观赏植物花色改良技术与应用

  作为观花植物，花色的优劣直接关系到它的观赏价值和商业价值，特别是随着经济的快速发展，人们对花卉的需求也日益增加，一些具有新、奇、特花色的观赏植物更是具有广阔的市场前景，深受消费者厚爱。长期以来，育种工作者一直通过杂交育种、突变育种和基因工程等技术来培育各种观赏植物的花色突变体，满足市场需求。本文主要介绍了杂交育种、突变育种和基因工程在改良观赏植物花色上所取得的成就，同时简单比较了3种技术的优缺点，提出了3种技术，在观赏植物花色改良中存在的问题及应用前景，以供育种工作者开展相关研究时借鉴与参考。

  1、杂交育种改良花色
  杂交育种是目前观赏植物品种改良的主要途径，也是创造新花色的重要方法。利用杂交育种能使观赏植物产生变异丰富的杂交后代，从而选育出花色丰富的观赏植物品种。早在1848年法国人Annee就对美人蕉属(Canna)植物进行杂交，使美人蕉属植物的园艺性状得到明显改善，即叶色和花色发生变异，产生了紫红色叶片的种类和橙黄色花朵的种类，开启了美人蕉属植物杂交育种改良花色的先河。据刘泰和1984年的报道，经过国内外100多年对报春花(Primula malacoides)的杂交育种研究，选育出了朱红、大红、桃红、玫瑰红、浅蓝色、复色、白色、深蓝、墨红、黄色十大色系报春花品种。黄振国利用美国种植的杂种荷花Mrs. Perry D. Slocum(红千叶×美洲荷花)作亲本进行人工控制自交，获得世界上唯一重瓣、黄色、大花的荷花新品种，从而填补了中国荷花缺少重瓣黄色品种的空白。Umiel等在以香石竹(Dianthus caryophyllus)为中心的石竹属(Dianthus)种间杂交中，得到了许多新的花色类型，表现在基斑的形状、花瓣中心的斑点及不同色彩和亮度的组合等，目前已选育出多个新型的香石竹品种。Stephens等在凤仙花属(Impatiens)种间杂交中发现橙色花为完全显性。Okazaki等为了把粉红色引入开白花的麝香百合(Lilium longiflorum)中，用切割花柱授粉法进行麝香百合与L. rubellumt和L. japonicum杂交，随后结合胚培养，获得了从白色到比L. rubellum浅一些的各种花色变异的杂交后代。Uemoto等用山茶花(Camellia japonica)的白花品种Hatsu- Arashi与金花茶(C. nitidissima)杂交，得到了粉白色杂交后代。Griesbach等将虎眼万年青属(Ornithogalum)的橙色短花序种O. dubium与白色长花序种O. Thyrsoides杂交，通过胚培养和回交，在F2代出现了橙色长花序的新类型，这是典型的重组育种。程金水等利用金花茶(C. nitidissima)与山茶栽培品种进行杂交，从而培育黄色系重瓣大花山茶花新品种。据朱根发报道，利用杂交育种方式对蝴蝶兰(Phalaenopsis aphrodita)花色改良，已培育出诸如黄花系蝴蝶兰、红花系蝴蝶兰、斑点系蝴蝶兰、线条花系蝴蝶兰、大白花系蝴蝶兰、白花红唇系蝴蝶兰等。
  由此可见，通过杂交育种手段已培育出了大量观赏植物的花色新品种。但这种育种方式在操作方式上需要选择合适的亲本，注意正反交；进行多父本授粉和重复授粉；采用母本花粉蒙导法和切割花柱法，从而使操作费时费力，而且结果的可预见性较低。因此还需要找到更直接、更有目的地改变观赏植物花色的方法。
  2、突变育种改良花色
  自发突变产生的新花色突变体是选育新花色品种的重要遗传资源。如在二倍体的白花仙客来(Cyclamen persicum)自交系中出现了黄花突变体，这可能是缺少查尔酮-黄酮转化的活性基因造成的，可望培育深黄色仙客来。但是自发突变在自然界的频率是较低的，有时是万分之几，甚至十万分之几。因此，利用观赏植物自发突变选育新花色品种的报告较少。
