百合育种研究文献综述

百合育种研究文献综述

国内外研究现状

、杂交育种

20世纪80年代初,黄济明率先进行百合的杂交育种工作[1],进入90年代后,许多学者相继开展了杂交育种研究,如毛百合与细叶百合(L.pumilum)、轮叶百合(L.distichum)@王百合、毛百合@细叶百合、细叶百合@垂花百合(L.cernuum)、条叶百合(L.callosum)与王百合等种间杂交研究[2]。在亲本选配上,认为形态分类学上的亲缘关系与生物学上的生殖可配性不完全相符。有的杂交组合形态上差异

较大,但生殖可配性极强。百合商品种在花色、花型等性状上较野生种有很大改良,特别是花的开放方向。野生种中卷瓣组花向下开放;百合组花均为横向开放;钟花组虽然向上开放,但花瓣薄,瓶插寿命短,野生种之间杂交难以获得与商品种抗衡的杂种。而Creij等用多种克服远源杂交障碍的方法,获得不同组的野生种之间,栽培种之间的多个杂交组合的F1代,认为东方系和亚洲系(OA)杂交种是最有前景的杂交组合[3-5]。植物育种的历史表明,在抗性和一些特殊品质性状上,野生种保留了大量的有用基因。利用野生种与商品种多代杂交以及回交,将野生百合的优良基因渐渗到栽培种中,完善商品种是切实可行的育种之路。如Loffler等用毛百合与麝香百合(L.longiflorum)杂交,将毛百合的抗真菌(Fu-sarium)性病害的特性通过杂交渐渗到麝香百合中[6]。

在百合远缘杂交中,花粉加热、蒙导等多种授粉方法是克服远缘杂交受粉障碍的有效手段。Tuyl等以百合为研究杂交育种的模式植物,应用子房嫁接、胎座传粉、热水处理、辅助授粉、激素处理等多种方法进行克服不同类型的百合杂交障碍的试验[5],建立了克服远缘杂交障碍的技术体系。通过离体胚珠授粉试验,纪海珊报道了百合种间杂交的障碍原因[7]。指出在离体培养过程中,胚珠与花粉间最适授粉距离为1 mm;种间杂交障碍在于花粉管穿入胚珠珠孔所需时间(花粉发芽后8~12 h)早于花粉管内精子形成时间(花粉萌发后17 h)。

杂种胚的离体培养,即胚拯救技术是百合远缘杂交获得杂种植株的重要手段。研究表明,胚拯救法效率最高,但需要较高的技巧[7]。取胚龄为30~50 d的幼胚,培养基pH 5.0,加入氨基酸类物质,4 ℃的预处理培养等是胚培养的较好条件[8-10]。这些研究为百合远缘杂交奠定了重要技术基础。

、倍性育种

在天然多倍体中发现的许多优良特性,引发了研究人员开展百合倍性育种的探索,建立了许多产生多倍体的方法。通过亲本染色体的加倍,诱导和筛选二倍体的配子进行杂交,以及对百合杂交不孕F1代进行染色体加倍得到可孕后代等技术均是克服百合杂交障碍的重要途径。Lim Ki-Byung等研究通过栽培种与野生种种间杂交(L. longiforum-Gelria.@L. rubellum)获得不育的F1代,而后通过减数分裂染色体加倍恢复其育性,再与亲本回交[Lilium longiflorum-Snow Queen.@(L. longiforum@L. rubellum)],育出第一个麝香百合系粉红品种-Elegant Lady.[21]。染色体分析表明,该杂交种为三倍体,表现出较高的观赏性与抗逆性。要将目标性状基因渐渗到受体中,同源染色体重组是必需的。染色体原位杂交是了解杂交中的染色体重组及交换规律的有效途径,通过研究染色体重组和交换与对应表型性状的关系,可以极大地提高百合育种效率[12-16],使传统育种走向设计育种。因此,Lim K-B等用GISH研究了多组杂交组合及回交中同源染色体重组频率,对比亲本染色体、杂种F1代与BC1后代的同源染色体重组频率,发现BC1及基因重组率高。

此外,用天然的二倍体配子杂交可获得可育子代。Lim K-B等通过研究二倍体花粉细胞的形成[17],认为大多数组间杂种在减数分裂中期I或后期I花粉母细胞运动时染色体容易配对,第2

