杨志娟,张孟锦,李劲松,陈冠铭,梁智钧
(1.三亚市南繁科学技术研究院,海南 三亚 572000;2.三亚市林业科学研究所,海南 三亚 572023)
蝴蝶兰为兰科(Orchidaceae)蝴蝶兰属(Phalaenopsis)植物。至今为止,已发现70 多个蝴蝶兰原生种,但其改良品种众多,商品化生产的品种多为杂交改良后的新品种[1]。其品种丰富、花色艳丽、花资优雅、花期长,具有较高的观赏价值和经济价值,素有“兰花皇后”之美誉,在世界花卉产业中占有重要的地位[2-3],是国内外花卉市场上最受欢迎的花卉之一。国内蝴蝶兰育种起步晚,至今育成的新品种数量有限。笔者对蝴蝶兰的育种现状进行了综述,提出了存在问题与建议,旨在为促进我国蝴蝶兰产业的发展提供参考。
蝴蝶兰,兰科多年生附生草本植物,耐荫性强。茎基部肥厚,根簇生,单叶对生排成2 列。多在早春开花,花期长达2~4 个月,通常从叶丛中抽生花茎,花序总状,花色丰富,香味无或较淡。花两性,外轮3 片为萼片,内轮两侧的2 片称花瓣,下部1片称唇瓣。在花瓣中有一由雄蕊和花柱合生成的合蕊柱[4]。
蝴蝶兰原产亚洲热带地区,喜热、多湿和半阴的环境。生长适温白天25~28℃,晚间18~20℃。在35℃以上高温或15℃以下低温时则停止生长。若持续低温,植株就会死亡。在花芽分化时期需对其进行低温处理,适宜昼温25~27℃,夜温16~18℃[5]。
全世界蝴蝶兰野生种有70 多个,而我国台湾就有51 个[6]。目前,蝴蝶兰的栽培种大部分是由蝴蝶兰属的原生种杂交而来的。有些蝴蝶兰,特别是红花系蝴蝶兰有来自朵丽兰属Doritis 的血统,其与蝴蝶兰杂交,后代称朵丽蝶兰Dortiaenopsis,简写Dtps.。常用的蝴蝶兰原生种有象耳蝴蝶兰P.gigantea,该种是斑点花系品种中最重要的杂交亲本;原产马来西亚的美丽蝴蝶兰P.amabilis 和爱神蝴蝶兰P.aphrodite 及粉红色的P.schilleriana,是白花品系的原始亲本;此外雷氏蝴蝶兰P.lueddemanniana、席氏蝴蝶兰P.schilleriana 等也是线条系或红花系的原始亲本[7];P.equestris 和D.pulcherrima 是多花系的主要亲本,其后代具有株型紧凑、花小而多的特点,优良品种如P.Cassandra 等开花可达数十朵至上百朵[8]。
1975年陈瑞芳利用大白花P.mouptkaala 与P.lueddemannsana 杂交,培育出P.paifangs Quten,并以优良个体“Brother”作为亲本杂交,已培育了66个杂交种,李万全培育的深红大花Dtps Hinacity Glow 也曾风靡一时[9]。目前商业上栽培的蝴蝶兰品种均为杂交种,常见的有以Dtps.为亲本衍生的红花系蝴蝶兰,如Dtps.Happy Valentine 及近年来元宵市场上最为抢眼的新宠“大辣椒”、“红太阳”、“香山公主”等;而黄花系中的P.Taipei Gold、P.deventeriana 花型良好,质地极佳,已广泛用作培育黄花系列的亲本,通过与大白花类杂交,培育出花径达到12 cm 以上的黄花品种。此外,斑点系中的P.Sogo Pony、P.Brother Purple、P.Elise De Vallec 等,线条花系中的P.Brother Stripes 和大白花系中的P.Musashino 等也备受人们喜爱[10]。
杂交育种是目前蝴蝶兰育种中最常用的方法,也是最有效的育种途径。蝴蝶兰与多数兰科植物种类相似,在原产地大多有与其共生的昆虫为之传粉,但离开原产地后由于无特定昆虫而无法完成传粉受精作用,导致不能结实。因此,为获得更多种苗和优良奇特新品种,需要进行人工授粉工作。一般情况下,亲本在开花第1 天花粉发芽力最强,开花7 d 后花粉仍可应用[11],雌花最好的授粉时间是开花后3~4 d[12],生长势指数高的亲本配合力高,有利于杂交育种[13]。对综合性状表现优良的品种或具某些特殊性状的品种可进行多代自交纯合筛选自交系,双亲性状差异显著且确定其子代有稳定遗传性的有望育成新品种[14]。如台湾糖业研究所从1988年开始进行蝴蝶兰选育种工作,每年杂交组合近400 个,选育的新品种陆续投入商业化生产[8]。2009年国内的“蝴蝶兰新品种选育及产业化关键技术研究与开发”项目取得一定科技成果,构建了蝴蝶兰的杂交育种体系,已选育出蝴蝶兰新品种16 个[13]。广东省农业科学院花卉所、汕头农业科学研究所陆续也有新品种育成。
兰花的种子十分细小,数量却很多,每个蒴果中常有数万粒甚至几百万粒的种子,种胚通常发育不完全,仅有一团未分化的胚细胞,呈卵圆形,几乎没有胚乳,种皮内含有大量的空气,不易吸收水分[8]。这些种子特性,造成其种子发芽极为困难。采用非共生萌发法使蝴蝶兰的种子萌发,并得到正常的种苗,可为蝴蝶兰的杂交育种提供有力的技术支持。
