我國玉簪屬植物育種方向探討,植物學(xué)論文

我們國家玉簪屬植物育種方向探討,植物學(xué)論文內(nèi)容摘要：玉簪是優(yōu)良的耐蔭地被植物，在園林景觀中廣泛應(yīng)用，具有廣闊的發(fā)展前景。本文從國內(nèi)外資源與育種大概情況兩個(gè)方面對(duì)玉簪屬植物育種進(jìn)展進(jìn)行了綜述，重點(diǎn)介紹了引種選育、實(shí)生選種、雜交育種、多倍體育種、輻射育種及分子育種的國內(nèi)外發(fā)展大概情況，并對(duì)我們國家玉簪屬植物育種方向進(jìn)行了瞻望，以期加快我們國家玉簪屬植物育種進(jìn)程，培育更多具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的玉簪屬植物新種質(zhì)。本文關(guān)鍵詞語：玉簪屬；引種選育；實(shí)生選種；雜交育種；分子育種；Abstract:Hostaisanexcellentshade-tolerantgroundcoverplant,whichiswidelyusedinlandscapeandhasabroaddevelopmentprospect.Inthispaper,wereviewedtheprogressinthebreedingofHostafromtheaspectsofresourcesandbreedingathomeandabroad,introducedthedevelopmentofintroductionbreeding,seedlingselection,hybridizationbreeding,polyploidbreeding,radiationbreedingandmolecularbreeding,prospectedthebreedingdirectionofHostainordertoacceleratethebreedingprocessofHostainChinaandcultivatemorenewgermplasmvarietiesofHostawithindependentintellectualpropertyrights.Keyword:Hosta;introductionandbreeding;seedlingselection;hybridizationbreeding;molecularbreeding;玉簪屬〔Hosta〕植物為百合科〔Liliaceae〕多年生宿根草本植物，性喜蔭，耐寒，忌陽光直射，起源于中國、韓國、日本和俄羅斯遠(yuǎn)東等東北亞的溫帶與亞熱帶地區(qū)，是城市園林景觀中重要的花葉共賞耐蔭地被植物[1].基于其優(yōu)良的觀賞價(jià)值與極強(qiáng)的抗逆性，當(dāng)前已廣泛栽植于世界各地，尤以美國、加拿大及歐洲等國家規(guī)模最大、數(shù)量最多[2].根據(jù)Schmid的分類方式方法可將玉簪屬植物分為3個(gè)亞屬10個(gè)組，共43種，華而不實(shí)原產(chǎn)中國的僅有4種[3].在長期的栽培選育進(jìn)程中，玉簪屬品種不斷增加，至2021年已有國際登錄品種5731個(gè)，進(jìn)入21世紀(jì)以每年約205個(gè)的數(shù)量遞增[4,5],但這些品種多為外國育種專家培育，屬于國內(nèi)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的品種極少[2,3],基于此，本文就玉簪屬植物的育種進(jìn)展進(jìn)行歸納，旨在為加快我們國家玉簪屬植物新品種培育提供參考。1國內(nèi)外資源與大概情況1.1國內(nèi)資源與大概情況玉簪屬植物性耐寒、耐蔭，適應(yīng)性極強(qiáng)，全國各地均可栽培，以吉林、遼寧、陜西、江蘇、安徽、江西、福建、湖南、湖北、四川和廣東等地資源最為豐富，玉簪屬植物栽培品種較多。