園林植物海棠花色基因工程研究進(jìn)展

王萬(wàn)京+王利凱+郭莉

摘 要：以海棠花色色彩資源基因工程為研究?jī)?nèi)容，通過(guò)對(duì)海棠的花色基因及花色影響系數(shù)的分析，對(duì)傳統(tǒng)花色育種進(jìn)行和現(xiàn)代基因工程進(jìn)行分析，總結(jié)出海棠花花色形成原理與基因工程實(shí)現(xiàn)花色資源改變的特點(diǎn)和規(guī)律總結(jié)基因工程對(duì)海棠種植資源對(duì)海棠應(yīng)用的相互作用關(guān)系。

關(guān)鍵詞：海棠；基因；花色；花青素

中圖分類(lèi)號(hào)：Q943 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.11974/nyyjs.20161233167

海棠作為重要的園林資源，在我國(guó)已經(jīng)有很多年的繁育栽培與育種歷史，在我國(guó)越來(lái)越多的地區(qū)海棠被作為觀賞樹(shù)種，海棠逐漸成為重要觀賞樹(shù)植物資源。

1 海棠的花色觀賞價(jià)值

海棠屬于薔薇科落葉小喬木或灌木觀賞植物，海棠枝干直立，通常高達(dá)3～5m，海棠花艷于寒梅，素與桃，獨(dú)具風(fēng)韻，花期通常在每年3月份左右到每年5月初，不同類(lèi)別，花期不同。

2 傳統(tǒng)花色育種研究進(jìn)展

花卉育種是花卉發(fā)展的重要基礎(chǔ)，通過(guò)選擇育種，雜交育種，誘變育種等方式，試圖改變植物花色，提高觀賞價(jià)值。但作為名花的海棠，在傳統(tǒng)的育種方法下，其花色一直沒(méi)有得到很大突破，花色多以單一的白色為主，很大程度上節(jié)制了海棠作為景觀觀賞樹(shù)種的功能發(fā)揮。

3 花色基因工程

花形成的原理，植物花的發(fā)育過(guò)程可分為花序的發(fā)育，花芽的發(fā)育，花器官的發(fā)育和花型的發(fā)育4個(gè)階段，研究表明在花的形成過(guò)程中， MADS的基因家族起著十分重要的作用。2000年，justinO.borevite報(bào)道了一個(gè)MYB類(lèi)轉(zhuǎn)錄因子由于調(diào)控苯基苯酸的生物合成而改變擬南芥的花及營(yíng)養(yǎng)器官的顏色，這表明2個(gè)基因不僅在擬南芥中，而且在其他植物中也確實(shí)能激活花青素的生物合成。通常情況下，其花由于細(xì)胞液泡中的pH值比較低，所以顯示為紅色。ANI基因是BHLH轉(zhuǎn)錄因子家族的成員之一，不僅調(diào)控著花青素的生物合成，而且還能使花瓣細(xì)胞液泡膜酸化，從而改變花色。

4 海棠花色基因工程研究

4.1 海棠花花色形成

海棠花色主要由幾類(lèi)主要的色素決定，花青素，類(lèi)黃酮，類(lèi)胡蘿卜素，生物堿等構(gòu)成，色素組分及其比例是花朵呈色的生理基礎(chǔ)。

4.2 海棠花色影響色素及研究

影響海棠的花色基因花青素，以及類(lèi)黃酮，類(lèi)胡蘿卜素，生物堿等?；ㄇ嗨兀Ｌ闹参镩_(kāi)花過(guò)程中花青素降解和色彩淡化的現(xiàn)象十分普遍。“穩(wěn)定性”是中國(guó)傳統(tǒng)海棠花色基本品種特征。海棠雜交育種實(shí)驗(yàn)明顯表明，通過(guò)雜交育種花青素含量和穩(wěn)定性顯著提高，海棠各花期階段的色彩觀賞性穩(wěn)定，大大的延長(zhǎng)了雜交種的海棠品種的紅艷觀賞期。提高了觀賞效果。類(lèi)胡蘿卜素，花瓣中多存在類(lèi)胡蘿卜素，它們能使花瓣葉片和果實(shí)呈黃色和橙色，其活性高低影響類(lèi)胡蘿卜素及其他產(chǎn)物的合成。

