花草育種法在綠化苗木培育中的應(yīng)用

何利賢，韓 陽(yáng)

（滄州市市政公用事業(yè)服務(wù)中心/ 滄州市園林綠化服務(wù)中心，河北 滄州 061000）

隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)的高速高質(zhì)量發(fā)展，人們對(duì)居住環(huán)境和生活質(zhì)量的要求越來(lái)越高，我國(guó)花卉事業(yè)和綠化事業(yè)也隨之蓬勃發(fā)展。

據(jù)研究統(tǒng)計(jì)，1997 年我國(guó)所有城市的平均綠化覆蓋率僅為25.5%，人均公共綠地為5.5 m2，與當(dāng)時(shí)世界上的其他國(guó)家相比較，我國(guó)的花卉事業(yè)和城市綠化事業(yè)僅處于起步階段[1]。在2001 年北京申奧成功的影響下，政府和人民均提高了對(duì)改善城市環(huán)境的重視程度，園林事業(yè)在此期間飛速發(fā)展，綠化苗木產(chǎn)業(yè)也隨之蒸蒸日上，全國(guó)的綠化覆蓋率、綠地率以及人均綠地占有面積都穩(wěn)步增長(zhǎng)，但仍滿足不了人們對(duì)生態(tài)居住環(huán)境的要求和生態(tài)城市建設(shè)的需求，我國(guó)的綠化事業(yè)仍與發(fā)達(dá)國(guó)家有著較大差距。產(chǎn)生這種差距的主要原因在于發(fā)達(dá)國(guó)家非常重視綠化苗木的育種工作，以培育更新、更優(yōu)的品種為目的，不斷培育新型苗木，使新品種占領(lǐng)國(guó)際市場(chǎng)[2-4]。結(jié)合發(fā)達(dá)國(guó)家的育苗經(jīng)驗(yàn)，應(yīng)充分利用我國(guó)豐富的花卉種質(zhì)資源開展培育工作，以促進(jìn)我國(guó)花卉產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。

1 花草育種法在綠化苗木培育中的應(yīng)用意義

隨著人類社會(huì)的發(fā)展，工業(yè)化進(jìn)程與自然環(huán)境之間的矛盾越來(lái)越突出，同時(shí)也有越來(lái)越多的人認(rèn)識(shí)到人類社會(huì)的發(fā)展不應(yīng)以毀滅生態(tài)文明為代價(jià)。目前污染環(huán)境的情況較為嚴(yán)峻，生態(tài)系統(tǒng)的退化情況不容樂觀，為了更好地實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，要將生態(tài)文明建設(shè)策略落到實(shí)處，其中重要的一環(huán)是打造生態(tài)文明城市，優(yōu)化城市綠化建設(shè)，創(chuàng)造更優(yōu)越的人類居住環(huán)境[5-6]。但是城市生態(tài)系統(tǒng)復(fù)雜，城市綠化的要求并不是單單一種苗木就能滿足的，對(duì)于不同的城市場(chǎng)景，應(yīng)根據(jù)具體情況選擇合適類別的苗木，可以在公路兩旁種植抗性強(qiáng)、主干直、耐修剪的行道樹，以起到控制車輛揚(yáng)塵、降低行駛噪聲的目的，例如懸鈴木、銀杏樹、樟樹、銀樺樹等；在公園等休閑場(chǎng)合應(yīng)選擇姿態(tài)優(yōu)美的庭蔭樹和色彩艷麗的花灌木，在擁有觀賞效果的同時(shí)也起到了凈化空氣的作用，例如能吸收甲醛的蘆薈、吸收二氧化硫的杜鵑和月季、吸收氯氣的山茶和合歡等；在寫字樓、居民區(qū)等地應(yīng)選擇擁有清新香味的苗木，例如荷花等，以達(dá)到消除疲勞、放松壓力、改善居民心情的目的；有的花卉苗木能分泌出對(duì)人體有益的物質(zhì)，例如桂花散發(fā)的香味能夠抑制結(jié)核桿菌和肺炎球菌，具有抗菌消炎、止咳平喘的效果，有利于支氣管炎患者的治療；桂花、玫瑰、茉莉、薔薇等花卉產(chǎn)生的揮發(fā)油具有顯著的殺菌效果；苦楝樹可有效殺滅蚊蟲[7-9]，以上這些花卉苗木都可在城市綠化建設(shè)中發(fā)揮獨(dú)特的作用。但是由于不同種類的植物都有不同的生長(zhǎng)習(xí)性，其對(duì)生長(zhǎng)溫濕度、氣候等自然條件有著一定的要求，而且不同城市擁有的地域條件和自然氣候不同，以上花卉苗木并不適用于每個(gè)城市的綠化建設(shè)，并且隨著人們審美水平的提升，現(xiàn)有的花卉品種和苗木種類很難滿足人們?cè)诓煌貐^(qū)、不同情況下的綠化需求，需要有抗性更高、形態(tài)更美、種類更新的綠化苗木品種來(lái)滿足不同環(huán)境地區(qū)的需要，解決以上需求要通過花草育種法來(lái)實(shí)現(xiàn)。

