全 文 :北方园艺2016(08):193~196 ·专题综述·
第一作者简介:尹新彦(1971-),女,河北正定人,硕士,农业推广研
究员,现主要从事园林花卉育种与栽培等研究工作。E-mail:
yinxy12@163.com.
基金项目:石家庄市科技支撑计划资助项目(141520862A)。
收稿日期:2015-12-23
DOI:10.11937/bfyy.201608052
鸢尾属植物育种研究进展
尹 新 彦1,2,储 博 彦1,2,李 金 霞1,2,赵 玉 芬1,2,张 全 锋1,2,贾 红 姗3
(1.河北省林业科学研究院,河北 石家庄050061;2.河北省林木良种工程技术研究中心,河北 石家庄050061;
3.河北农业大学 园林与旅游学院,河北 保定071000)
摘 要:鸢尾是园林绿化中重要的地被植物。从国内外鸢尾属植物的育种研究现状、常规杂
交育种、体细胞杂交、倍性育种、辐射育种、转基因技术、分子技术等方面进行了综述,对我国鸢尾
属植物育种方向提出了展望及建议,旨在加快我国鸢尾属植物的育种研究步伐。
关键词:鸢尾;杂交育种;倍性育种;转基因技术;研究现状
中图分类号:S 682.1+9 文献标识码:A 文章编号:1001-0009(2016)08-0193-04
鸢尾属(Iris)为鸢尾科(Iridaceae)最大属[1],多年生
草本植物,有300余种,大部分分布于北温带地区,我国
约60种、13变种和5变型[2]。鸢尾属植物花色几乎穷
尽了所有颜色和可以想象到的颜色组合,能形成良好的
绿化景观[3]。不仅可以作为造景材料用于草坪镶边、地
被覆盖、水景映衬,也可与常绿乔灌木搭配形成模纹花
带,还可以用于河道或边坡绿化,保持水土。
DYKES(1913)和SIMONET(1934)将鸢尾属系统的
分为鳞茎类、块茎类、根茎类。根茎类鸢尾又分为饰冠
鸢尾、有髯鸢尾和无髯鸢尾三大类[4]。一般园艺种植的
鸢尾都是有髯鸢尾和无髯鸢尾。无髯鸢尾分布极广,一
般不发生种间杂交,除非种缘关系极近的种。有髯鸢尾
种之间的亲缘关系则比较近,因此,许多种之间可进行
杂交并产生新的杂交后代[5]。
1 国内外研究概况
1.1 国内现状
公元1—2世纪《神农本草经》就有关于鸢尾和马蔺
的记载。北宋时期苏颂以木版画形式在其《图经本草》
中对鸢尾从叶到茎进行了详细记载。1936年,我国最早
研究鸢尾属的文章《中国之鸢尾》发表,其作者刘瑛对国
内鸢尾属35个种及品种进行了详细记载。
我国鸢尾属植物的育种研究是从20世纪90年代
开始。刘青林等[6]进行了鸢尾花器官离体培养,研究了
体细胞无性系受离体培养影响的变异规律。周永红
等[7]对I.confusa、I.japonica及其杂交种的花粉减数分
裂进行了分析,标志着我国开始从细胞学领域推动鸢尾
育种工作的进行[8]。柯立明等[9]对鸢尾进行了系统的
种间杂交试验,发现双亲性细胞融合存在障碍,同时还
发现不同的杂交组合障碍发生的部位和程度也不一样。
目前,国内鸢尾属育种工作主要集中于常规杂交育种及
其后代优株选育、花色和抗性研究等方面,并且已开始
了辐射育种及杂交后代胚培养的研究。
1.2 国外现状
公元6世纪,希腊的DIOSCORIDE所著的《Viema
Abstract:In recent years,urban air polution is serious and caused frequent haze weather.Polycyclic aromatic hydrocarbons
(PAHs)as typical polutant in the atmospheric particulate matter are widely concerned by scholars at home and abroad
due to their carcinogenic,teratogenicity and mutagenic efects.The paper introduced the polution characteristics,
influenced factor and environmental behavior of polycyclic aromatic hydrocarbons in domestic and abroad,and made
perspectives in the research field.Exploring the polution characteristics of polycyclic aromatic hydrocarbons in the
atmosphere-vegetation-surface system had a great significance on revision and consummation of polycyclic aromatic
hydrocarbons in diferent medium between migrating tending towards model and strengthening regional environmental
protection in the future.
