中國(guó)郁金香種質(zhì)資源與育種研究進(jìn)展

崔玥晗，邢桂梅，張艷秋，田海亮，付麗銘，屈連偉

（遼寧省農(nóng)業(yè)科學(xué)院花卉研究所，遼寧沈陽(yáng) 110161）

郁金香為百合科（Liliaceae）郁金香屬（TulipaL.）多年生草本植物，又名洋荷花、洋水仙、草麝香，是世界著名的球根花卉。郁金香外形典雅、花色純正、種類(lèi)繁多，深受世人喜愛(ài)，被譽(yù)為“花中皇后”，是荷蘭、伊朗、匈牙利等多國(guó)的國(guó)花[1]。目前，郁金香的栽培品種已達(dá)到8 000多個(gè)[2]，廣泛應(yīng)用于花海展示和鮮切花生產(chǎn)。荷蘭郁金香生產(chǎn)和銷(xiāo)售量居全球之首，為世界郁金香第一大國(guó)[3]，其新品種選育、種球繁育等方面的研究處于世界領(lǐng)先地位。近20年來(lái)，我國(guó)對(duì)郁金香需求量穩(wěn)步增長(zhǎng)，尤其近幾年來(lái)隨著國(guó)內(nèi)郁金香花海熱的興起，進(jìn)口郁金香種球的數(shù)量增長(zhǎng)迅猛，年增長(zhǎng)量在30%以上，2018年郁金香種球進(jìn)口量達(dá)4億粒。中國(guó)應(yīng)用的郁金香種球主要依賴進(jìn)口，國(guó)內(nèi)郁金香市場(chǎng)直接受到荷蘭郁金香產(chǎn)量波動(dòng)的影響。2018年荷蘭受極端天氣影響，郁金香種球較2017年減產(chǎn)30%左右，導(dǎo)致國(guó)內(nèi)種球價(jià)格出現(xiàn)不同程度上漲[4]。我國(guó)郁金香研究起步較晚，技術(shù)水平落后，缺少具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的品種，這些問(wèn)題嚴(yán)重制約了我國(guó)郁金香產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。因此，深入調(diào)查我國(guó)分布的郁金香野生資源，加大郁金香科研力度，對(duì)推動(dòng)郁金香新品種選育及種球國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程具有重要意義。

1 郁金香屬植物分類(lèi)及種質(zhì)資源研究

1.1 郁金香的起源與分類(lèi)

郁金香屬是由林奈于1753年創(chuàng)立的。關(guān)于郁金香屬的起源問(wèn)題，Hoog[5]分析認(rèn)為，真正的起源地是天山和帕米爾—阿賴地區(qū)，從那里向四周呈遞減的趨勢(shì)。梁松筠[6]通過(guò)對(duì)郁金香屬植物地理分布的分析表明，郁金香屬在中亞地區(qū)不僅種類(lèi)多而且類(lèi)型豐富，其原始和進(jìn)化類(lèi)群均有，說(shuō)明中亞地區(qū)是郁金香屬的多樣化中心。

隨著研究的不斷深入，郁金香屬植物的新種不斷被發(fā)現(xiàn)。據(jù)《中國(guó)植物志》記載，郁金香屬植物約為150種，主要分布在亞洲、歐洲及北非地區(qū)，其中地中海至中亞地區(qū)分布最為豐富。我國(guó)有14種，其中1種為引種栽培，2種分布在東北和長(zhǎng)江下游各省，其余11種均分布在新疆[7]。新疆是我國(guó)野生郁金香資源分布最多的地區(qū)，電影《冰山上的來(lái)客》中的歌曲“花兒為什么這樣紅”以及電影《天山上的紅花》中的“紅花”指的就是郁金香[8]。