2 花草育種法的內(nèi)容

傳統(tǒng)的花草育種方法包括選擇育種和雜交育種，這兩種育種方法操作簡(jiǎn)單易懂，時(shí)至今日仍是花卉苗木中的重要育種手段。近年來(lái)隨著生物技術(shù)的研究推進(jìn)，新的育種方式不斷出現(xiàn)，例如花卉誘變育種技術(shù)包括化學(xué)誘變、航天誘變、輻射誘變，生物育種技術(shù)包括組織培養(yǎng)育種、基因工程育種等[10]，新型的花卉育種技術(shù)日漸成熟，為花卉苗木的培育工作開辟了新的渠道，提供了全新的思路，可以有選擇地培育目標(biāo)品種，針對(duì)性更強(qiáng)，成功率更高，并且有著較為廣泛的應(yīng)用前景。

3 花草育種法在綠化苗木培育中的應(yīng)用現(xiàn)狀

3.1 傳統(tǒng)花草育種法

3.1.1 選擇育種

我國(guó)作為一個(gè)擁有五千年歷史的農(nóng)業(yè)大國(guó)，使用選擇育種法歷史悠久，關(guān)于農(nóng)作物的選擇育種法在很多史書中都有相關(guān)記載。在《詩(shī)經(jīng)·大雅·生民》中有“種之黃茂”的言論，意思是在播種農(nóng)作物時(shí)要優(yōu)先選擇色澤光亮、質(zhì)量上佳的種子，這樣才能更好地收獲作物；在西漢《汜勝之書》有“取麥種，候熟可獲，擇穗大強(qiáng)者”的說(shuō)法，也有“順時(shí)種之，則收常倍”的觀點(diǎn)；清代《齊民要術(shù)》提出要在肥地選擇單穗、分收分存的“一穗傳”理念?！耙凰雮鳌钡挠N方法即單株選擇法，反映出古人優(yōu)勝劣汰的選擇育種觀念，這樣一來(lái)就可以證明，我國(guó)單株選擇法的研究要比1856 年維爾莫林提出的甜萊單株選擇法早100 多年。從原理上分析，實(shí)施選擇育種法是利用基因變異進(jìn)行的，具體方法包括混合選擇法、單株選擇法、無(wú)性系選擇法、芽變選擇法等。《齊民要術(shù)》中曾經(jīng)提到“其別種種子，常需加鋤。先治而別埋，還以所治蘘草蔽窖”，要求將種子田與其他田地分開管理，收割時(shí)理應(yīng)優(yōu)先收割農(nóng)田里的農(nóng)作物，收割完成后要單獨(dú)存放，避免與其他種子混淆，這是古代人們進(jìn)行品種提純復(fù)壯的經(jīng)典操作方法，同時(shí)是混合選擇法的先行途徑，在1867 年德國(guó)選種專家仁博也曾提出改良小麥種子質(zhì)量的混合選種法，但其理論的提出比我國(guó)晚1 300 年。

這幾種選擇育種法的基本原理相同：花卉在自然生長(zhǎng)過程中會(huì)受到遺傳的分離定律和自由組合定律的調(diào)控，同種類植株之間互相授粉繁殖，進(jìn)行染色體重組，而在染色體重組的過程中受到氣候、溫度、化學(xué)藥劑、輻射等多種外界因素的影響導(dǎo)致染色體錯(cuò)位、丟失、片段置換，即為基因變異?；蜃儺惖默F(xiàn)象也會(huì)自發(fā)產(chǎn)生，會(huì)受到不同的基因調(diào)控，這些產(chǎn)生變異的花卉苗木也會(huì)表現(xiàn)出不同的性狀，例如花卉顏色變化、植株形態(tài)變化及植株抗寒性、抗熱性、抗蟲害性變化，苗木培育員觀察并收集這種變異植株，進(jìn)一步繁殖供人們觀賞或使用的植株，優(yōu)中選優(yōu)，最終培育出符合人們要求的品種。選擇育種法具有操作簡(jiǎn)單、成本較低的優(yōu)點(diǎn)，但其同樣也有局限性，例如選擇育種法并不能創(chuàng)造出新的基因型品種，且各種育苗方法花費(fèi)的時(shí)間較長(zhǎng)，選擇精確度不高，無(wú)法有針對(duì)性地培育出最符合人們需求的品種。