在20 世纪70年代Robert J 等育种家发展了利用秋水仙素加倍蝴蝶兰小苗染色体的方法,其后四倍体材料广泛用于育种,四倍体育种可以明显改良杂交后代的品质,其中P.equestris‘Riverbend’是传播最广的个体。在国内则发现利用EMS 比NaN3的诱变处理效果好,而EMS 最佳浓度为0.5%[15],如纯黄色花系P.Golden Emperor’Sweet’[8]。
章宁等[16]以蝴蝶兰组培原球茎和小苗为材料进行60Co-γ 射线诱变(剂量15Gy)处理,得到一系列诱变苗,幼苗成活率为90%,经40Gy60Co-γ 射线对蝴蝶兰进行照射处理后,植株未死亡,而其余剂量的处理均有不同程度的死亡,同时SOD 活性及CAT 活性与对照相比变化趋势均不相同[17]。物理诱变结合化学诱变对兰科植物诱导突变体更为有效[18],这也为蝴蝶兰诱变育种提供了更为详细的数据。
利用分子生物技术将外来基因导入植物体中可达到改善性状、品质与提高产量的目的。建立高效、稳定的基因转殖方式,对蝴蝶兰分子育种具有重要的意义。花粉管法是较为简便的一种方法,研究证实花粉管法确实可达到蝴蝶兰基因转殖的目的,且以授粉后第30 天左右注射DNA 效果最佳[19]。基因枪以PDS1000ohE 型、650psi 压力处理蝴蝶兰幼胚,可得到34%的暂时表现转殖比率,处理后30 d 分析显示,外来质粒DNA 可以整合到蝴蝶兰细胞的染色体内[20]。已有将抗病wasabi 基因导入蝴蝶兰愈伤组织中,获得了抗软腐病等多种细菌性病害的植株[21],以及将含兰花花叶病毒的外壳蛋白基因和甜椒的铁氧还原类蛋白基因导入蝴蝶兰,植株可获得双重抗病能力的研究报道[22]。
许华欣等[23]利用Pochso 做探针,对“粉红蝴蝶兰”与“白花蝴蝶兰”杂交选育的淡红花、晕红花和白花后代进行Southern 杂交,发现自带的杂交条带与母本相似,而与父本完全不同。也发现柱头和花柱中乙烯的产生和ACC 氧化酶mRNA 的积累随着时间的延长显著下降,而子房中则明显上升,表明授粉后雌蕊中乙烯的产生与ACC 氧化酶基因的表达密切相关。此外,授粉后雌蕊的柱头中合成的乙烯相对量最多,花柱次之,子房中则较少[24]。有研究表明,苯基苯乙烯酮合成酶(CHS)为蝴蝶兰花色素合成中的第一关键酶[23]。
此外,近年来蝴蝶兰新品种不断出现,导致许多品种名和品种分类混淆,仅通过形态特征定名缺乏可靠的依据,采用分子标记鉴定品种的新技术具有重要意义。蝴蝶兰P.amabilis 在形态上与原产菲律宾的P.aphrodhe 非常相似,以RAPD 和ISSR 分子标记技术进行鉴定可发现二者有明显的区别[25]。利用RAPD 对12 个不同花色的蝴蝶兰品种进行遗传距离分析,将该12 个品种可区分为2 个家族:第1 家族中包含基色为白色的花色品种,花蕊颜色略有不同;第2 家族为具有条纹的花色品种[26]。
目前国内的研究大多集中在蝴蝶兰的形态学、解剖学和栽培技术等方面,而对蝴蝶兰的选育种研究起步较晚,重视不够,系统研究的资料甚少。主要表现在:种质资源的基础性研究较为薄弱;缺乏统一的资源管理系统;缺乏完整的育种体系,培育1个具有自主知识产权的新品种工作繁、时间长、成效慢。
应充分利用我国原生种种质资源,对蝴蝶兰现有品种进行改良或培育新的品系,这对我国蝴蝶兰生产具有重要意义。如蝴蝶兰属及其近缘属的部分种类最北可以分布到我国的秦岭地区,这些分布比较偏北的植物具有较强的抗低温特性,比本属其他种类抗旱和耐寒能力稍强,可以将其用作抗干旱和耐寒育种的亲本,这对于降低栽培管理成本、扩大市场需求有很大作用。
目前,人们对蝴蝶兰品种的要求有两个方面:一是大花型切花和盆花,要求花色较单纯、变异小、易于大规模批量生产;二是奇特赏玩类花系,包括各种鲜艳的斑点、斑块、粗脉纹、奇花、小花等。同时,针对不同的消费地区和群体,应该选育不同的品种。如美国对蝴蝶兰品种的需求以“大”为主,不但要求植株大,而且要求盆器大,因而市场上比较受欢迎的是12.7~17.8 cm 盆,且主要以白色花品种为主;日本可分为礼品花和家庭消费两个市场,礼品花仍以大型白花品种为主,家庭消费对花色的要求更为广泛,原则上以淡色为主,如白花红心、淡红、淡粉红、黄花红心、黄花系品种等;欧洲市场品种培育重点是易开花、病虫害感染率低、花梗数多的品种;而在国内红色特别是深红色蝴蝶兰在市场上更受欢迎。
蝴蝶兰是极具经济价值的花卉之一,目前在国际、国内市场上均占有重要的地位。应加大科研力度,加强品种选育,培育具有自主知识产权的新品种。利用先进的分子生物技术与种子无菌萌发技术、组织培养技术相结合,建立稳定的蝴蝶兰遗传转化系统,为今后特定的目的基因导入蝴蝶兰,育成高抗逆、新花色(如蓝色)等性状的品种奠定基础。此外,利用属间杂交来创新种质,也可选育出适合市场的新品种。
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