杜鵑花的育種研究進展

李佳靜,陳亮明

(中南林業(yè)科技大學 林學院，湖南 長沙 410004)

1 引言

杜鵑花(RhododendronsimsiiPlanch)隸屬杜鵑花科杜鵑屬植物，是世界四大花卉之一，也是中國十大名花之一。我國野生杜鵑資源豐富，但育種進程緩慢。

2 杜鵑花種質(zhì)資源和分類

2.1 種質(zhì)資源現(xiàn)狀

全球大約有1200多種杜鵑品種,分布在亞洲、歐洲、北美等地,其中以亞洲為分布面積最大的洲，約有850種杜鵑,僅在我國就有約560種,被全球公認為野生杜鵑資源最豐富的國家。莊平等[1]研究表明，杜鵑花的分布區(qū)幾乎占據(jù)了中國陸地面積的60%～65%。程潔婕等[2]研究發(fā)現(xiàn)我國野生杜鵑花合計有7個亞屬，720余種，其中常綠杜鵑花亞屬372種；杜鵑花亞屬251種；映山紅亞屬、馬銀花亞屬、長蕊杜鵑花亞屬共計96種，并且中國特有的杜鵑花品種多達450種。

我國關于杜鵑花栽培歷史及其記載可追溯到唐朝，是世界上最早的國家。日本也是在該時期從中國引種栽培杜鵑；美國關于杜鵑栽培的歷史起始于18世紀早期，主要是從英國引種栽培了一些常綠的雜交杜鵑；歐洲一些國家，如比利時、德國、英國，以這3個國家為主培育出來的杜鵑統(tǒng)稱為“比利時杜鵑”，最早可追溯到19世紀中期[9]。

2.2 杜鵑花分類

直至20世紀初，中國學者才開始搭建杜鵑花分類體系。一些杜鵑花愛好者大規(guī)模引進和栽培杜鵑花，并從日本等國進口各種杜鵑花。分類的主要依據(jù)是形態(tài)特征、生長習性及親本來源等[3]。黃岳淵等[4]將杜鵑花分為4類：春鵑、夏鵑、春夏鵑、西洋鵑。之后的一些園藝學家建立的品種分類體系也大多是在這個框架內(nèi)進行，如將春鵑根據(jù)小葉小花種和大葉大花種劃分。沈淵如等[5]又劃分了一種春秋兩季性春鵑品種即具有二次開花的現(xiàn)象。我國目前慣常用的分類方式是將杜鵑花分為5大類：毛鵑、夏鵑、西鵑、東鵑和高山杜鵑。

我國學者也為杜鵑花分類做出了積極貢獻：包成章[6]為了進一步探索杜鵑品種的形成規(guī)律與演化趨向，對云南昆明的栽培杜鵑進行了詳細的整理與分類并且制定了品種檢索表；2011年張艷紅[7]綜述了近15年來國內(nèi)學者通過形態(tài)解剖學、細胞學、孢粉學、化學分類和分子標記技術對杜鵑屬植物進行的分類研究。常宇航等[8]通過研究國內(nèi)外杜鵑屬植物分類情況發(fā)現(xiàn)其存在分類階元混亂；分類使用的品種材料過于老舊；品種名稱存在同名異物、同物異名及品種譯名不當?shù)葐栴}并提出建議。程淑媛[9]在國內(nèi)現(xiàn)有杜鵑花品種性狀分析的基礎上，采用“二元分類法”確定我國杜鵑花品種分類體系分為品種群和品種兩個等級,包括6個品種群和87個品種。肖政等[10]采用SRAP分子標記對32個杜鵑花品種進行了分析，確定其可分為14個東鵑品種、10個西鵑品種和8個夏鵑品種,結(jié)果與傳統(tǒng)分類完全一致。徐靜靜[11]采用ISSR和AFLP兩種分子標記技術對西藏地區(qū)野生杜鵑花資源親緣關系和種群遺傳多樣性進行研究之后對具有代表性的15個品種進行形態(tài)學分類。

