Cymbidium ）植物，是狭义的兰花，多年生草本花卉。国兰是我国十大传统名花之一，主要指春兰（C. goeringii）、蕙兰（C. faberi）、建兰（C. ensifolium）、 墨兰（C.sinense）和寒兰（C. kanran）五大类。其味清幽，花色芬芳，具有很高的观赏价值。本文综述了国兰不同途径育种的研究进展，以期对国兰育种和新品种选育提供理论基础和技术依据。
　　1杂交育种
　　1.1种子萌发
　　国兰种子萌发是国兰杂交育种的关键步骤之一。大部分洋兰（如大花蕙兰、蝴蝶兰等）杂交种子萌发容易， 出苗快。国兰杂交育种进展缓慢， 其重要原因就是其杂交种子萌发难，杂种试管苗出苗率低。 目前 ，兰花育种主要以传统的人工杂交为主，我国兰花杂交育种起步晚 ，品种改良缓慢 ，主要由于国兰杂交育种方法繁殖系数低、速度慢、周期长，同时后代性状容易分离，难以保持母本优良性状。目前，国兰无菌萌发已经研究成功。张东旭等（2009）[1]在蕙兰杂交种子无菌萌发研究中发现110天的种子接种在KC培养基上萌发效果最佳。庞蕙仙等（2010）[2]对春兰、豆瓣兰、莲瓣兰3种兰属植物进行种子萌发获得了成功。
　　1.2远源杂交
　　兰科植物多为异花授粉，而且大多为昆虫授粉。 但在引种驯化中， 野生兰没有特定昆虫授粉， 难以结实， 需人工授粉。因此， 过去只能利用野生兰自然变异进行选择育种。不同杂交组合产生的中间繁殖体不同，如墨兰和大花蕙兰杂交，其杂交种萌发后形成原球茎，植株再生通过原球茎途径进行，由于原球茎繁殖速度快，再生植株容易，产生试管苗易于成活，这为国兰的远缘杂交育种工作开辟了广阔的前景[3]。目前，一些研究人员已经取得了一定的成效。李方等（1998）[4]获得了蕙兰与台兰 （ C.floribundum var.pumilum）的杂交组合。徐晓薇等（2011）[5]利用寒兰与春兰、墨兰杂交获得成功。王丰妍等（2009）[6]获得了大花蕙兰与春剑的杂交组合。
　　2组织培养
　　2.1中国兰花组培程序和外植体
　　Morel（1960）[7]利用植物组织培养技术将兰花茎尖分生组织诱导形成原球茎并分化成植株，导致了兰花栽培的变革，实现了兰花生产的工厂化与商品化。国兰离体培养程序的不同，往往是外植体来源的不同。中国兰组织培养主要从两方面进行，即通过种子及茎尖、侧芽和花芽等外植体培养。如种子繁殖途径，种胚分裂增殖形成原球茎或类原球茎，原球茎形成毛状突起，其中一部分直接发育成芽，再形成不定根后形成完整植株，有的是原球茎形成毛状突起后分裂延伸形成根状茎，根状茎顶端发育成芽。如茎尖、侧芽和花芽繁殖途径，从原球茎阶段到幼苗的发育过程两者相似[8]，只是从种子萌发得到的根状茎增殖速度比来自茎尖、侧芽和花芽等外植体的根状茎快。
　　兰花种子在自然条件下萌发难 ，除了胚发育不完全，还与种皮通透性差或种皮中含有抑制物等有关[9]。孙志栋等（2006）[10]用春兰的种荚成功诱导出原球茎。项艳等（2003）[11]用墨兰茎尖和芽成功诱导出类原球茎。杨宣华（2008）[12]利用国兰“金嘴”茎尖诱导产生原球茎。尽管茎尖和侧芽是很好的外植体材料， 但有损于母体的生长， 且芽的数量有限。若采用花芽代替茎尖或侧芽进行组织培养，可使母体免于受伤，此方法有待于进一步研究。
　　2.2培养基和植物生长调节物质