4.3 常見(jiàn)轉(zhuǎn)化方法

直接導(dǎo)入外源結(jié)構(gòu)基因改變海棠花色。如果海棠品種本身缺乏某種基因，可以通過(guò)對(duì)某種單一基因控制花色，對(duì)于單基因控制花色，可以在海棠品種基因直接導(dǎo)入外源結(jié)構(gòu)基因改變花色，矮牽牛就是通過(guò)直接導(dǎo)入外源結(jié)構(gòu)基因改變其花色，通過(guò)缺乏基因引入新的基因改變花卉花色；利用反義基因和共抑制原理改變海棠花色。將某一基因反向插入海棠植物表達(dá)載體，然后導(dǎo)入海棠植物體內(nèi)，當(dāng)基因進(jìn)入海棠植物體內(nèi)。這種錯(cuò)誤的DNA轉(zhuǎn)錄成RNA之后，可以與海棠基因內(nèi)源的互補(bǔ)MRNA結(jié)合，由此可見(jiàn)，共抑制原理在海棠花色基因工程中具有重要意義。可以作為研究海棠花色基因工程的重要方法；導(dǎo)入調(diào)節(jié)基因使海棠內(nèi)源基因活化使得海棠花色發(fā)生改變。當(dāng)海棠植物體內(nèi)本身含有的花色素代謝的結(jié)構(gòu)基因，由于組織特異性或缺乏調(diào)節(jié)基因表達(dá)產(chǎn)物的激活而不表達(dá)時(shí)，可以在海棠植物體內(nèi)導(dǎo)入調(diào)節(jié)基因，達(dá)到改變海棠植物花色的目的。

5 結(jié)論

海棠花色創(chuàng)新一直是花卉育種的熱點(diǎn)，因此海棠花色的創(chuàng)新亦成為海棠基因工程研究重點(diǎn)和未來(lái)的研究方向。海棠花色多樣性與局限性分析。通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)海棠品種的花色研究發(fā)現(xiàn)，粉色系列品種是海棠的主要品種，色彩局限性較大。隨著基因工程技術(shù)的進(jìn)步，海棠花色中大量紅色，紫色雜交品種在北美問(wèn)世，這促進(jìn)了海棠花色的多樣性。其中玫紅類(lèi)海棠即是特色類(lèi)，顯著豐富了觀賞海棠的花色多樣性。研究發(fā)現(xiàn)，泛紫色系與粉色系之間多存在親緣關(guān)系。海棠花色基因中。就花青素的穩(wěn)定而言，垂絲海棠與西府海棠相比，泛紫色系的的花青素含量和穩(wěn)定性顯著提高。其中紅肉蘋(píng)果的親本創(chuàng)造了泛紫紅色系海棠品種種群。泛紫紅色系和粉花色系海棠品種的色調(diào)分布值較大。實(shí)驗(yàn)說(shuō)明海棠可以通過(guò)改變花青素來(lái)改變花色。海棠花色可以產(chǎn)生多樣的色彩花色，但就目前生物技術(shù)的缺陷就是多有單一的親本；海棠花色改良育種策略。研究發(fā)現(xiàn)，海棠花中花青素以糖苷鍵結(jié)合為花青素苷，存在于花瓣表皮細(xì)胞的液泡中，呈現(xiàn)橙，紅，紫，藍(lán)等色彩，伴隨海棠花的成長(zhǎng)周期和海棠花的發(fā)育而逐漸積累形成。通過(guò)對(duì)中國(guó)海棠類(lèi)群的種植資源調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，花色性狀等表型多樣性的存在，這為色素穩(wěn)定性強(qiáng)的粉色系海棠選擇育種奠定了基礎(chǔ)。

綜上所述，海棠花色改良思路主要是基于特定海棠種質(zhì)資源內(nèi)因?yàn)槌霭l(fā)點(diǎn)。結(jié)合溫度、土壤等外因，伴隨生物技術(shù)的發(fā)展，其色素資源技術(shù)的成熟，會(huì)有越來(lái)越大的開(kāi)發(fā)利用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1]李厚華，趙冰.中國(guó)海棠[M]. 北京：中國(guó)林業(yè)出版社，2014.