根據(jù)Schmid[3]對(duì)玉簪屬的分類，我們國家原產(chǎn)玉簪共4種，分別為玉簪〔Hostaplantaginea〕、紫萼〔H.ventricosa〕、東北玉簪〔H.ensata〕、白粉玉簪〔H.albofarinosa〕，華而不實(shí)以玉簪、紫萼分布最廣，全國各地均有栽培；東北玉簪〔包含卵葉玉簪和安圖玉簪兩個(gè)變種〕主要分布在吉林、遼寧等東北地區(qū)，極耐寒；白粉玉簪分布范圍較窄，以安徽省為主，外部形態(tài)與紫萼類似，區(qū)別在于全株披白粉，葉背最甚[2,6].根據(jù)地理分布與生態(tài)習(xí)性的差異，我們國家玉簪屬又可分為中東部地區(qū)的玉簪亞屬〔SubgenusHosta〕和東北地區(qū)的紫萼亞屬〔SubgenusBryocles〕。我們國家作為玉簪屬的分布起源中心，最早栽植可追溯到漢代或唐代，但在如此之長的栽培歷史中，除重瓣品種外，無論野生植物或栽培品種在我們國家并未見多樣性，遺傳性狀過于穩(wěn)定使得物種多樣性缺乏?？偟膩砜?，國內(nèi)玉簪屬植物分布范圍雖廣但資源相對(duì)匱乏。1.2國外資源與大概情況國外對(duì)于玉簪屬植物的研究主要以日本、歐洲、北美等地區(qū)為主，美國玉簪協(xié)會(huì)〔AmericanHostaSociety〕及國際登錄注冊的園藝栽培品種超過5000個(gè)。在20世紀(jì)末，玉簪類成為世界第一銷量的草本花卉[7,8].日本是玉簪屬的重要起源地之一，被譽(yù)為玉簪的多樣性中心[9],以日本群島為主的日本玉簪亞屬〔SubgenusGiboshi〕是玉簪屬原種的重要組成部分，植物遺傳資源豐富，具有代表性的花葉玉簪〔H.undulata〕、狹葉玉簪〔H.lancifolia〕、圓葉玉簪〔H.sieboldiana〕、高叢玉簪〔H.fortunel〕等均原產(chǎn)日本[10,11].18世紀(jì)，歐洲一些國家開場從中國、日本引種玉簪屬植物，在法國、英國引起風(fēng)行，一時(shí)成為園藝界的新寵，大量的野生種源源不斷地流入歐洲；1839年，玉簪屬植物開場由歐洲及日本傳入美國，最初僅作為普通的地被植物，隨著美國玉簪協(xié)會(huì)〔AHS〕的成立，不斷進(jìn)行推廣、普及與引種，使得美國成為了玉簪屬植物的栽培中心，70年代末由MarkZilis等建立的玉簪工廠化育苗為玉簪的栽培發(fā)展提供了有效的技術(shù)和商業(yè)保障，80年代到達(dá)頂峰，成為美國農(nóng)業(yè)部耐寒區(qū)重要觀賞地被；在美國的影響下，1981年英國成立玉簪萱草協(xié)會(huì)〔BHHS〕，并成為了玉簪國際登錄地區(qū)代表，進(jìn)一步推動(dòng)了玉簪屬的推廣應(yīng)用與品種培育進(jìn)程[12].歷經(jīng)數(shù)千年的培育，尤其是引種到歐洲國家后的200年間，培育出的玉簪屬植物品種、類型特別豐富，當(dāng)前已構(gòu)成藍(lán)、綠、金黃、黃、鑲邊、花葉等幾大觀葉色系的品種群，直立形、圓穹形、匍匐形品種群，大型、中型、小型、微型品種群，早花、中花、晚花、遲花品種群，管狀、鐘形、蜘蛛形、喇叭形、漏斗形、重瓣型品種群，成為世界性的觀賞地被植物，廣泛應(yīng)用于玉簪專類園、巖石園、林緣地被、花鏡、家庭庭院，并常作為盆栽觀賞[13].2育種方式方法2.1引種選育當(dāng)前，我們國家對(duì)于玉簪屬植物的引種栽培仍處于發(fā)展階段，引種規(guī)模最大、數(shù)量最多的北京植物園，共收集玉簪屬品種資源554個(gè)，包含22個(gè)種和3個(gè)變種，園藝品種539個(gè)，保存種和品種資源均居國內(nèi)之首[13];上海植物園在玉簪屬植物引種方面也做了大量工作，從國內(nèi)外累計(jì)收集700余份種質(zhì)資源[12];中國林科院林業(yè)研究所從荷蘭引種玉簪品種86個(gè)[14];上海市園林科研所、東北林業(yè)大學(xué)、吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝系、沈陽市園林科學(xué)院、黑龍江省森林植物園等單位也都在玉簪屬植物引種方面做了一些工作。