　　目前国兰组织培养中所用的培养基比较多，如MS、 KC、VW、 RM、 H、 White 及其改良型。国兰组织培养的不同阶段对培养基要求不同，例如用于原球茎诱导增殖的培养基，常用的是改良的 MS、 White、VW、Kyoto等，而且B5，B11等培养基也在应用中[13]。春兰需要无机盐含量较低的培养基，其长期继代培养以1/2MS为宜[14]，而蕙兰、墨兰则要求无机盐含量较高的培养基[15，16 ]。泰山林业科学研究院在对国兰多年的研究中发现蕙兰杂交种子接种在KC培养基上萌发效果最佳，原球茎增殖的最佳培养基为W培养基，而根状茎分化和生根的基本培养基以MS为宜。
　　目前常使用的外源激素主要是生长素类物质 （ 如IAA、2， 4-D 和NAA） 和细胞分裂素类物质 （ 如6-BA、ZT和KT）。对不同的兰花来说， 在不同的生长发育阶段所需激素的量和种类都不尽相同。研究表明，2，4-D、KT、GA3+NAA 有助于兰属杂交种原球茎的生长， 2，4-D+GA3 有利于芽的生长， GA3+NAA有利于根的形成[17]。 NAA 和KT 能促进兰属原球茎的生长[18]。 KC+6-BA 2.0 mg/L+ NAA 0.5 mg/L对原球茎的分化效果最好[6]。NAA 0.1 mg/L+6-BA 0.1 mg/L适合春兰根状茎的增殖，而IBA 1.0 mg/L+6-BA 1.0 mg/L对春兰根状茎分化效果最好[14]。 　　3诱变育种
　　3.1自然诱变育种
　　诱变育种是兰花新品种选育的有效途径。主要是使染色体加倍的方法培育出花朵硕大、花色芬芳、抗性强的兰花新品种。同时，多倍体育种可以使兰花植株粗壮、叶片宽厚，从而提高兰花的整体观赏价值。多倍体植物在自然界中是普遍存在的，在兰花育种过程中可通过筛选、鉴定的方法获得天然的多倍体植株。但是自然诱变的多倍体出现频率很低，远远不能满足国兰遗传育种工作的需要。
　　3.2物理方法诱变育种
　　利用物理方法使植物体染色体组加倍，其中包括低温处理、高温处理、辐射诱导等。例如马丽娅等（2011）[19]用 60Co-γ射线照射蝴蝶兰盆栽苗，以探讨蝴蝶兰遗传稳定性。张永柏等（2009）[20]用60Co-γ射线照射蝴蝶兰花粉，选育出1个优良变异株系。彭绿春等（2009）[21]用60Co-γ射线不同剂量辐射四种兰花组培苗，并观察当代表型变异率。
　　3.3化学试剂诱变育种
　　利用秋水仙素诱导染色体加倍的方法是目前使用广泛，同时也是诱导率最高的方法。李涵等（2005）[22]使用秋水仙素诱导二倍体齿瓣石斛，成功获得四倍体植株；张莹等（2009）[23]使用秋水仙素诱导二倍体石斛杂交品种Den. utopia ‘Messenger’ ×Den. whiterabbit ‘Sakurahime’ 获得四倍体植株。杨丽娟等（2009）[ 24 ]使用秋水仙素诱导二倍体大花蕙兰品种 “红宝石”获得四倍体植株。但是有关国兰的秋水仙素诱导尚未见报道。
　　3.4太空育种
　　太空育种主要是通过强辐射、微重力和高真空等诱发植物体基因突变，从而培育出新品种。太空育种具有高产、优质、早熟、抗病力强等特点。在 2005 年广州举办的第二届中国盆栽花卉交易会上， 首次展出了经我国“神舟3号”飞船搭载的“太空兰花” —— 石斛兰（Dendrobium）， 该植株开花期提前了 3～4个月， 花枝数增加[25]； 俄罗斯在“礼炮号”和“和平号” 空间站种植的兰花， 繁殖快、成熟早[26]。可见， 利用航天技术进行兰花育种将产生类型更多、范围更广的变异类型， 对品种改良和种质资源拓展提供了新的途径。
　　4基因工程育种
　　4.1基因克隆