3.1.2 雜交育種

雜交育種是一種應(yīng)用最廣泛的育種方法，其還有不同類型的分型，例如有性雜交育種、回交育種、遠(yuǎn)緣雜交育種、優(yōu)勢(shì)雜交育種等，不同雜交育種方法的遺傳機(jī)制和操作方法都各有差異，最常規(guī)的雜交育種方法為有性雜交育種。有性雜交育種是指對(duì)不同種類、不同類型的植株互相授粉，進(jìn)行人工雜交，目的是改善基因之間的互作關(guān)系，將親本的優(yōu)良性狀集中到一個(gè)后代身上或產(chǎn)生新的性狀，培育完成后，從所獲得的雜交后代植株中選擇理想植株進(jìn)行優(yōu)化培養(yǎng)，育成純合品種。

并不是任意兩個(gè)物種都能被當(dāng)作親本用于雜交培育，被選做親本的兩個(gè)物種必須滿足以下4 個(gè)特征。第一，兩個(gè)親本各組存在可取的優(yōu)點(diǎn)，兩者之間優(yōu)缺點(diǎn)互補(bǔ)。第二，兩個(gè)親本在地理位置上相隔較遠(yuǎn)。第三，親本中有一方能很好地適應(yīng)當(dāng)?shù)貧夂蚝退镰h(huán)境。第四，兩者花期相近。

雜交育種法為傳統(tǒng)育種方法中最有效的方法，其將不同種類的植株基因進(jìn)行重組，與傳統(tǒng)的選擇育種法相比，雜交育種為新品種的選擇與開發(fā)提供了更豐富的可能性，因而雜交育種法被廣泛使用，例如雜種香水月季是歐洲薔薇和中國(guó)月季雜交而來(lái)的新品種，具有花期長(zhǎng)、香味清新、易于成活的優(yōu)點(diǎn)，在全球廣泛栽培。中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)和南京農(nóng)業(yè)大學(xué)等高校利用常規(guī)的有性雜交法成功培育出了上百個(gè)全新的菊花品種，并且這些新品種還擁有了傳統(tǒng)菊花不具備的抗寒性，能抵抗-35 ℃左右的低溫。

3.2 基因工程育種技術(shù)

基因工程育種技術(shù)又稱重組DNA 技術(shù)，是從基因角度對(duì)植物進(jìn)行改造，原理是指按照人們的需求將一種或多種植物的基因分離出來(lái)，在體外對(duì)其重新進(jìn)行拼接重組，然后轉(zhuǎn)入另一種植物中，使得接受受體的植物按基因規(guī)律表達(dá)出新的性狀?；蚬こ逃N技術(shù)從20 世紀(jì)80 年代開始應(yīng)用，在其剛問世的幾年中，人們由于缺乏對(duì)基因工程育種技術(shù)的認(rèn)識(shí)、擔(dān)心基因工程產(chǎn)物會(huì)威脅到現(xiàn)有物種，再加上人們對(duì)未知技術(shù)的恐懼，基因工程技術(shù)在起步階段發(fā)展困難。

隨著人們對(duì)DNA 重組技術(shù)的深入了解，制訂了一系列操作規(guī)范方法，建立了一批合規(guī)的DNA 重組實(shí)驗(yàn)室，使得基因工程育種技術(shù)在后續(xù)幾年內(nèi)發(fā)展迅速，例如在我國(guó)的新疆、四川、云南等地區(qū)種植的傳統(tǒng)小麥品種常會(huì)受到小麥黃矮病毒的侵襲，使得小麥植株不高、葉片發(fā)黃、產(chǎn)量低下，嚴(yán)重影響了小麥產(chǎn)量，造成小麥減產(chǎn)20%～40%，局部病情嚴(yán)重的地區(qū)小麥減產(chǎn)高達(dá)60%，甚至出現(xiàn)毀種。因此，眾多學(xué)者圍繞小麥黃矮病毒展開了基因工程研究，將外源抗小麥黃矮病毒基因通過基因工程技術(shù)導(dǎo)入到普通小麥中，在小麥中構(gòu)成了幾種不同類型的抗源，為選育抗黃矮病品種奠定了基礎(chǔ)，對(duì)我國(guó)小麥生產(chǎn)和世界小麥生產(chǎn)都具有非常重要的意義。目前，基因工程育種技術(shù)已成為生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室的一項(xiàng)常規(guī)技術(shù)，并在醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)、食品、環(huán)保等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用?；蛴N與傳統(tǒng)的選擇育種和雜交育種方法相比，擁有更高的指向性，可根據(jù)人們的實(shí)際需要定向培育所需品種，培育效率較高，但成本較高。隨著花草育種方法相關(guān)研究的推進(jìn)，基因工程技術(shù)也在不斷地推進(jìn)發(fā)展，擁有非常好的發(fā)展前景和應(yīng)用前景。