3 杜鵑花育種技術研究進展

我國對杜鵑花的育種研究起步較晚，在前期對杜鵑花分類研究的基礎上直至20世紀80年代國內(nèi)才開展對杜鵑花正式的育種研究工作。

3.1 雜交育種

雜交育種是杜鵑育種中最常見、最有效、應用最廣泛的方法之一。國外對杜鵑的雜交育種有不容小覷的貢獻，例如：比利時、日本、美國、英國、荷蘭等國家。目前市場上大多數(shù)的杜鵑花品種都是雜交品種，張長芹等十多年來通過對59對雜交組合進行試驗后發(fā)現(xiàn)，二倍體和二倍體雜交親和力較強；多倍體和二倍體雜交則沒有親和力；同亞屬不同亞組之間二倍體雜交親和力強，且座果率較高；不同亞屬、組之間進行雜交表現(xiàn)為不育且座果率為0[12]。在不了解屬內(nèi)種間雜交關系的情況下，通常會做很多無用功，雜交選用二倍體則更有可能達到理想的育種效果。劉曉青等[13]通過雜交研究了杜鵑花的結(jié)實情況，杜鵑花品種種間雜交結(jié)實率的自交和開放授粉與花色、株型和花瓣類型無關，但與品種的遺傳關系密切相關。結(jié)實率自然授粉杜鵑品種與花瓣類型關系密切，但與花色無關。由此可知，對于重瓣型的品種選育可以首選雜交育種來實現(xiàn)。為了獲得黃花常綠杜鵑，Ureshino等[14]成功地對3個杜鵑品種進行了雙交(三交)。這說明復合雜交也是杜鵑育種中一種有效的育種方法。王偉等[15]為研究不同杜鵑品種(種)間雜交親和性，對12個品種36個雜交組合進行了實驗得出：不同品種以及同一品種作為父本或母本的座果率都有明顯的差異性，但是種間雜交的親和性比較好。李曉花等[16]用4個亞組的5種常綠杜鵑作為實驗材料，以座果率、種子千粒重、萌發(fā)率、綠苗率幾個指標，評價分析了其種間雜交的可育性和規(guī)律，得出結(jié)論：常綠杜鵑亞組種間雜交具有高可育性。以上研究對指導杜鵑花雜交育種中親本的選擇與選配以及后代的選育都具有重要意義。

3.2 多倍體育種

目前，市場上的杜鵑品種二倍體較多，而少有多倍體品種。研究發(fā)現(xiàn)多倍體育種不失為解決遠緣雜交不育和不結(jié)實問題的一個可行又具有重要意義的方法。多倍體育種最有效和常見的方法是通過秋水仙素、氨磺零、氟樂靈等進行誘導或者低溫誘導。Pryor等[17]通過實驗將秋水仙素噴施在生長活躍的芽上獲得了四倍體杜鵑。Vainola測試了秋水仙素和胺磺靈對3種杜鵑花品種進行多倍體誘導的效果，對比得出：杜鵑在秋水仙素存活情況比在胺磺靈中更好，兩種化學物質(zhì)的濃度越高，植株越多，胺磺靈不影響生存率，但秋水仙素處理48 h比24 h更具破壞性。彭綠春等[19]利用秋水仙素對腋花杜鵑進行浸泡處理誘導，實驗得到四倍體腋花杜鵑141株[19]。

3.3 基因工程育種

目前，組織培養(yǎng)技術、分子標記技術、轉(zhuǎn)基因技術等在杜鵑花育種技術中的應用成為研究熱點。Pavingerová等[20]通過農(nóng)桿菌介導將基因?qū)?種杜鵑花栽培品種中，分析表明：基因已成功轉(zhuǎn)移到5個品種中。但GUS表達和GUS核苷酸序列在之后的繁殖過程中又都丟失了。Dunemann等[21]利用種間雜交的分離種群構(gòu)建了杜鵑花的分子連鎖圖譜，并分析了“葉片失綠”和“花色”等性狀，討論了分子連鎖圖譜對杜鵑的利用前景。彭綠春等[22]以云南杜鵑無菌葉片和愈傷組織為受體材料，采用組織染色分析法研究了幾個因素對農(nóng)桿菌介導的GUS基因瞬時表達的影響，為云南杜鵑遺傳轉(zhuǎn)化研究提供了實驗依據(jù)。高文強[23]采用映紅杜鵑愈傷組織作為受體材料，利用農(nóng)桿菌介導法將AtNHXI基因?qū)胗臣t杜鵑基因組中，為抗鹽耐堿杜鵑花育種提供了可靠的實驗依據(jù)。

