花卉学课程论文(蝴蝶兰育种)

摘要：本文首先简述了蝴蝶兰生物学特性以及其育种的发展历史、现状和主要成就。之后介绍了蝴蝶兰的育种常用亲本及优良新品种，综述了蝴蝶兰常规杂交育种、诱变育种、组织培养、生物技术育种和基因工程等多个育种途径，并从蝴蝶兰育种的操作程序和方法分析蝴蝶兰育种的现存问题，提出其解决对策及建议，试图为解决我国蝴蝶兰产业的育种技术瓶颈、促进其发展提供有效的参考。关键词：蝴蝶兰；育种；组织培养；杂交育种蝴蝶兰(Phalaenopsisamabilis)为兰科蝴蝶兰属(Phalaenopsis)植物，是著名的热带兰花，原产于亚洲热带雨林。蝴蝶兰属是著名的切花种类，兰科蝴蝶兰是单茎性附生兰，茎短，叶大，花茎一至数枚，拱形，花大，因花形似蝶得名。由于其品种丰富、花色艳丽、花姿优美、高贵典雅，花期长，具有较高的观赏价值和经济价值，蝴蝶兰早在19世纪就被作为珍贵的盆栽用于室内观赏，其为热带兰中的珍品，贵为“兰中皇后”，在世界花卉产业中占有重要的地位，是国内外花卉市场上最受欢迎的花卉之一【1】。从1750年首次发现蝴蝶兰野生种到现在，已陆续发现100多种原种，我国的台湾、云南、海南也有原生种分布，其中中国台湾就有共51种品种【2】。现代栽培兰花就多以原生种为基础运用各种育种技术进行栽培生产。1蝴蝶兰的生物学特性1.1形态特征蝴蝶兰，兰科多年生附生草本植物。茎短、基部肥厚，单轴型，无假鳞茎，气生根粗壮，圆或扁圆。叶厚，多肉质，卵形、长卵形、长椭圆型，抱茎着生在于短茎上。根簇生，单叶对生排成2列。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。其中蝴蝶兰有两个很有名的种类：二叶舌唇兰开白花，植株较小；绿花舌唇兰花大，绿白色，株形也较大。两者均有5～15朵花，芳香，簇生成穗状花序。1.2生长特性蝴蝶兰多在早春开花，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。蝴蝶兰原产亚洲热带地区，喜欢高气温、高湿度、通风透气、不耐涝，耐半阴的环境，忌烈日直射，忌积水，畏寒冷的环境。生长适温白天25～28℃，晚问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℃【3】。2蝴蝶兰育种研究的发展2.1研究历史和现状蝴蝶兰栽培育种研究大体经历了以下几个阶段：1830年～1900年：主要作为珍贵的室内盆栽植物，极为罕有而珍贵，人工繁殖困难，多是从原产地采集。1900年～1960年：以生产切花为主。随着运输能力的发展和种子繁殖技术的进步，蝴蝶兰越来越普及。1960年至今：盆栽又再度流行，组培技术的发展使得优秀的个体可以大量生产。其生产方式开始采用分工方式进行，育种家们利用种间杂交和属间杂交育出新品种，改良品种的花形、花色丰富多彩，如花径20cm的大白花、17cm的粉红花、白花红点、红条、红唇、黄花红点、红斑、红线、纯黄、深紫红等色彩，缤纷而艳丽。也常利用近缘异属杂交，如和五唇兰（Doritis）杂交的后代，常有艳丽的深紫红花出现。2.2研究的主要成就经过近百年的育种，以原种为基础，通过各种育种、选种、栽培技术，目前登录的蝴蝶兰杂交品种有19000多个．并且每个月都有近200多个集体杂交种登录。现代的蝴蝶兰种类繁多，其常见类型如下。(1)标准大花类：主要有白花系、红花系、白底线条花系，这一类型的蝴蝶兰最重要的原始亲本为白色的P.amabilis和粉红色的P.schilleriana，多为切花品种。(2)珍奇类：本类为小花类原生种初代杂交种及多代杂交种，其重要的原种亲本有P.amboinensis、P.1ueddemannianaandP.violacea等，其中如果带有P.violacea的血统，常常会有香味。近年来，通过与标准大花类杂交，新奇类蝴蝶兰的品质有了很大的提升。