同時(shí)在引種的基礎(chǔ)上不斷進(jìn)行著品種間抗性的評(píng)價(jià)與選育，江浩從中國林科院引進(jìn)的86個(gè)玉簪品種中挑選出11種觀賞性狀優(yōu)良且合適北京地區(qū)生長的品種[14];胡岷桐等[15]對(duì)吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院引種的16種國外新品種進(jìn)行抗性綜合性評(píng)價(jià)，結(jié)果表示清楚BigDaddy,金鷹,小黃金葉,翠鳥在抗萎蔫、抗蜘蛛害、抗灼燒方面表現(xiàn)良好；王文靜[16]對(duì)引自荷蘭的5個(gè)玉簪品種進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)以為Albomarginata玉簪最優(yōu)；莫健彬[12]對(duì)上海植物園引進(jìn)并保存的玉簪屬種質(zhì)資源進(jìn)行了應(yīng)用分類與耐熱品種挑選；韓雪對(duì)沈陽園林科研引進(jìn)的6個(gè)玉簪品種進(jìn)行抗旱性評(píng)價(jià)，試驗(yàn)結(jié)果表示清楚最能忍耐干旱的褶皺玉簪可達(dá)45d[17];施愛萍等[18]對(duì)4個(gè)玉簪品種的耐陰性進(jìn)行評(píng)價(jià)，探尋求索了不同遮陰情況的玉簪光合特性；許怡玲等[19]對(duì)11個(gè)玉簪屬種質(zhì)的抗寒性比擬結(jié)果表示清楚H.christamas、H.iindependence和H.sieboldiana抗寒性較強(qiáng)，適宜在北方嚴(yán)寒地區(qū)種植；李博[20]對(duì)5種玉簪的耐水淹性進(jìn)行研究，探尋求索玉簪的抗水濕能力。另外在組培繁衍方面也有了長足進(jìn)步，上海市園林科研所和上海市植物園、東北林業(yè)大學(xué)等科研單位對(duì)引進(jìn)國外的玉簪新品種進(jìn)行立體快繁技術(shù)研究，探尋求索并建立了玉簪組培生產(chǎn)技術(shù)[15,21,22,23],可大量生產(chǎn)用于園林、園藝中。引種選育豐富了國內(nèi)玉簪屬植物多樣性，提供了大量優(yōu)質(zhì)種質(zhì)資源，加速了品種培育進(jìn)程。2.2實(shí)生選種自然界存在著天然的變異，野生種與栽培種均會(huì)產(chǎn)生一定的群體差異與株間差異，正是這些差異帶給了我們挑選優(yōu)質(zhì)品種的原始材料，在人類未進(jìn)行有目的雜交育種之前，所有的品種都是通過實(shí)生選種的形式選育出來[24].玉簪屬野生資源種類較多，且不存在生殖隔離，普遍存在著自然雜交，構(gòu)成具有不同觀賞特性與抗性的群體或單株，在自然選擇與人為選擇下，一些優(yōu)勢基因不斷強(qiáng)化，逐步演化為人類需求的種類，玉簪屬多數(shù)品種就是在栽培經(jīng)過中通過建立優(yōu)良無性系得來，在上世紀(jì)80年代中科院植物園就從白花玉簪中選育出高度瓣化優(yōu)良單株，90年代又從朝鮮玉簪中挑選出抗逆性強(qiáng)的白花突變個(gè)體植株，并不斷培育成新品種[25];同時(shí)，玉簪屬植物具有較強(qiáng)的易變性，品種演化進(jìn)程中存在著大量的自然芽變與人工誘導(dǎo)芽變，花葉紫萼就是由紫萼的自然芽變選育而來[26];Williams在高雅園葉玉簪品種〔H.sieboldianaElengans〕的栽培經(jīng)過中發(fā)現(xiàn)一株金葉芽變，采用無性繁衍保存特異性狀，進(jìn)而培育成金葉經(jīng)典品種，并在金葉的基礎(chǔ)上以雜交育種的方式方法培育出著名品種Beatrice而SugarandCream則是由Honeybell組培芽變產(chǎn)生的品種[12].