郁金香屬植物的分類(lèi)系統(tǒng)主要有Kouch系統(tǒng)、Baker系統(tǒng)、Boissier系統(tǒng)、Vvedenskii系統(tǒng)、Botschantzeva系統(tǒng)、Hall系統(tǒng)、Stork 系統(tǒng)，Mao系統(tǒng)、Liang系統(tǒng)、Tamura 系統(tǒng)和 Van Raamsdonk&De Vries系統(tǒng)[6，9-10]。在Van Raamsdonk和De Vries分類(lèi)系統(tǒng)中，將郁金香屬分為2個(gè)亞屬：Tulipa和Eriostemones。Tulipa亞 屬 又 進(jìn) 一 步 分 為T(mén)ulipa、Eichleres、Tulipanum、Kolpakowskianae和Clusiana5個(gè)組，該亞屬較常見(jiàn)的野生種為郁金香（T.gesnerianaL.）。Eriostemones亞屬又進(jìn)一步分成Australes、Saxatiles和Biflores3個(gè)組，較常見(jiàn)野生種有福斯特郁金香（T.fosterianaHoog ex W Irving）、格雷格郁金香（T.greigiiRegel）和考夫曼郁金香（T.KaufmannianaRegel）等[3]。

20世紀(jì)80年代，國(guó)內(nèi)已有學(xué)者對(duì)郁金香的分類(lèi)學(xué)進(jìn)行了研究。根據(jù)《中國(guó)植物志》記載，我國(guó)主要分布4個(gè)組，包括有苞組 [Sect.Amana（Honda）Mao，comb.nov.]、毛蕊組（Sect.EriostemonesBoiss.）、無(wú)毛組 （Sect.LeiostomonesBoiss.）和長(zhǎng)柱組（Sect.OrithyiaBaker）[7]。梁松筠[6]將郁金香屬分為郁金香組（Sect.Tiulpanum）、無(wú)毛組[Sect.Tulipa（Leiostemones）]、扭藥組（Sect.Spiranthera）、雞冠組（Sect.Lophophyllon）、毛蕊組（Sect.Eriostemones）、長(zhǎng)柱組（Sect.Orithyia）、有苞組（Sect.Amana）7個(gè)組。譚敦炎等[11]以18個(gè)郁金香野生種為試材，系統(tǒng)研究了它們的形態(tài)學(xué)性狀，結(jié)果表明：有苞組（Amana）與毛蕊組（Eriostemones）、無(wú)毛組（Leiostemones）、長(zhǎng)柱組（Orithyia）和郁金香組（Tulipanum）在分支樹(shù)上各成一支。Amana有些特征與郁金香屬植物不同，如具有苞片、雌蕊花柱長(zhǎng)度與子房長(zhǎng)度幾乎相同等。通過(guò)對(duì)郁金香屬植物葉表皮、花粉、種皮等形態(tài)特征和胚囊發(fā)育過(guò)程的研究，發(fā)現(xiàn)有苞組與狹義郁金香屬存在顯著的差異。通過(guò)基因序列分析，確定了有苞組和豬牙花屬的親緣關(guān)系較近，因此認(rèn)為Amana應(yīng)脫離郁金香屬，而獨(dú)立為老鴉瓣屬（AmanaHonda）。最新版APG IV分類(lèi)系統(tǒng)基于分子水平的證據(jù)，將有苞組從郁金香屬中分離出來(lái)，獨(dú)立為老鴉瓣屬（Amana）[12]。

1.2 郁金香種質(zhì)資源研究

1.2.1 野生種質(zhì)資源雜交利用。郁金香野生種在郁金香新品種選育歷程中起到了重要作用。尖瓣郁金香（T.acuminata）被認(rèn)為是郁金香的始祖，郁金香（T.gesneriana）是歐洲現(xiàn)代郁金香雜種的主要始祖，格雷格郁金香（T.greigiiRegel）是培育格里克型郁金香的主要親本，福斯特郁金香（T.fosterianaW.Irving.）是培育福斯特型郁金香的主要親本，考夫曼郁金香（T.kaufmanianaRegel）是培育考夫曼型郁金香的親本，香花郁金香（T.suaveolensRoth）是單瓣早花類(lèi)型及重瓣早花類(lèi)型的主要親本。除此之外，克魯西郁金香（T.clusiana）、垂花郁金香（T.retroflexa）、綠花郁金香（T.viridiflora）等都是重要的種質(zhì)資源，在育種過(guò)程中都有過(guò)應(yīng)用[13]。