　　田瑞雪等（2011）[27]利用同源基因克隆方法，以墨兰、春兰为材料， 分别以cDNA第一链和基因组DNA为模板，用 RT-PCR和PCR方法克隆肌动蛋白基因（Actin）片段， 并进行序列和表达分析。崔波等（2009）[28]以蝴蝶兰的RNA为模板反转录合成cDNA，从中克隆ACC合成酶的基因片段，经测序后以反方向插入载体中， 构建了ACC合成酶反义基因的植物表达载体。向林等（2011）[29]利用 RT-PCR结合 cDNA末端快速扩增 （RACE） 技术从春兰中获得了一个与花发育相关的GLO基因， 并对其进行了初步的表达分析。
　　4.2基因转化
　　邵寒霜等（2000）[30]构建一个适合在单子叶植物中高效表达的含有Lfy cDNA的表达载体（PBL-1），应用基因枪转化法将其导入兰花原球茎中，获得了一些卡那霉素抗性克隆。张振华等（2011）[31]用含有建兰花叶病毒外壳蛋白基因CyMV-CP的pBI121为表达载体，以继代培养 2～3 次的石斛类原球茎为转化受体，用农杆菌介导法转化石斛，建立并优化了石斛的遗传转化体系。郝曜山等（2010）[32]以蝴蝶兰花梗腋芽诱导的类原球茎体为受体材料，利用农杆菌侵染并在侵染前后辅以超声波及负压处理的方法将gus基因导入蝴蝶兰中，初步建立了蝴蝶兰遗传转化体系。
　　5问题与展望
　　目前，兰花正在向市场化、商业化、规模化生产的方向发展，兰花育种也同样面临着新的挑战。目前兰花育种仍主要靠传统的育种技术， 引种驯化不利于资源保护， 自然条件下突变体筛选， 变异频率远远不能满足需要， 人工诱变虽然提高了变异频率， 但育种目标不确定， 盲目性较大。目前，以组培为手段开展中国兰的多途径综合育种， 尤其是开展种属间杂交， 并结合染色体加倍形成异源四倍体，从而培育出花色艳丽、株型大而紧凑、具有香味的优良品种。随着生物技术的飞速发展， 利用生物技术进行兰花育种将成为新的育种途径， 通过基因转化， 有目的地转入花色、花期、花型、抗性等单个基因， 使育种目标有定向性。随着兰花育种的不断发展，我国必将培育出更多具有自主知识产权的兰花新品种，从而使国兰走向世界。
　　参考文献：
　　[1]张东旭， 李承秀， 王长宪，等.蕙兰杂交种子的无菌萌发和快速繁殖研究 [J].中国农学通报，2009，25（12）：159-164.
　　[2]庞惠仙， 杨红明， 马骏，等. 春兰、豆瓣兰、莲瓣兰和春剑 4种国兰种子萌发特性研究初报[J].西部林业科学， 2010，3：60-64.
　　[3]张志胜，何琼英，傅雪琳，等.中国兰花远缘杂交及杂交种子萌发的研究[J]. 华南农业大学学报，2001，22（2）：62-65.
　　[4]李方， 陈昆松，陈汉韬，等. 蕙兰 × 台兰种间杂交种子无菌播种育苗技术研究[J].浙江农业大学学报，1998，24（1）：69-73.
　　[5]徐晓薇，柴明良，杨燕萍，等.寒兰杂交及种子离体萌发研究[J]. 园艺学报，2011，38（10）：2010-2016.
　　[6]王丰妍，李承秀，王长宪，等.大花蕙兰与春剑杂交原球茎增殖及分化研究[J].中国农学通报， 2009，25（23）：327-330. 　　[7] Morel G. Producing virus free Cymbidium[J]. Am. Orchid. Soc.Bull， 1960， 29： 495-497.
　　[8] 陈汝民， 叶庆生， 王小菁. 墨兰种子胚的发育和培养初步研究[J].热带亚热带植物学报， 1995，3（4）：72-75.
　　[9]范成明，李枝林，何月秋，等.兰花组织培养及分子生物学研究进展[J].园艺学报，2003，30（4）：487-491.