當(dāng)前，實(shí)生選種與芽變選種仍然是玉簪屬植物育種中的重要方式方法，正是不斷通過發(fā)現(xiàn)與選擇來獲得優(yōu)質(zhì)種質(zhì)資源，應(yīng)用于后續(xù)的雜交選育工作。2.3雜交育種玉簪雌雄同株，多為二倍體〔2n=60,12大，48小〕，大多數(shù)種及品種之間不存在生殖隔離，雜交較為容易，是培育玉簪屬新品種的主要育種方式方法。國外玉簪屬品種大多通過雜交育種而來，例如，Grullemans培育的白花品種RoyalStandard,Krossa培育的藍(lán)灰葉品種KrossaRegal,Savory培育的小型花葉品種GolenTiare,Seaver培育的花葉品種SeaDream,Benedict培育的CrestedSurf,日本專家培育的著名品種Tokudama,Arends培育的Elengans,Williams培育的Beatrice品種，Bob和ArleneSavory培育的GoldenTiara與LemonLime品種，Seaver培育的海藍(lán)玉簪系列Seaseries,Smith培育出的Tardiana天藍(lán)色系列品種[12],Aden培育的LovePat、SumandSubstance、BlueAngel等品種[25];國內(nèi)一些育種專家也通過雜交形式獲得了一些新品種，趙連杰等[27]以白花玉簪〔H.plantaginea〕和狹葉玉簪〔H.lanciforlia〕為父母本互交獲得F1代雜種香花紫玉簪，劉東煥等[13]以北京植物園引進(jìn)的諸多玉簪屬品種培育出觀賞效果好的品種白玉、舞女、紅斑、秀麗,抗強(qiáng)光品種得意高.同時(shí)，部分玉簪品種也表現(xiàn)出雜交不結(jié)實(shí)現(xiàn)象，如H.undulata和H.lancifolia及其園藝雜種，Akemin和Kanazawa[28,29]研究以為原因在于出現(xiàn)了很多不育花粉粒，由于花粉粒減數(shù)分裂時(shí)染色體組發(fā)生異常，導(dǎo)致雌雄不育，相關(guān)研究人員采取細(xì)胞融合技術(shù)已有效解決了此問題。雜交育種為玉簪屬新品種培育的重要方式方法，固然周期長，從播種到開花最低需3年，但最為有效，通過雜交方式方法與實(shí)生選種的形式培育植株高大、花色艷美、明快，花序嚴(yán)密，花期不同，具有香味以及抗性的品種是玉簪屬育種的重要目的。2.4倍性育種當(dāng)前玉簪屬植物倍性育種研究未見報(bào)道，僅在一些文獻(xiàn)中查找到玉簪屬植物中存在著三倍體〔2n=90〕、四倍體〔2n=120〕以及一些多種非整倍體形態(tài)〔2n=52-59〕，如四倍體H.ventricosa及相關(guān)世系[12],此類品種屬于孤雌生殖，難以產(chǎn)生雜種后代，同時(shí)，一些學(xué)者以為H.ventricosa的產(chǎn)生可能是一些三倍體雜交產(chǎn)生的；而關(guān)于玉簪屬單倍體未見報(bào)道。因而，有關(guān)玉簪屬植物倍性育種的研究還需要繼續(xù)開拓。2.5輻射育種輻射誘變已廣泛應(yīng)用到林木、果樹、花卉等新品種選育工作中，可使基因突變或染色體構(gòu)造發(fā)生變化，產(chǎn)生異于原材料的新特征[30].對(duì)玉簪輻射會(huì)導(dǎo)致其遺傳物質(zhì)發(fā)生改變，進(jìn)而引發(fā)某個(gè)芽發(fā)生變化，使得后代在形態(tài)、葉色、花色、抗性等方面產(chǎn)生多樣的變化，在日本存在著很多玉簪芽變個(gè)體，Aden以為這與原子彈爆炸所留下的核輻射有一定的關(guān)系[31],并從芽變?nèi)后w中挑選出一些觀賞性好的個(gè)體培育成新品種，然而國內(nèi)就輻射對(duì)于玉簪屬植物的誘變影響研究較少，李黎等[32]曾采用60Co-射線對(duì)紫萼組培苗進(jìn)行輻射，以為紫萼玉簪組培苗的半致死劑量為5Gy,但就輻射能否有效培育出理想的新品種沒有深切進(jìn)入討論，因而，輻射對(duì)于玉簪屬植物的影響以及新品種的構(gòu)成還需更深切進(jìn)入的研究。