次分裂停止(SDR:second division restitution),产生二倍体配子。中期I形成2价体,不规则的减数分裂产生可育花粉细胞,用其作父本,可产生可育的杂种获得子代[18]。

可见,以远缘杂交为核心,用诱变加倍的或筛选的二倍体配子用于杂交产生可育多倍体等方法,是百合种质创新的重要组成部分。

、细胞工程育种

通过不同类型的原生质体融合可以克服传统育种方法所面临的生殖障碍,创造新的种质材料。目前已报道分离了麝香百合配子原生质体[19]。通过电融合方法获得了可育的体细胞杂交植株[20],该植株移到温室正常生长直至开花,其表型性状与亲本有显著差异。分子检测表明,该植株为体细胞杂种。这在百合育种中也是值得尝试的创造新种质的有效手段。

、诱变育种

诱变育种虽然存在不定向性,但可能创造自然难以产生的珍贵种质,如花粉不育种质等。物理诱变研究集中在处理材料、剂量及处理效果上。张克忠等对王百合进行辐射诱变[21],减数分裂观察结果表明:辐射使减数分裂过程中发生了染色体结构和数量变异,从而造成了花药畸变及花粉败育。用60e辐照亚洲百合-Pollyana.品种的鳞茎,辐照后的当代植株(M1)花粉母细胞减数分裂出现明显的辐射效应，染色体数目和结构发生了变异[22]。多次实验证明,花粉败育时期推测在四分体形成之后。林祖军等报道诱变育种甚至可以创造不同花序的种质,而且还可延长花的保鲜期[23]。

在化学诱变方面,Takamura等研究认为在百合无菌培养中可用黄草消(Surflan)替代安磺灵(oryzalin)多倍体比例更高[24]。此外,空间诱变应用在一串红、三色堇、万寿菊等花卉育种上,见到选育出诸如矮生、超长花期、大花径等优良变异性状的新品系的报道。百合的种子体积小、重量轻,开展航空搭载容易。我国也是有条件进行空间诱变育种研究的少数国家之一,这方面的尝试也有可能产生新的种质。

、基因工程育种

自Tzeng Tsai Yu等2001年利用RT-PCR的方法从麝香百合的花芽中分离克隆了一系列花发育相关基因以来,多个实验室开展了百合花发育基因的克隆研究工作[25-31]。目前百合ABCDE 功能基因都已经得到,并在模式植物上得到表达,今后应在如何调控花发育上开展研究。

近年来基因工程技术在花卉育种中应用较为广泛,也获得部分有商品价值的转基因植株,但百合的转基因育种研究较少、成效缓慢。仅建立了东方百合的农杆菌介导的受体系统[32]、龙牙百合遗传转化

的快速高频再生系统[33],以及东方系百合杂种-Acapulco.的转基因体系,并用农杆菌与胞质丝衍生愈伤组织共培养,获得东方百合转基因植株[34]。转化方法上,基因枪法可能更适合于龙牙百合的遗传转化。但转基因植株与具有商品价值的新品种尚存较大距离。

、分子标记辅助育种

利用分子标记技术构建遗传图谱,进行QTL定位,是分子标记辅助育种的较为深入的探索。所用标记技术有AFLPTM [35]、RAPD,分别有报道百合抗Fusarium与TBV的分子标记辅助育种研究,构建了亚洲百合品种的抗Fusarium性连锁图谱,发现3个标记与抗性显著连锁[35]。分析亚洲系百合花青苷色素、花瓣的花青苷与斑点的形成性状的遗传背景,认为单基因控制花瓣花青苷色素形成[36]。百合为球根花卉的鳞茎类花卉,从种子到鳞茎膨大再到营养积累足够多至成花,除麝香系外均需要3~4 a的时间。因此百合花的重要性状如花色、花开方向等性状的QTL定位对新品种选育尤为重要。

百合育种研究的不足之处及发展趋势

（1）、百合遗传多样性丰富,群体差异大,分类学研究中常有新种报道。研究百合自然变异与新种形成的遗传机制,从而指导育种具有重要价值。我国百合有广布种,也有地方特有种,可以通过重点研究一些种的系统发育地理学规律,了解百合种的起源与形成机制。对于育种工作