Keywords:atmosphere particulate matter;polycyclic aromatic hydrocarbons;polution characteristics;environmental
behavior
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Codex of Dioscorides》中绘制了鸢尾花的图片。1576年
鸢尾作为观赏花卉出现在《Carolus Clusius》的文献中。
1735年瑞典的CARLVON建立了鸢尾属,以德国鸢尾
为模式种,花色丰富。
国外进行了系统的杂交选育,也成功获得了体细胞
杂种、胚培养无性系及转基因新品种。20世纪50年代
培育出两季花品种,花型极大,几乎全为4倍体,现全世
界两季花品种约500个[10]。SHIMIZU等[11]研究得到了
德国鸢尾和花菖蒲的体细胞杂交种。JEKNIC等[12]通过
导入目的抗病基因,获得了德国鸢尾的转基因抗病优
株。INOUE等[13]将暗黄鸢尾与燕子花和玉蝉花进行了
正反交,并通过胚抢救获得了暗黄鸢尾为母本的杂种无
性系。
2 育种技术
2.1 常规杂交
人工授粉杂交是鸢尾新品种选育的传统方法。
CHIMPHAMBA[14]得到了野鸢尾和射干的属间杂种。
毕晓颖等[15]进行了射干与野鸢尾(蓝花)的杂交,获得了
新型植物材料F1 代杂种,随后又从野鸢尾(黄花)×射
干的F1中选育出了花色红褐色的‘Chic Leopard’新品
种,从野鸢尾(蓝紫色)×射干F1 自然结实的实生F2 代
中选育出了堇蓝色花的‘Azure Pinwheel’品种[16]。F2代
群体的花径、着花数量、花色及花葶高发生了极大的变
异,这都有利于大花多花、花葶矮生和新奇花色的优株
的选育[17]。进一步研究发现以野鸢尾为母本的不亲和
障碍主要发生在受精前,以射干为母本的不亲和障碍主
要发生在受精后[18]。
目前国外已经培育出上百种两季开花鸢尾的有髯
鸢尾品种[19],丰富了秋季园林的色彩。杨占辉等[20]进
行了10个两季花鸢尾的品种间杂交,发现两季花鸢尾
品种间杂交表现出较高的亲和性,平均结实率高于两季
花品种与一次花品种的杂交组合且两季花品种适宜做
父本,其结实率高于其作为母本的相应反交组合。
黄苏珍等[21]进行了鸢尾属植物的种间及种内杂交
试验,发现鸢尾属种间亲和有很多障碍。马蔺与溪荪杂
交表现不亲和性,溪荪×马蔺组合的最适授粉方式为提
前授粉,马蔺×溪荪组合最适授粉方式为0.1%6-BA
处理柱头后授粉[18]。YABUYA[22]将I.ensata和I.lae-
vigata分别与其双二倍体杂种进行了回交,前者获得了
杂交后代。日本从野生花菖蒲中选育出3个品种群并
展开一系列杂交工作,培育出多个新品种,其花瓣厚实、
花大色艳且斑纹丰富[23]。尹新彦等[24]以12个有髯鸢
尾品种,配置了29个杂交组合,正反交结果差异明显。
黄苏珍等[25]进行了鸢尾属的杂交育种试验,选出了“紫
金”、“水晶球”等7个新品种。杨占辉等[26]以喜盐鸢尾
和黄菖蒲进行种间杂交,研究发现受精后障碍是导致杂
交败育的主要原因。
杨占辉等[26]通过子房培养法于MS+6-BA 2.0mg/L
培养基上获得了黄菖蒲×喜盐鸢尾膨大的胚珠并发育
为种子。黄苏珍等[27]首次得到了鸢尾×德国鸢尾DP
的杂种GDH同工酶酶谱,证实了IZ2是杂交种。刘慧
春等[28]利用离体胚培养技术成功获得了路易斯安娜鸢
尾品种间杂交后代。
2.2 体细胞杂交
克服传统有性杂交不亲和的方法之一就是进行体
细胞杂交[29],可以克服远缘杂交的不亲和障碍,扩大杂
交亲本范围。SHIMIZU等[30]首次报道了德国鸢尾的悬
浮培养,又应用电激法获得了I.ensata和I.germanica
的体细胞杂种[11]。HIDA等[31]通过原生质体培养建立
了I.holandica的植株再生无性系。SHIMIZU等[11]通
过原生质体融合技术得到了花菖蒲和德国鸢尾的体细
胞杂种。
2.3 辐射育种
鸢尾属新收获球茎辐射诱变照射剂量为1Kr[32]。
LIU等[33]将鸢尾(I.tecorum)和德国鸢尾(I.germanica)
器官培养获得的愈伤组织和芽经γ射线辐射,发现诱导
愈伤组织和芽突变的最适辐射剂量分别为1.0~2.0Kr
和4.0~8.0Kr,并检测到过氧化物同工酶有差异存在。
林兵等[34]将‘展翅’荷兰鸢尾小种球用60 Coγ射线7~
8Gy剂量辐照,在5Gy和7Gy处理组,各发现1株叶
片镶有“金线”的变异。SUN等[35]在150W超声波辅助
下,仅45min即从鸢尾中提取出了5种异黄酮,相较浸
提液萃取需18h、索氏萃取需6h有了极大的提高。
2.4 转基因技术
JEKNIC等[12]将悬浮培养的德国鸢尾与携带GUS
基因编码β?葡萄糖苷酸酶的LBA4404(pTOK233)和潮
霉素(hpt)、nptII可选择标记基因共培养3d,然后对有
GUS酶活性且抗hpt和nptII的愈伤组织进行检测,6
个月内获得了300多个正常的鸢尾转基因植株。GU
等[36]应用逆转录PCR扩增技术,分别从马蔺叶片中检
测出耐盐,耐干旱,耐寒及抗铜和铅相关的基因和组合。
WU[37]从马蔺中提取出了VHA-c基因,并通过转基因技
术转入到烟草中。发现VHA-c基因是通过提高POD
和SOD的活性以及减少脂质过氧化反应对隔膜的伤害