2.6分子育種在玉簪屬植物中已經(jīng)開展了一些分子育種工作，現(xiàn)已采用分子育種技術(shù)培育出一些抗蝸牛和蛞蝓品種，適應(yīng)全光照環(huán)境的，花大，芳香等新優(yōu)品種[31].同時(shí)，也做了一些與分子育種相關(guān)的基礎(chǔ)性研究，Maekawa和Kaneko[33]就染色體核型進(jìn)行了研究；Zonneveld等[34]就染色體DNA含量進(jìn)行了分析；Chung等[35,36,37]對(duì)種群內(nèi)基因流轉(zhuǎn)特性進(jìn)行了分析；Mehraj等[38]從trnG-trnS區(qū)域的cpDNA推斷日本四國島上玉簪屬種群構(gòu)造和多樣性變化；日本學(xué)者Yasul在斑葉玉簪的雜交中發(fā)現(xiàn)孟德爾遺傳定律對(duì)玉簪屬彩斑遺傳并不適用，之后，Vaughn等證實(shí)玉簪的葉色彩斑屬于細(xì)胞質(zhì)遺傳，是由質(zhì)體上的無核基因所控制[39];但有些因素并非絕對(duì)的，如Avent等證實(shí)花葉玉簪的雌性不育可通過選擇適當(dāng)?shù)母副径霈F(xiàn)改變，紫萼的孤雌生殖同樣能通過適宜的父本〔蜘蛛花玉簪H.yingeri〕而改變[12].張丹丹等[40]以單、重瓣玉簪花為試材，對(duì)其花器官分化和花形態(tài)發(fā)育經(jīng)過進(jìn)行探究，為花瓣構(gòu)成的分子機(jī)制奠定了形態(tài)學(xué)基礎(chǔ)；Liu等[41]對(duì)開白色和紫色花玉簪的花色素進(jìn)行定量分析，為玉簪花色改進(jìn)提供根據(jù)；龍茜等[42]采用SSR分子標(biāo)記方式方法對(duì)70份玉簪種質(zhì)資源進(jìn)行了遺傳多樣性分析，為玉簪性狀相關(guān)基因和優(yōu)良等位變異基因的挖掘提供基礎(chǔ)，為品種間鑒定提供了科學(xué)根據(jù)，有利于玉簪屬分子標(biāo)記輔助育種與遺傳改進(jìn)工作的展開。分子育種勢必會(huì)成為今后玉簪屬育種的重要方式方法，還需繼續(xù)深切進(jìn)入研究，根據(jù)育種目的培育更多優(yōu)質(zhì)新品種。3育種方向與瞻望國內(nèi)外專家在玉簪屬植物育種工作上進(jìn)行了多方面的研究，成果頗豐，獲得了5000多個(gè)園藝品種，將玉簪屬植物打造成為優(yōu)良的園林地被觀賞植物，成為廣泛的栽培類型。結(jié)合國內(nèi)外玉簪屬植物育種現(xiàn)在狀況，以為還需在下面幾個(gè)方面展開深切進(jìn)入的研究：1〕對(duì)諸多玉簪屬植物資源進(jìn)行分類，解決當(dāng)下存在的同物異名或同名異物問題，理清野生種以及品種間遺傳背景與親緣關(guān)系，結(jié)合分子標(biāo)記技術(shù)對(duì)野生種以及品種建立指紋圖譜，并應(yīng)用到今后的新品種審定中；2〕加強(qiáng)引種、選種力度，建立種質(zhì)資源庫，進(jìn)而為雜交育種提供優(yōu)良親本，為創(chuàng)制新種質(zhì)提供基礎(chǔ)；3〕加大對(duì)國內(nèi)野生種質(zhì)資源的開發(fā)與保衛(wèi)力度，如白粉玉簪、安圖玉簪、卵葉玉簪，充分挖掘野生資源的優(yōu)良基因；4〕明確育種目的，采用多種育種形式，朝著特大或特小型、芳香型、小白花型、紅葶型、紅柄型以及耐熱型、耐陽型、抗蟲型、晚花型等品種發(fā)展，并因地制宜培育出合適我們國家南北方不同氣候類型的觀賞新優(yōu)品種；5〕育種與栽培相結(jié)合，廣泛開展實(shí)生選種與芽變選種，并加大玉簪屬在輻射育種、多倍體育種等方面的工作力度；6〕深切進(jìn)入開展玉簪屬植物光合、花色、花香、花期、彩斑、抗性等相關(guān)分子機(jī)理研究，采用分子輔助育種縮短育種年限，充分利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)、原生質(zhì)體融合技術(shù)改進(jìn)現(xiàn)有品種，培育新奇特優(yōu)類型。