3.3 組織培養(yǎng)育種

植物細(xì)胞擁有很強(qiáng)的再生能力，對(duì)植物細(xì)胞再生能力的研究已經(jīng)開展了很長(zhǎng)時(shí)間。早在1902 年，德國(guó)著名植物學(xué)家G.Haberlanclt 便根據(jù)細(xì)胞學(xué)理論，提出了高等植物的器官和組織可以不斷分裂，如果發(fā)育條件合適，單個(gè)細(xì)胞還有機(jī)會(huì)發(fā)育成為完整的植株。基于這一原理，人們運(yùn)用植物細(xì)胞的再生能力培養(yǎng)新的植株，即組織培養(yǎng)育種技術(shù)。

外國(guó)學(xué)者對(duì)組織培養(yǎng)育種的研究開展較早，有的學(xué)者用草地早熟禾的成熟種胚作為外植體進(jìn)行培育，成功得到了愈傷組織和再生苗，但目前來(lái)看，組織培養(yǎng)育種方法的分化率較低，培育時(shí)間較長(zhǎng)，仍需進(jìn)一步尋找更為高效的育種方法。

3.4 誘變育種

傳統(tǒng)的育種手法包括選擇育種和雜交育種，其都是在親本性狀的基礎(chǔ)上進(jìn)行選擇培育的，傳統(tǒng)的育種方法雖然可以改良植物的性狀或提高農(nóng)作物產(chǎn)量，但是這種方法僅是小幅度地改善植物的親本性狀，并不能大范圍改良植株性狀，在多樣性的選擇上受到很大限制。而誘變技術(shù)會(huì)大幅改變植物性狀，給培育人員提供了一條全新途徑，因而在常規(guī)的有性培育上發(fā)展了航空誘變、化學(xué)誘變以及輻射誘變方法等技術(shù)。航空誘變的原理是通過微重力、空間輻射、超真空超凈環(huán)境等作用改變空間條件，這些都有可能導(dǎo)致植物出現(xiàn)多重染色體階變。

因此近年來(lái)利用空間站對(duì)植物進(jìn)行育種的研究非?；钴S，國(guó)內(nèi)外都相繼開展了相關(guān)試驗(yàn)來(lái)研究空間條件變化引起的遺傳變異，并利用此方式選育新品種，短短10 余年間空間技術(shù)育種發(fā)展迅速，并且取得了眾多研究成績(jī)。

例如中國(guó)科學(xué)院利用衛(wèi)星搭載了包選2 號(hào)種子，從中篩選出比原品種產(chǎn)量高20%的優(yōu)質(zhì)水稻品種；黑龍江省農(nóng)科院園藝所也利用衛(wèi)星搭載龍椒2 號(hào)辣椒種子培育出了豐產(chǎn)的辣椒品種，產(chǎn)量增加25%～30%。

由于許多觀賞性的花卉苗木主要是無(wú)性繁殖，多數(shù)花卉種類適于輻射誘變，因此輻射誘變育種在培育花卉苗木中意義重大。

早在20 世紀(jì)80 年代，我國(guó)就開始研究綠化苗木的輻射誘變培育技術(shù)，并取得了非常優(yōu)異的研究成果，例如月季、荷花、菊花等植物通過輻射誘變培育出新品種30 余個(gè)：中國(guó)農(nóng)科院蔬菜花卉使用y 射線輻射枝條和種子培育出20 多種新型月季，且提高了月季的抗病能力，極大地豐富了月季的花色和花型，其中還包括一種盛開期花朵呈白綠色的新型月季，其名為“綠星”；河南農(nóng)科院通過輻射月季成熟枝條和休眠枝條的方式培育出月季新品種10 余個(gè)；江蘇農(nóng)科院園藝所輻射月季嫁接苗，培育出復(fù)色變異品種“霞暉”；四川省農(nóng)科院使用輻射月季嫁接苗，培育出優(yōu)良月季品種7 個(gè)。近年來(lái)，應(yīng)用輻射誘變育種法越來(lái)越多，但是輻射誘變并不全向良好的方面發(fā)展，誘變出現(xiàn)不良品種的概率較高、不良突變率較高，因此關(guān)于輻射誘變方法的研究仍需進(jìn)一步推進(jìn)。

4 結(jié)束語(yǔ)

我國(guó)的花卉育種工作起步較晚，綠化苗木育種事業(yè)任重而道遠(yuǎn)，經(jīng)過多年的研究以及其他國(guó)家的培育經(jīng)驗(yàn)，了解到育種方法在綠化苗木培育上有著巨大的潛力。未來(lái)花草育種的發(fā)展應(yīng)站在我國(guó)豐富物種資源的基礎(chǔ)上，充分考慮育種的方向和目標(biāo)，認(rèn)真研究其生物學(xué)特性及遺傳規(guī)律，將多種育種方法相結(jié)合，以培育出更多、更優(yōu)的優(yōu)秀品種。