观赏植物种质资源的研究

观赏植物种质资源的研究1.1中国观赏植物对世界园林的贡献中国被西方国家称为“世界园林之母”，从十六世纪开始，西方国家就到中国采集植物标本，在1839～1938年的一百年的时间内，西方国家从中国引走了数千种植物，目前，仅爱丁堡植物园就保存了中国原产的植物1500多种，我国观赏植物能够在世界园林中确立如此高的地位，主要有以下几个方面的原因：①世界上许多著名的观赏植物为我国特产，如山茶花（Camelliajapoica）、金花茶（Camelliachrysantha）、牡丹（paeoniasuffructicosa）、银杏（Ginkgobiloba）、珙桐（Davidiainvolucrata）、金钱松（Pseudolarixamabilis）、银杉（Cathayaargyrophy-lla）、白豆杉（Pseudotaxuschienii)、水松（Glyptostrobuspensilis）、台湾杉（Taiwaniacryptomerioides）、水杉（Metasequoiaglyptostnobcides）、蜡梅（Chimonanthuspraecox）、七子花（Heptacodiummiconioides）、喜树（Camptothecaacuminata）、青檀（Pteroceltistatarinowii）、连翘（Forsythiasuspensa）、猬实（Kolkwitziaamabilis）等等；②世界上许多重要观赏植物的分布中心在中国，如槭属、山茶属、百合属、石蒜属、含笑属、木犀属、丁香属、报春属、竹类植物、兰科植物、蔷薇属等；③世界许多重要观赏植物品种的形成都离不开中国植物，中国的月月红和香水月季是现代月季最重要的亲本，没有中国的月月红就没有周年开花的现代月季，没有中国的香水月季就没有现代月季的芳香气息；中国的高山杜鹃（Rhododen-dron）是形成杂种常绿阔叶杜鹃的亲本，英国人常说“没有中国的杜鹃花，就没有英国的园林”；中国的金花茶是培育黄色茶花的亲本；其它著名的种类还有报春属、兰属、绣线菊属、落新妇属等。1.2我国观赏植物种质资源的概况我国是世界上植物资源最为丰富的国家之一，全世界有植物种类约30万种以上，我国有3万多种植物，约占1/10，其中苔藓植物106科，占世界科数的70%；蕨类植物52科，2600种，分别占世界科数的80%和种数的26%；木本植物8000种（包括种、变种、变型和栽培种），其中乔木约2000种。全世界裸子植物共12科71属750种，中国就有11科34属240多种。针叶树的总种数占世界同类植物的37.8%。被子植物占世界总科、属的54%和24%。经过近３０年的调查和研究，我国观赏植物资源基本搞清，全世界观赏植物约有3万种，常用的约6000种；我国原产的观赏植物约1～2万种，常用的约2000种。1.３观赏植物种质资源的收集和保护研究观赏植物种质资源的传统保存方法主要有原地保存和异地保存两种，超低温保存和核心种质构建是近年才开始的新技术。1.3.1原地保存（conservationinsitu）指将种质资源在原生地进行保存，又称就地保存。设立植物种质资源原地保存区是主要形式，目前，全国各地建立的各种类型自然保护区、国家公园、自然地理标识、生境/物种保护区、景观/海景保护地、自然资源保护地等都属于这种类型。1.3.2异地保存（conservationexsitu）指将种质资源迁移出原生地栽培保存，又称迁地保存。异地保存的主要形式有国家和地方建立的植物种质资源库、植物良种基地收集区（圃）、植物园、树木园及种子资源贮藏库等。1.３.3超低温保存（cryopreservation）是指将植物活体材料在超低温条件下（-196℃）长期保存，待需要的时候将其恢复到常温状态，并确保其正常生长的一套技术。种质资源低温保存（cryopreservation）是由cryo和preservation组成，从词义看，低温所涉及的温度范围是不确定的。习惯上，人们将－80℃以下的低温称为超低温，干冰温度（－70℃）称为极低温，低温则从4℃往下推（李广武等，1998）。对植物而言，低温常常是指那些比常温稍低一些的温度。如果低温超过细胞原生质所能忍受的临界温度，就会致使植物细胞遭受冻害而死亡。如甜橙树发生冻害的临界温度通常在－6.5℃，枳壳通常在－20℃左右（沈德绪等，1986）。目前常用的超低温保存方法可分为两类，即冷冻诱导保护性脱水的超低温保存和玻璃化处理的超低温保存。在超低温条件下，生物的代谢和衰老过程大大减慢，甚至完全停止，因此可以长期保存植物材料。植物种质资源的超低温保存开始于20世纪50年代，保存的对象主要是农作物、果树、经济作物、药用植物等，观赏植物的比例非常小。