4 杜鵑花育種目標研究進展

4.1 花色育種

花色作為杜鵑最具觀賞性的性狀之一，一直以來都是研究熱點。常見的杜鵑花花色有紅色和白色，相比之下觀賞價值更高的是黃色和藍色，但品種相對較少。Mizuta等[24]對常綠杜鵑(Oomurasaki)及其斑點的色素成分和類黃酮基因的表達進行了分析。Hang等[25]對日本與越南的映山紅花青素研究中，通過HPLC與H-1-NMR技術發(fā)現(xiàn)并分析了14種花青素的結(jié)構(gòu)。李崇暉等[26]分析了迎紅杜鵑的花色素組成,調(diào)查了其在開花過程中花色、花色素組成和含量的變化，探討了耐寒杜鵑的花色育種策略：根據(jù)花苷素的組成，確定迎紅杜鵑花的花色可從紅色調(diào)和藍色調(diào)兩個方向進行育種；黃酮醇和黃酮的輔助色素效應對花色有重要影響，其中黃酮醇的存在對花色影響效果是花色偏藍?；ㄇ嗨睾忘S酮醇是杜鵑花的主要色素，它們可以產(chǎn)生白色，紅色，朱紅色，粉紅色，紫色和淡紫色等顏色[27]。 Heursel J[28]對杜鵑花中的色素進行了分析，得出了定量的花青素和類黃酮可以產(chǎn)生特定的顏色甚至是新的花色的結(jié)論。Schepper等[29]采用核DNA高分辨率流式細胞儀測定了花色、花型和體細胞多倍體之間的相關性，討論了體細胞多倍體(類黃酮)基因表達與花色、花型顯著相關中的可能作用。Mizuta等[30]通過HPLC法，比較了常綠杜鵑花的野生種和栽培品種中不同顏色花瓣的花青素組成[30]。在以往的研究中表明，產(chǎn)生藍色的2個重要條件是存在飛燕草素和表皮組織pH值高于4，若花青素苷在一定的pH值內(nèi)與黃酮醇產(chǎn)生色素復合物質(zhì)，形成共色素沉著使花色產(chǎn)生增色效應或紅移，就會呈現(xiàn)紫色或藍色[31]。

4.2 抗性育種

隨著育種工作的不斷發(fā)展和進步，杜鵑花育種也致力于解決栽培種植中的難點，如：杜鵑花的抗堿性、抗旱性、抗蟲性等。喜酸怕堿是限制杜鵑花栽培應用的一個重要物理條件因素，Geil等[32]研究發(fā)現(xiàn)限制杜鵑花生長的主要因素是底物pH值的增加，而不是鈣離子濃度的增加。陸娟娟[33]為篩選和鑒定不同杜鵑品種的耐堿性，選用了20個不同的杜鵑品種進行處理，研究了其在堿脅迫下的生理機制。湯飛洋[34]采用盆栽控水法對4個杜鵑品種進行了抗旱性研究，探索了不同品種的光合作用規(guī)律，為杜鵑花林下種植提供了實驗依據(jù)。鄭穎[35]為了篩選抗旱性強的杜鵑品種進行推廣應用，選用了36個品種的杜鵑研究了其在PGE-6000模擬干旱脅迫下杜鵑葉片生理生化特性的變化。何香[36]發(fā)現(xiàn)當前針對杜鵑蟲害問題采取的手段都是以化學防止為主，考慮到其將帶來的一系列負面問題，她采用了4種杜鵑栽培品種作為寄主植物，研究了其抗蟲機理，為篩選和應用抗蟲性杜鵑品種提供了依據(jù)[36]。

5 結(jié)論與展望

常規(guī)育種技術仍是杜鵑花育種的主要方法，雜交育種可以提高杜鵑花在園林綠化中的應用價值，培育出適合我國城市環(huán)境的優(yōu)質(zhì)品種。基因工程為杜鵑種質(zhì)資源的創(chuàng)新、消除種間雜交障礙和培育新品種提供了更先進的方法。傳統(tǒng)育種技術與基因工程的結(jié)合，將會使杜鵑育種領域在未來有更大的發(fā)展和突破。

我國是全球公認的杜鵑花最大的分布中心之一，雖然擁有巨大的資源優(yōu)勢，但目前仍存在許多亟待改進的問題，如：對比先進國家依舊存在較大技術差距；我國自主培育的品種較少，主要培育品種靠進口；對現(xiàn)有的杜鵑資源的開發(fā)利用和保護還需加大力度等。針對這些問題，本文提出以下幾點建議：在今后的育種工作中，不僅要發(fā)現(xiàn)優(yōu)良的遺傳資源加以進行引種和馴化，而且還需要對它們特別是瀕危物種進行徹底研究，保護野生品種；我國現(xiàn)有的杜鵑資源中，并不缺少抗性強的種類，所以應該發(fā)揮資源優(yōu)勢，在之后的育種中有針對性地選育花香、花色、抗性、花期等方面有較明顯特色的盆栽品種，進一步推進杜鵑在園林綠化中的應用；在引進先進國家的優(yōu)良品種的同時，結(jié)合選用我國野生杜鵑優(yōu)良品種進行培育，并且加強品種產(chǎn)權保護意識。