(3)斑点花类：本类多由标准大花类与原种或珍奇类交配而来，重要的亲本有P.1ueddemanniana、P.Ho'sFrancyLeapard、P.PaifangQueen。(4)多花系：其亲本主要为P.equestris，其它还有D.pulcherrima等，具有株型紧凑、花小而多的特点，些品种如P.Cassandra、P.Veitchiana等健株开花可达数十朵至上百朵。(5)朵丽蝴蝶兰：由蝴蝶兰与五唇兰(Doritis朵丽兰)杂交而来【4】。2.3我国蝴蝶兰育种发展介绍蝴蝶兰目前主要作为商品盆栽和切花进行销售，因为原生种大多花小不艳，所以作为商品栽培的蝴蝶兰多是人工杂交选育出的品种。要想获得新品种，最有效的方法就是杂交育种。如此获得实生苗以后，再经过选择培育出观赏价值较高的新品种。国外早在几十年前就开始进行蝴蝶兰的育种研究，目前技术已相当成熟，培育出众多观赏价值较高的蝴蝶兰品种(系)。我国虽是野生兰花资源大国，约有173属1200多种兰花原生种。在过去20多年中，中国科学院植物研究所也进行了野生花卉资源的调查、引种驯化、栽培繁殖、筛选评估和种质资源保存等研究，但我们对野生兰花资源尤其在蝴蝶兰方面进行调查研究起步较晚，目前尚缺少专业的科研队伍，也无专门的育种公司，国内销售的许多盆栽和切花商品都是通过进口国外品种进行生产【5-6】。因此为了降低生产成本，目前我国已开始大力发展蝴蝶兰的育种技术。蝴蝶兰的品种选育是从20世纪开始的，据杨士辉教授论述，蝴蝶兰栽培研究历史上：大体经历了3个阶段：原生种的室内盆栽阶段；之后进人种子繁殖和切花生产阶段；近年来的品种选育及组培快繁阶段。台湾糖业研究所自1986年开始成立蝴蝶兰研发小组，引入生物技术，在传统杂交育种的基础上，培育符合市场需求的新品种。1984年1月1日由台湾陈查寻登录的杂交种Pha1.TaipeiGold，可谓黄花蝴蝶兰国内杂交育种的一个里程碑【7】。近年来，国内又有新品种不断育出，如江苏省连云港市振兴恒巨生物科技有限公司联合台湾蝴蝶兰研究专家共同培育的蝴蝶兰新品种光芒四射。3蝴蝶兰的育种常用亲本及优良品种全世界蝴蝶兰野生种有100多个，而我国台湾就有51个【8】。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，简写Dtps．。常用的蝴蝶兰原生种有象耳蝴蝶兰，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和爱神蝴蝶兰及粉红色的P.schilleriana，是白花品系的原始亲本；此外雷氏蝴蝶兰、席氏蝴蝶兰等也是线条系或红花系的原始亲本【9】；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，优良品种如席氏蝴蝶兰等开花可达数十朵至上百【10】。1975年陈瑞芳利用大白花蝴蝶兰与P.lueddemannsana杂交，培育出PpaifangsQuten，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也曾风靡一时【11】。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.HappyValentine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.TaipeiGold、P.deven—teriana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12cm以上的黄花品种。此外，斑点系中的P.SogoPony、P.BrothcrPurple、P.EliseDeVallec等，线条花系中的P.BrotherStripes和大白花系中的P.Musashino等也备受人们喜爱【12】。