1.2.2 我國(guó)分布的野生郁金香資源。我國(guó)野生郁金香分為有苞組、無(wú)毛組、毛蕊組、長(zhǎng)柱組4類(lèi)，其中有苞組包括老鴉瓣（Amana edulis）、二葉郁金香（Amana erythronioides）；無(wú)毛組包括準(zhǔn)噶爾郁金香（T.schrenkii）、伊犁郁金香（T.iliensis）、遲花郁金香（T.kolpakowskiana）、天山郁金香（T.tianschanica）、阿爾泰郁金香（T.altaica）、新疆郁金香（T.sinkiangensis）；毛蕊組包括柔毛郁金香（T.buhseana）、垂蕾郁金香（T.patens）、毛蕊郁金香（T.dasystemon）；長(zhǎng)柱組包括單花郁金香（T.uniflora）、異瓣郁金香（T.heteropetala）、異葉郁金香（T.heterophylla）[7]。

隨著近些年我國(guó)郁金香科研的不斷發(fā)展，一些郁金香新種包括塔城郁金香（T.tarbagataica）、賽里木湖郁金香（T.tianschanicavar.sailimuensis）、括蒼郁金香（Amana kuocangshanica）、皖郁金香（Amana anhuiensis）等陸續(xù)被發(fā)現(xiàn)。目前，我國(guó)郁金香屬植物已達(dá)到18種（含1變種），其中13種分布于新疆，其余5種分布于我國(guó)東北地區(qū)和長(zhǎng)江中下游各省[14]。

2 郁金香育種研究現(xiàn)狀

1593年植物學(xué)家Carolus Clusius將從土耳其引種到維也納的郁金香帶到荷蘭，并傳遍荷蘭、歐洲乃至整個(gè)世界，至今已有400多年的育種史[15]。到20世紀(jì)70年代，郁金香的育種已形成完整體系[16]。國(guó)內(nèi)外學(xué)者利用傳統(tǒng)雜交育種、倍性育種、現(xiàn)代分子生物技術(shù)等手段實(shí)現(xiàn)了郁金香育種技術(shù)的飛躍發(fā)展，選育的新品種層出不窮。

近些年，我國(guó)郁金香產(chǎn)業(yè)發(fā)展很快，種球的使用量逐年上升，但是市場(chǎng)上尚無(wú)我國(guó)自主產(chǎn)權(quán)的郁金香品種的大量應(yīng)用。目前，國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)郁金香的研究主要集中在生物學(xué)特性、生理特性、栽培方法、病蟲(chóng)害防治等方面，郁金香的育種工作仍處于起步階段。歐陽(yáng)彤等[17]以栽培品種為親本，進(jìn)行雜交試驗(yàn)，獲得了一部分雜交后代。上海交通大學(xué)通過(guò)芽變篩選的方法選育出郁金香新品種‘上農(nóng)早霞’[18]。遼寧省農(nóng)業(yè)科學(xué)院郁金香團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)近20年的育種研究，已成功選育出7個(gè)具有我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的郁金香新品種，其中‘天山之星’（Star of Tianshan）、‘和平時(shí)代’（Peace Time）、‘豐收季節(jié)’（Harvest Time），‘金色童年’（Golden Childhood）和‘伊犁之春’（Spring of Ili）5個(gè)品種已完成了國(guó)際登錄；‘黃玉’和‘紫玉’已成功在遼寧省非主要農(nóng)作物品種備案委員會(huì)進(jìn)行了品種備案[19-20]。