　　[10]孙志栋 ，陈惠云 ，葛红，等.中国春兰组织培养初探[J].安徽农学通报，2006，12（1）：20.
　　[11]项艳， 於凤安，彭镇华. 墨兰离体快繁研究[J].林业科学研究，2003，16（4）：434-438.
　　[12]杨宣华. 国兰——金嘴组培苗快速生根培养的研究[J].现代农业科学，2008，5（6）：18-19..
　　[13]贾勇炯，陈放，林宏辉，等. 建兰簇生原球茎的诱导及分化诸因素研究[J].四川大学学报（自然科学版），1998，2：258-262.
　　[14]潘银萍，李承秀，王长宪，等. 春荷鼎杂交根状茎的组培快繁的研究[J]. 中国农学通报， 2010，26（5）：209-212.
　　[15]张菊野， 俞玲凤， 连宏坤. 几种影响春兰原球茎生长与分化的因素[J]. 植物生理学通讯，1993，29（3）：175-178.
　　[16]陈丽， 潘瑞炽， 陈汝民. 墨兰原球茎生长的研究[J]. 热带亚热带植物学报， 1999， 7（ 1） ： 59-64.
　　[17]Whimber D D. Clonal multiplication of Cymbidium through tissue culture of the shoot meristem[J]. Am. Orchid. Soc.Bul1，1963 ，32：105-107.
　　[18]Peak K Y， Chun C K. Effect of pH on the organogenesis and nutrient uptake through Cymbidium protocorms culture[J]. Korean. J. Plant Tiss. Cult.，1985，12（2）：1-7.
　　[19]马丽娅，章铁. 60Co-γ射线辐照对蝴蝶兰遗传稳定性的影响[J]. 安徽农业大学学报， 2011， 38（5）： 802-805.
　　[20]张永柏，廖福琴，钟淮钦，等. 蝴蝶兰花粉辐射诱变育种初报[J]. 福建农业学报， 24（ 3） ：237-240. 2009.
　　[21]彭绿春，黄丽萍，余朝秀，等. 四种兰花辐射育种研究初报[J].云南农业大学学报，2007，22（3）：332-336.
　　[22]李涵，郑思乡，龙春林. 齿瓣石斛多倍体的诱导初报[J]. 云南植物研究，2005 27（5）： 552-556.
　　[23]张莹，王雁，李振坚. 秋水仙素诱导石斛多倍体的初步研究[J]. 核农学报，2009，23（3）：413-417.
　　[24]杨丽娟，高素萍，邹宗兰，等. 秋水仙素离体诱导大花蕙兰多倍体试验[J]. 北方园艺，2009，6：51-53.
　　[25]俞玟.太空兰花下凡 引发商机一片[J].农村实用技术，2006，2：17.
　　[26]季孔庶.园林植物高新技术育种研究综述和展望[J].分子植物育种，2004，2（2）：295-300.
　　[27]田瑞雪，张胜鹏，张建霞，等.国兰肌动蛋白基因片段的克隆与表达分析[J]. 热带亚热带植物学报，2011， 19（1）：56-62.
　　[28]崔波，蒋素华，马杰，等.蝴蝶兰 ACC合成酶基因片段的克隆及其反义表达载体的构建[J].安徽农业科学，2009，37（34）：16781-16782，16785.
　　[29]向林， 李伯钧， 秦德辉等.春兰GLO基因的克隆和实时定量表达分析[J].浙江农业学报，2011，23（3）：517-522.
　　[30]邵寒霜，李继红，王胜培. lfy cDNA 高效单子叶植物表达载体的构建及转化兰花研究初报[J] .热带作物学报，2000，21（3）：58 -62.
　　[31]张振华，王涛，陈喜蓉，等.农杆菌介导的CyMV-CP基因对石斛遗传转化研究[J].热带作物学报，2011，32（3）：463-467.
　　[32]郝曜山，杜建中，孙毅. 农杆菌介导转化蝴蝶兰遗传体系的研究[J].山西农业大学学报（自然科学版）， 2010，30（3）：205-208.
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