4蝴蝶兰育种的常用方法4.1杂交育种4.1.1杂交亲本的选择由于不同蝴蝶兰原生种在观赏价值、生长性、分布范围、杂交亲和性、发表时间等方面的差异，以其为亲本在RHS上登录的杂交组合数存在巨大差异，其中最多利用的为桃红蝴蝶兰，有508个，其次是波罗洲蝴蝶兰、黄花蝴蝶兰、泰国蝴蝶兰、绅士蝴蝶兰等。中国也有分布12种原生蝴蝶兰，在RHS上均有杂交组合登录，最多的是桃红蝴蝶兰，最少的是海南蝴蝶兰2个【13】。4.1.2杂交育种的操作杂交育种是目前蝴蝶兰育种中最常用的方法，也是最重要的育种方法，包括引种、检测、杂交和选种。但育种要遵循植物的自然生长规律，因此育种时间较长，一般培育一个新品种需要7～9a。对综合性状表现优良的品种或具有某些特殊性状的品种进行多代自交纯合筛选出自交系。每年开花期，根据育种目标，例如大型白花以增加抗病性、大型红花以增加香味及加重红龟、黄色奇异花以加大花型及增加花朵数等，就保存种原的优缺点拟定适当组合进行杂交。父本与母本的遗传特性要求显性差异以确定其子代有稳定遗传性而可望成为一个新品种。除进行普通杂交外，还可采取回交以稳定一些重要的性状，或利用属间杂交引入蝴蝶兰种质没有的性状，以创制蝴蝶兰新奇品种，提升观赏价值。在中国，随着国内对蝴蝶兰育种的重视，新品种和新成果不断涌现。2008年施隆文【14】对蝴蝶兰杂交育种做了初步研究，认为生长势指数高的亲本配合力高，有利于杂交育种。2009年“蝴蝶兰新品种选育及产业化关键技术研究与开发”取得一定科技成果，构建了蝴蝶兰的杂交育种。4.2诱变育种利用诱变育种主要是诱导产生多倍体。利用自然界中存在的蝴蝶兰四倍体植株，大大提升了杂种蝴蝶兰的品质，培育出了许多现代大花型杂交品种。通常利用秋水仙素加倍蝴蝶兰小苗染色体，将得到的四倍体材料用于育种，可以明显改良杂交后代的品质。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】。诱变处理主要有以下几种方法：4.2.1类原球茎振荡培养利用KC或VW或1／2MS配方加入秋水仙素200mg／kg．对接种后的类原球茎进行振荡培养，时间为1～l0d，然后取出类原球茎用无菌水冲洗2～3次，再进行正常培养【16】。4.2.2小苗浸泡法采用浓度为400～600mg／kg秋水仙素浸泡瓶苗或刚出瓶的小苗。4.2.3成株注射法将秋水仙素药液注射于兰苗生长点部位。4.2.4成株渗透法将秋水仙素药液用棉球吸收。放于兰苗生长点部位。另外，亦可使用烷化剂、氮基类同物、亚硝酸等化学物质进行诱变处理。当然利用物理诱变结合化学诱变对兰科植物诱导突变体更为有效，这也为蝴蝶兰诱变育种提供了更为详细的数据【16】。4.3组织培养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【17】。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。以下实验证明组织培养的作用。实验范例：以蝴堞兰带节花梗为外植体。在改良MS(其中大量元素量减半，其余全量，下同)附10mg/LBA、1mg/LNAb、20%CM的培养基上，经4-6周的培养，每个外植体可长出2-3株小苗，小苗叶片长至2cm左右后，又以无菌小苗叶、叶柄及茎段为外植体，在1/2MS+10mg/LBA+10mg/LAD+1mg/LGA+30mg/L苹果酸+lg/L蛋白胨+10％香蕉汁的培养基诱导原球茎：香蕉汁可以减少原球茎的褐死现象并促进原球茎的增殖【18】。4.4基因工程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。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30d分析显示，外来质粒DNA可以整合到蝴蝶兰细胞的染色体内[201。已有将抗病wasabi基因导人蝴蝶兰愈伤组织中，获得了抗软腐病