2.1 雜交育種

雜交是最重要的傳統(tǒng)育種方式，也是新品種選育的主要手段。大多數(shù)育種家都采取種內(nèi)雜交，獲得新品種也較容易。一些野生種往往具有較強(qiáng)的抗性和適應(yīng)性，因此，栽培品種和野生種的遠(yuǎn)緣雜交是獲得優(yōu)良新品種的重要途徑[21]。但遠(yuǎn)緣雜交往往存在受精前障礙和受精后障礙[22]。受精前障礙主要是指：花粉與柱頭的不親和、花粉不能萌發(fā)、花粉管不能伸長(zhǎng)、花粉管能夠伸長(zhǎng)但不能到達(dá)胚珠或到達(dá)胚珠后不能完成受精，這些障礙可以通過(guò)柱頭切割、柱頭嫁接等方法予以克服[3]。孫曉梅等[23]研究了不同處理方法對(duì)郁金香品種‘夜王后’和‘K奈利斯’自交、雜交不親和性的影響，結(jié)果表明，延期授粉有利于克服‘夜王后’和‘K奈利斯’自交不親和性，10 mg/LGA處理柱頭能夠刺激果實(shí)膨大；刮柱頭處理對(duì)克服‘夜王后’和‘K奈利斯’雜交不親和效果最好。受精后的障礙表現(xiàn)為：雜種胚發(fā)育不全或中途敗育，可以通過(guò)子房切片培養(yǎng)、子房培養(yǎng)及幼胚培養(yǎng)等予以克服。Custers等[24]采用胚搶救、胚珠培養(yǎng)的方法成功獲得了T.gesneriana種內(nèi)雜交和T.gesneriana×T.kaufmanniana的種間雜交苗，為克服受精后障礙提供了參考。

2.2 倍性育種

倍性育種是選育新品種的重要手段，而多倍體育種是提高園藝作物生長(zhǎng)勢(shì)和抗逆性的重要途徑之一。郁金香的多倍體品種較少，有報(bào)道指出，在600個(gè)郁金香品種中只發(fā)現(xiàn)了81個(gè)三倍體和4個(gè)四倍體[25]。市場(chǎng)上應(yīng)用的郁金香品種絕大多數(shù)是二倍體；僅達(dá)爾文類(lèi)品種多數(shù)為三倍體，極少數(shù)四倍體。趙雁等[26]用不同濃度的秋水仙堿處理6個(gè)郁金香栽培品種花器官，成功誘導(dǎo)出3個(gè)二倍體品種‘奧維茨’、‘法國(guó)之光’和‘比萬(wàn)普特’的2n配子，為郁金香的有性多倍化育種提供了參考。徐萍[27]研究了不同倍性的親本材料之間的雜交性狀，結(jié)果表明，二倍體與二倍體或四倍體相互雜交結(jié)實(shí)率較好，而三倍體與二倍體或四倍體雜交成功率較低。屈連偉[25]通過(guò)對(duì)分布在我國(guó)的8個(gè)野生種和42個(gè)栽培品種進(jìn)行倍性及花粉生活力研究，確定了8個(gè)野生種均為二倍體，其中，天山郁金香、新疆郁金香和異葉郁金香的染色體數(shù)目為首次報(bào)道，老鴉瓣具有二倍體和四倍體2個(gè)倍性水平。

通過(guò)有性多倍化和體細(xì)胞加倍可以實(shí)現(xiàn)郁金香多倍化，但這2種方式都有一定的難度，國(guó)內(nèi)專家已經(jīng)嘗試?yán)?n配子進(jìn)行多倍體種質(zhì)資源的創(chuàng)新。Qu等[28]使用N2O在6個(gè)大氣壓條件下處理二倍體品種‘西內(nèi)德阿莫’和‘里約嘉年華’，成功誘導(dǎo)出2個(gè)品種的2n花粉，誘導(dǎo)率分別達(dá)到16.00%和26.67%。用這些花粉作父本與二倍體品種雜交，在后代中檢測(cè)到三倍體材料，多倍化率介于4%～18%，證實(shí)了有性多倍化育種是一個(gè)獲得郁金香高倍體新種質(zhì)的有效手段。

屈連偉[25]和陳娟娟[29]通過(guò)秋水仙素浸泡法、秋水仙素組培法和氨磺樂(lè)靈組培法對(duì)野生郁金香種子進(jìn)行加倍誘導(dǎo)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，使用秋水仙素浸泡野生郁金香種子可以進(jìn)行多倍體誘導(dǎo)，并且在總體效果上要優(yōu)于組培法。試驗(yàn)得出了使用秋水仙素浸泡誘導(dǎo)新疆和伊犁2種郁金香種子多倍化的最佳組合，同時(shí)發(fā)現(xiàn)伊犁郁金香種子在添加不同濃度的秋水仙素和氨磺樂(lè)靈的培養(yǎng)基上培養(yǎng)時(shí)，誘導(dǎo)效果較差。