来提高植物的抗盐能力的。GU等[36]从马蔺中提取的Ⅱ
MT2a基因有望成为运用转基因技术提高植物抗镉能力
的目标基因。
2.5 倍性育种
目前在鸢尾倍性育种中主要用到的是多倍体育种,
已获得了四倍体西伯利亚鸢尾和变色鸢尾的杂交种[38]。
有关倍性育种的研究主要见于YABUYA[39]的报道,
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YABUYA[39]研究对燕子花和玉蝉花杂交种的双二倍体
诱导过程中的花色苷的变化进行了高效液相色谱分析,
并与亲本燕子花和玉蝉花进行了对比评价。1991年,
YABUYA继续对杂交种双二倍体F1的染色体进行了
提取与研究,发现其部分染色体与亲本玉蝉花具有关联
和交叉能力[22],并于1998年[40]继续与父母本回交,得到
了杂交四倍体。在非整倍体研究方面,1989年,
YABUYA等[41]进行了日本鸢尾玉蝉花非整倍体的染色
体核型和联组的分析,发现2n=25。1997年,YABUYA
等[42]将其与正常二倍体品种进行杂交,通过回交试验验
证了非整倍性的可传递性。进一步选育出了多个非整
倍体品种[43]。
2.6 分子技术
林鸿等[44]利用AFLP技术对鸢尾属植物进行了研
究,发现白花紫苞鸢尾与其它样品有明显分化,可作为
较理想的育种材料。毛培春等[45]应用ISSR分子标记技
术,发现马蔺种质材料的遗传距离与其野生分布的地理
距离之间存在较密切的相关关系。周永红等[46]通过对
蝴蝶花、扁竹兰及其人工种间杂种的花粉母细胞减数分
裂中期染色体的形态学、配对行为和繁育特征分析,发
现二者有相似的染色体组,亲缘关系很近。HAN等[47]
指出马蔺可作为镉污染土壤上植物修复的先锋植物,进
一步研究发现其抗镉污染是由金属硫蛋白基因决定的。
GU等[36]从马蔺中成功分离出ⅡMT2a基因,成功克隆并
在拟南芥中表达进行镉处理试验,发现ⅡMT2a是提高植
物抗镉能力的重要基因。FU等[48]从马蔺叶片中提取出
了肌动蛋白基因的RNA,通过反转录与PT-PCR技术克
隆到PMD18-T载体,发现其包含598个碱基对,编码
199个核苷酸。这为应用分子技术提高植物的耐盐性奠
定了基础。WANG等[49]对黄鸢尾花色多态性进行了研
究,发现紫色花朵的花青素含量明显高于黄花花朵,花
青素受飞燕草苷元和糖苷的脂肪族衍生物控制。
3 育种方向及展望
我国育种工作目前主要集中在无髯鸢尾类[50-51],有
关德国鸢尾的杂交选育工作也已开展。国内对鸢尾植
物没有足够重视,系统的育种工作才刚刚开始,鸢尾属
很多种及品种尚处在未改良开发的状态,目前景观绿化
中应用的品种大多是从国外引进。鸢尾属普遍存在着
种间杂交亲和性障碍,而远缘杂交育种是获得有价值的
新品种的重要途径,在创造植物新类型方面有着不可替
代的作用,所以应尽快找到不亲和性的机理,从而克服
这一障碍,推动我国鸢尾属育种研究的步伐。此外,国
外已经成功将转基因、克隆等先进技术应用到鸢尾育种
研究中,选育出了多个耐盐、耐寒、抗病、抗污染的鸢尾
新品种。因此,在今后的鸢尾育种工作中,充分利用转
基因、克隆、体细胞杂交等现代育种技术,培育出具有优
良特性的鸢尾新品种,是极具价值的研究方向。
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Research Progress of Breeding Iris
YIN Xinyan1,2,CHU Boyan1,2,LI Jinxia1,2,ZHAO Yufen1,2,ZHANG Quanfeng1,2,JIA Hongshan3
(1.Hebei Academy of Forestry Science,Shijiazhuang,Hebei 050061;2.Hebei Engineering Center for Trees Varieties,Shijiazhuang,Hebei
050061;3.Colege of Landscape and Travel,Agricultural University of Hebei,Baoding,Hebei 071000)
Abstract:Irisis an important groundcover plant in landscaping.The research progresses both at home and abroad were
introduced,which consisted of breeding present situation,conventional cross-breeding,somatic hybridization,ploidy
breeding,radiation breeding,Gm technology and so on.The prospect and suggestions of Iris breeding direction were put
forward in order to speed up the Iris breeding process in China.
Keywords:Iris;cross breeding;ploidy breeding;Gm technology;research status
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