  辐射诱变也是创造新花色的重要手段，它能提高突变频率，扩大突变谱，诱变后的突变率可比自然界的突变率提高100倍以上，甚至1000倍。单个色素合成酶基因的突变即可产生新的花色。如Banerji等用1.5、2.0、2.5 Krad γ射线照射‘Anupam’菊花的生根插条，M1出现了花色突变的嵌合体，从中分离出了3个花色突变体。Enkatachalam等用γ射线照射橙粉色百日菊(Zinnia elegans)，M2中出现了洋红、黄、红、红底白点等花色突变体。李慧芬等利用60Co γ射线辐照3个月季品种，经过5年试验，先后获得数个花色、叶色等突变体，从中选出1个优良突变系，经嫁接、组培养殖，培育出1个月季新品种——霞晖。
  利用突变育种改良花色，在一定程度上能得到花色突变种，但这种方法同杂交育种一样，突变方向是不定的，目前很难人为地控制它；并且有益突变率还比较低，有时发生逆突变，恢复原来的性状等，所以利用突变育种改良花色的方法需要与其它花色改良的方法相结合，以期收到更好的效果。
  3、基因工程改良花色
  与杂交育种和突变育种改良花色相比，植物基因工程为花色的改良提供了全新的思路，它可以定向修饰观赏植物的特定性状而不丧失原有的其他性状，能使观赏植物的花色向人们预期的方向转化；同时，作为观赏而非食用的转基因花卉容易被公众接受，因此，近年来花色基因工程取得了令人瞩目的进展，目前已获得了一批花色改良的转基因花卉。
  3.1 反义RNA技术
  该法是通过抑制类黄酮或类胡萝卜素等生物合成基因的活性从而导致中间产物的积累影响花色的。利用该技术已在矮牵牛(Petunia hybrida)、菊花(Dendranthema morifolium)等几种观赏植物中成功地进行了花色修饰。1988年，van der Krol等首先采用此法获得了矮牵牛花色变异新品种。他们将编码查尔酮合成酶CHS的结构基因反向导入矮牵牛植株，转基因株的花色由紫色变成白色。Deroles等将反义CHS基因导入草原龙胆(Eustoma ressellianum)，使它的花色由紫色变为白色。Elomaa等通过根癌农杆菌介导法，将CHS反义基因导入非洲菊(Gerbera jamesonii)，改变了非洲菊的正常着色，由红色变为粉红色。Courtney-Gutterson等同样利用根癌农杆菌介导法将菊花的CHS基因正向、反向导入菊花品种，正向、反向转基因植株均出现开白花或极淡粉色花的菊花新类型。
  3.2 共抑制法
  该法是通过导入1个或几个外源基因的额外拷贝，达到抑制内源基因转录产物的积累，进而抑制该内源基因表达的技术，所以共抑制也叫转录后水平的基因沉默(post transcriptional gene silencing, PTGS)。使用这种方法已经在矮牵牛、菊花、蓝猪耳(Torenia fournieri)、玫瑰(Rosa rugosa)、康乃馨(Dianthus caryophyllus)等花卉的花色修饰中取得了成功。1990年在Jorgenson教授实验室首先发现共抑制现象，他们将CHS导入矮牵牛，转化株的花色素苷合成受到抑制，42 %的转化株产生完全白花和紫白嵌合花。Aida等分别将DFR和CHS导入蓝猪耳中，转基因株系的花冠花色素苷含量均呈不同程度的减少，位于花筒的花色素苷含量减少程度大于花冠檐，花筒的颜色几近白色。邵莉等将CHS基因正向导入开紫色花的矮牵牛中，得到了开白花和紫白相间花的转基因植株。