2.3 芽變育種

郁金香生產(chǎn)上采用無(wú)性繁殖，在栽培過(guò)程中可以發(fā)生芽變，因此利用其芽變也是選育新品種的重要方法之一。芽變育種在郁金香育種中起到重要作用，花色、花型、葉緣顏色、株高及種球的產(chǎn)量都容易產(chǎn)生突變。有很多郁金香品種都來(lái)源于突變，占比最大的就是自發(fā)產(chǎn)生的性狀芽變。1996—2005年通過(guò)國(guó)際登錄的1 500個(gè)郁金香新品種中約有28%是通過(guò)突變選育的，并以自發(fā)芽變?yōu)橹鱗3]。與常規(guī)雜交育種相比，芽變育種周期短，方法簡(jiǎn)單易于掌握；一些性狀優(yōu)良的栽培品種，一旦發(fā)生可利用的性狀變異，馬上可以推廣應(yīng)用[30]。芽變品種的選擇也比較簡(jiǎn)捷，只要在栽培過(guò)程中注意觀察就容易發(fā)現(xiàn)新的突變植株[31]。荷蘭早在1987年就利用芽變育種培育了49個(gè)新品種，在多倍體育種上也選育出了‘阿普多美’等植株高大、鱗莖肥大的三倍體品種[16]。根據(jù)荷蘭郁金香品種分類(lèi)和國(guó)際登錄目錄資料，截至1987年培育出的2 400個(gè)品種當(dāng)中，有20%左右屬于芽變品種。早期須邊型品種主要靠芽變而來(lái)，而且數(shù)量很少?，F(xiàn)代一些倫布朗型品種也是由一些郁金香品種芽變而來(lái)。鸚鵡型類(lèi)郁金香也無(wú)法從雜交種子后代中培育，主要依靠各個(gè)類(lèi)型品種芽變獲得[27]。

2.4 分子標(biāo)記輔助育種

近些年，分子標(biāo)記技術(shù)在植物育種中得到廣泛應(yīng)用，但在球根花卉上的應(yīng)用還處于起步階段，這是因?yàn)榍蚋ɑ艿幕蚪M較大。郁金香的基因組DNA大約為30 G，是人類(lèi)基因組的10倍、擬南芥基因組DNA的200倍以上，這導(dǎo)致分子標(biāo)記、遺傳圖譜構(gòu)建等新技術(shù)的應(yīng)用存在一定的困難[3]。據(jù)《中國(guó)花卉報(bào)》報(bào)道，荷蘭團(tuán)隊(duì)已成功測(cè)出郁金香的基因組DNA序列，可為以后郁金香分子育種提供參考[32]。生物技術(shù)領(lǐng)域的花粉培養(yǎng)、胚狀體誘導(dǎo)、組織培養(yǎng)等細(xì)胞工程技術(shù)在郁金香的快速繁殖、遠(yuǎn)緣雜交或倍性育種等方面均有應(yīng)用[33-34]。楊永剛等[35]以4個(gè)郁金香栽培品種的葉、花莖、花托、子房、鱗片及腋芽等不同器官為外植體開(kāi)展了小鱗莖誘導(dǎo)研究，其中只有葉和子房未能誘導(dǎo)出小鱗莖外，其他外植體都成功誘導(dǎo)出小鱗莖，花托和花莖外植體直接誘導(dǎo)小鱗莖的頻率分別達(dá)到56.7%和33.3%。Shoji等[36]通過(guò)將與鐵離子轉(zhuǎn)運(yùn)和貯藏相關(guān)的基因Tg Vit1和Tg FER1過(guò)表達(dá)，使郁金香（T.gesneriana）細(xì)胞中鐵離子含量明顯升高，成功地將紫色郁金香轉(zhuǎn)變?yōu)樯钏{(lán)色。