以下為參考文獻(xiàn)[1]傅立國，陳潭清。中國高等植物13卷[M].青島：青島出版社，2002:91-92[2]李錢魚。玉簪屬〔Hosts〕植物的品種資源及其花葉嵌合體特性研究[D].杭州：浙江大學(xué)，2004[3]SchmidWG.TheGenusHosta:GiboshiZoku[M].Portland,Oregon:TimberPress,1991:428[4]于淼，于洋，徐麗萍，等。玉簪屬植物研究進(jìn)展[J].北方園藝，2021〔13〕：198-201[5]AmericanHostaSociety.2020Registrations[J].TheHostaJournal,2020,40:3-30[6]王德群。安徽玉替屬一新種[J].廣西植物，1989,9〔4〕：297-298[7]GrenfellD.TheGardenersGuidetoGrowingHostas[M].2nded.PortlandOregon:TimberPress,1998:160[8]ZilisMR.TheHostaHandbook[M].Rochelle:QZNurseryInc,2000:17-18[9]FujitaN.ThegenusHosta〔Liliaceae〕inJapan[J].ActaPhytotaxonomicaetGeobotanica,2020,10:14-43[10]李慶杰，赫玉芳，王嬋，等。玉簪屬植物研究進(jìn)展[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2018,38〔22〕：11826-11829[11]FujitaN.FloodingtoleranceofjapaneseHostainrelationtohabitatprefence[J].Memoirsofthefacultyofscience,KyotoUniversity,SeriesofBiology,1978,7:45-57[12]莫健彬。玉簪屬品種資源分類及耐熱品種挑選[D].上海：上海交通大學(xué)，2008[13]劉東煥，趙世偉，王雪芹，等。玉簪的雜交育種[J].中國觀賞園藝研究進(jìn)展，2020:172-175[14]江浩。玉簪引種馴化與耐蔭性研究[D].北京：中國林業(yè)科學(xué)研究院，2008[15]胡岷桐，王克鳳，丁言，等。4個(gè)新品種玉簪愈傷組織的誘導(dǎo)及組培擴(kuò)繁研究[J].中國農(nóng)學(xué)通報(bào)，2021,31〔10〕：129-132[16]王文靜。哈爾濱地區(qū)引種玉簪和落新婦品種的評(píng)價(jià)[D].哈爾濱：東北林業(yè)大學(xué)，2018[17]韓雪。地被植物在哈爾濱的引種及應(yīng)用試驗(yàn)的研究[D].哈爾濱：東北林業(yè)大學(xué)，2007[18]施愛萍，張金政，張啟翔，等。不同遮蔭水平下4個(gè)玉簪品種的生長性狀分析[J].植物研究，2004,24〔4〕：486-490[19]許怡玲，遇文婧，周玉遷，等。低溫脅迫對(duì)玉簪根系活力的影響[J].林業(yè)科技，2018,35〔3〕：55-58[20]李博。幾種玉簪的水分脅迫耐受性研究[D].哈爾濱：東北林業(yè)大學(xué)，2008[21]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