基因工程在园林植物中的应用

基因工程在园林植物中的应用

摘要：与传统育种方法相比，基因工程技术具有独特优势，近年来, 基因工程育种一直是园林植物育种研究的热点。本文就近年来与花卉基因工程相关的研究与应用进行综述, 同时简单评述了花卉基因工程育种研究中存在的问题并展望其应用前景。

关键词：基因工程，育种，园林，花卉

正文：

我国的花卉栽培有着悠久的历史, 花卉种质资源丰富, 为世界园林的发展作出了巨大的贡献。但是, 与花卉业发达的一些国家相比, 我国的花卉发展水平还处于较为落后的阶段。传统育种大多通过杂交或无性繁殖筛选的方式选择良种, 育种周期长且效率低。而辐射育种、航天育种等则难以定向培育新品种, 随机性大。基因工程育种具有育种周期短、效率高, 培育定向性强和可跨种类利用有价值的基因等优点。因此, 花卉基因工程育种具有极大的发展潜力, 为改良和创造优、新、特花卉品种提供了快捷途径。

基因工程又称遗传工程，是生物工程的主导技术。DNA重组技术或分子克隆是基因工程的核心。与传统育种相比，花卉基因工程育种有如下优点:①在基因水平上改造植物，更具精确性；②能够定向修饰花卉某个或某些性状而保留其他性状，提高育种的目的性和可操作性；通过引入外来基因扩大基因库，从而培育出新型的花卉品种；③能够创新种质，打破物种间交流的界限，为花卉的定向育种提供更先进的技术保障；④育种周期短，效率高。

目前, 植物遗传转化方法主要有农杆菌介导转化法和DNA直接导入法两类。农杆菌介导法和基因枪法是外源基因进入植物细胞应用比较广泛和比较成功的方法。观赏花卉的品质性状通常包括花色、花香、花形、花期、株形、叶色和观赏寿命等, 这些品质的优劣会直接影响其观赏价值和商品价值。植物基因工程可以通过定向修饰花卉的某些目标性状而保留其他原有优良性状或引入外源基因而扩大其基因库等方式来培育具有独特新奇品质的高档花卉，创造出巨大的经济效益。因此, 花卉基因工程在花卉品质性状改良方面有着广阔的应用前景。

目前基因工程在花卉育种中的应用方面主要有：

1、花色基因工程

花的颜色是一种复杂性状, 它主要由三大类色素决定, 即类黄酮、类胡萝卜素及甜菜色素。这三大类色素的合成都涉及到多个代谢步骤、多种酶的催化, 因而与之相关的基因也较多, 其作用机理十分复杂。花的颜色还受到色素浓度、多种色素的共同成色作用, 某些色素与重金属离子螯合作用、液泡液的PH 值等因素的影响。

目前, 花色修饰主要通过以下几种方式进行。(1) 直接导入新的目的基因法。(2) 反义基因抑制法。(3) 共抑制法。

菊花是中国传统名花,其花色变异丰富,但独缺蓝色系；瓜叶菊是菊科千里光属广泛栽培的观赏植物,具有典型的蓝色系。研究通过对比菊花和瓜叶菊花青素苷生物合成途径上关键结构基因的表达差异,探讨菊花蓝色系缺失的原因,分析花发育过程中蓝色花形成的分子生物学机理,对于开展花色改良的分子育种具有重要的理论意义和实际应用价值。

2、香味基因工程

花的香味是花卉的一个重要观赏性状。但是花卉香味基因工程目前还处于起步阶段, 研究进展缓慢。究其原因, 主要是芳香物质有比花色素更为复杂的代谢途径。控制香味的代谢物远比控制色彩的代谢物多。

3、花发育基因工程

目前, 研究人员已克隆出了一批与花发育相关的基因。主要有开花基因、花分生组织特

性基因、花分生组织大小基因、花器官式样基因、地籍基因、花瓣发育基因、花发育抑制基因、花型基因等。通过花发育基因工程将可以培育出提早或推迟开花、花期长久、花大、重瓣程度高、花型奇特的花卉品种。

4、花卉保鲜基因工程

内源乙烯的产生会造成一些花卉衰老凋萎,缩短其切花的贮藏期和瓶插观赏寿命。近年来, 科学家对控制乙烯合成的基因和衰老过程中基因的表达进行了深入研究, 延迟了凋萎。

5、花卉株形基因工程

株形既是花卉的观赏性状也是重要的经济性状之一。科研人员通过发根农杆菌介导转化法, 获得了节间缩短、分枝和叶片增加、株形优良的转化株型。

6、花卉抗性基因工程

花卉抗性性状主要包括抗生物环境逆境、抗无机环境逆境和抗除草剂等方面的性状。在抗病育种方面，科学家可以通过基因工程技术将抗病毒、抗细菌和抗真菌的基因引入植物中，从而提高植物的抗病性。

到目前为止，国际上已经成功地利用基因工程技术培育出了重瓣矮牵牛；以矮牵牛为模式的植物花色基因工程研究方兴未艾，而且花色基因工程已在包括菊花、香石竹、非洲菊、月季、拟南芥在内的许多物种上获得了成功；以金鱼草、猴面花等为模式的花卉对称性研究也已取得了重要进展；利用不育基因研究花卉杂交制种的体系已在一些物种上显示出前景，而将之用于一些园林树木的改良上可望取得令人鼓舞的研究成果。

尽管花卉基因工程育种取得了一些进展, 但仍然面临诸多的问题, 在重要花卉遗传图谱的建立、一些重要基因的分离与克隆、花香、株形、花发育等性状多基因互作、调控机理以及转基因花卉生物安全性等诸多方面仍有不少问题和困难需要弄清,和解决花卉基因工程育种与传统育种的结合尚不够紧密。

随着花卉基因工程研究全面深入地开展, 这些问题和困难相信将会逐步被克服。随着分子遗传学、分子生物学等基础研究的深化、基因转化技术、植物再生方法的不断完善，植物基因工程将会以惊人的速度发展。因此，将基因工程与传统育种相结合，在今后的育种实践中，一定能培育出大批花色丰富、抗逆性强、性状各异、能满足各种不同绿化美化要求的观赏植物。

参考文献

1．《现代花卉产业的一场革命—基因工程在花卉育种的应用》

2．《转基因植物产业化现状与发展趋势》王琴芳.薛爱红.黄大昉等人

3．《植物抗虫基因工程的研究进展》李海燕.朱延明.马风鸣等

4．《浅谈我国园林植物育种方向》尹春李默贾永红杨丽