2.5 熒光原位雜交技術(shù)（FISH）

郁金香屬植物有2～3對(duì)染色體形狀相似，不容易區(qū)分和辨別，因此鑒別工作存在很大的困難。為了對(duì)它們之間的核型差異或演化進(jìn)行更深入的研究，需要依靠分子定位等手段。自20世紀(jì)80年代以來(lái)，熒光原位雜交技術(shù)（Fluorescence in situ hybridization，F(xiàn)ISH）一直是染色體標(biāo)記的重要手段，用以分析回交后代中重組或互換的染色體，同時(shí)可以避免雜交工作的盲目性[37-38]。Booy[39]運(yùn)用FISH技術(shù)對(duì)T.gesneriana、T.clusiaha、T.australis和T.kaufmanniana的 rDNA位點(diǎn)的發(fā)生和數(shù)量進(jìn)行了定位，揭示了種間位點(diǎn)數(shù)目的差異，證明了郁金香屬中ITS序列異質(zhì)性的發(fā)生，初步開(kāi)始了這方面的研究。Marasek和Okazaki[40]分析了栽培品種‘Purissima’（2n=2x=24）及其雜交后代的5S rDNA、45S rDNA位點(diǎn)分布狀況，可以對(duì)雜交后代的真實(shí)性進(jìn)行鑒定。Mizuoehi等[41]以5S rDNA、45S rDNA為探針對(duì)T.gesneriana和T.fosteriana的中期染色體加以區(qū)分，并探討了它們的親緣關(guān)系。徐萍[27]選取了10個(gè)郁金香品種進(jìn)行了原位雜交試驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)45S rDNA位點(diǎn)均位于染色體長(zhǎng)臂末端且數(shù)量較少。尤淳寧[42]運(yùn)用FISH技術(shù)對(duì)10個(gè)郁金香品種進(jìn)行了分析，結(jié)果表明5S rDNA位點(diǎn)在絕大部分染色體和染色體著絲點(diǎn)附近均有分布，45S rDNA位點(diǎn)均位于染色體長(zhǎng)臂末端且數(shù)量較少，二倍體和三倍體的45S rDNA位點(diǎn)數(shù)量差異不大。

3 展望

我國(guó)郁金香育種工作仍處于起步階段，自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的郁金香新品種還沒(méi)有大面積應(yīng)用于生產(chǎn)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的需求。我國(guó)擁有豐富的郁金香野生資源，這些資源是郁金香新品種選育的珍貴材料[25]。野生郁金香資源具有很強(qiáng)的抗病性、抗逆性和廣泛適應(yīng)性，蘊(yùn)含很多栽培品種沒(méi)有的優(yōu)良性狀基因，因此要充分利用野生郁金香資源，與栽培品種開(kāi)展種間雜交，促進(jìn)郁金香品種資源的創(chuàng)新[42-43]。國(guó)外已經(jīng)利用栽培品種與郁金香屬的野生種進(jìn)行了廣泛的遠(yuǎn)緣雜交，獲得了大量的雜交后代，目前已經(jīng)成為市場(chǎng)上的主要商業(yè)品種[44-45]。而對(duì)原產(chǎn)于我國(guó)的郁金香野生資源的研究較少，進(jìn)一步加強(qiáng)郁金香種質(zhì)資源的收集、保存和利用十分必要，尤其是針對(duì)我國(guó)優(yōu)異的郁金香野生種開(kāi)展相關(guān)研究，勢(shì)在必行。我國(guó)的郁金香野生資源，如阿爾泰郁金香（T.altaicaPall.ex Spreng）、天山郁金香（T.thianschanicaRegel）、柔毛郁金香（T.buhseanaBoiss.）等，其花色亮麗、花型優(yōu)美，具有很強(qiáng)的抗病性、抗寒性和抗旱性，可作為培育郁金香新品種的新型親本[20]。在育種技術(shù)上，應(yīng)該以傳統(tǒng)雜交育種為主，并結(jié)合現(xiàn)代分子生物技術(shù)，選育具有自主產(chǎn)權(quán)的郁金香新品種[43]，以解決制約我國(guó)郁金香產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸問(wèn)題，促進(jìn)我國(guó)郁金香產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。