我国超低温保存研究开始于1983年，郑光植等将药用植物三分三（Anisodusacutangulus）的愈伤组织和悬浮培养细胞进行了冰冻贮藏，观赏植物种质资源的超低温保存则是近年才开始进行研究开展，目前，观赏植物中实现超低温保存的种子、胚轴、体细胞约有26科51个属，保存花粉的约有9个科13个属，保存茎尖分生组织的约有14个科20个属。1.3.4核心种质构建核心种质（Corecollection）就是通过运用一定的方法从整个种质资源中抽取一部分个体,以尽量少的个体和遗传重复,尽可能大地代表整个种质资源的遗传多样性。核心种质的概念是1984年由澳大利亚的Frankel首先提出，并经过Brown（1989）的发展，逐步完善，研究的步骤和内容主要包括（Hodkin1993）：①数据的收集整理；②收集数据的分组；③样品的选择；④核心种质的管理。对于核心种质的代表性的评价，不同的学者分别从形态特征、表现性状和分子标记上进行了评价，提出了大量的代表性的评价参数，目前，对评价参数的有效性还没有统一的认识。据统计，至20世纪末，全世界已经在51个物种上构建了60多个核心种质（Brown和Spillane,1999）,我国也在主要农作物和经济植物种类上构建了核心种质，包括芝麻、棉花、小麦、大豆、油菜、水稻、茶树、果梅、亚麻等。关于观赏植物核心种质构建的研究并不多，仅明军（2005）在梅花上构建了核心种质，对许多重要的观赏植物都还没有开展相关的研究。２观赏植物引种驯化研究２．１引种驯化的主要理论2.1.1关于引种驯化的概念不同定义引种驯化是指将野生植物或栽培植物引入到自然分布区或栽培区以外栽培，通常分为简单引种和驯化引种。如果引入地区与原产地自然条件差异不大或引入的观赏植物本身的适应范围很广，只采取简单的措施就能适应新的环境，能够生长发育，达到预期的观赏效果的称为简单引种；如果引入地区与原产地自然条件差异较大或引入的观赏植物本身的适应范围较窄，只有通过其遗传性的改变才能适应新的环境或必需要采取相应的农业措施，使其产生新的生理适应性的方式称为驯化引种。引种驯化实质上就是一个由野生变家生，由外地栽培变本地栽培的过程。2.1.2引种驯化的主要方法和理论引种驯化的主要理论有达尔文学说、气候相似论、并行植物指示法和嫁接法、米丘林学说、栽培植物起源中心学说、植物地理学差示法、专属引种法、生态历史分析法、区系发生法、生态相似法。２．２近年来我国观赏植物引种驯化的实践和成就据潘会堂、张启翔统计，在20世纪90年代以前的20年间，我国在商品观赏植物（包括盆花、观叶植物、切花、球根）的引种方面，共引入了500多种，4000多个品种。目前，我国商品生产中的观赏植物品种，绝大多数都是国外培育，尤其是大宗的切花、盆花和花坛植物品种，如月季、香石竹、唐菖蒲、百合、菊花、大花蕙兰、蝴蝶兰、鸢尾、杜鹃花、风信子、安祖花、马蹄莲、六出花、报春类、龙胆类等等；在绿化植物材料的引种方面，棕榈科植物是近年来引种的热点，全世界约有棕榈科植物200余属、3000余种，我国约有18属、100多种，通过近10年的大规模引入，我国棕榈科植物达到了90余属、300余种；彩叶植物也是近年重点引人的观赏植物，目前，我国共引入各类彩叶植物（包括春色叶类、秋色叶类和常绿色叶类）10多种，品种更是多达数百个；我国草坪草尤其是冷季型草坪草，基本上都依靠进口，平均每年引进品种30多个。２．３我国观赏植物引种驯化中存在的主要问题和对策我国观赏植物的引种迅速缓解了我国新优品种缺乏的矛盾，但是大量的新品种引种工作中也暴露出一些严重的问题，主要体现在以下几个方面：（１）重引进轻培育，很少有新品种培育出；（２）过度重视观赏性状，轻视生态适应性，限制了栽培范围；（３）重引进品种，轻引进技术，生产和栽培技术薄弱；（４）引进过程中不注重检疫，增加了有害生物入侵的风险。针对目前我国观赏植物引种驯化中的问题，在解决我国观赏植物生产和城市绿化中新优品种缺乏的问题的同时，保证我国观赏植物产业的健康发展，提出了以下几条对策：（１）加强对我国观赏植物种质资源的收集、开发和利用，创造自己的优良品种；（２）在引进观赏植物品种的同时要注意引进相应的先进的栽培技术；（３）加强对引进品种的选择和改良，培育适合我国气候条件的优良品种；（4）严格检疫制度，防范病虫害的入侵。３遗传育种研究３．１常规育种3.1.1选择育种选择是有效利用变异获得新品种的技术，它与其他育种方法紧密结合，贯穿于新品种产生的全过程。选择育种的方法包括芽变选种、实生选种、无性系选种。（１）芽变选种芽变是观赏植物重要的变异来源之一，如菊花、月季、郁金香、飞燕草等，其花色、花径、花型、叶色、叶形等都有非常高的芽变频率。从中选出的优良变异可通过无性繁殖保持，是选育新品种的一种简易又行之有效的手段。观赏植物中许多花彩斑、嵌合花都是质体变异产生，如天竺葵、月见草、吊兰等;花叶常春藤和欧洲女贞也是因质体突变缺绿而引起的。长期无性繁殖的木本观赏植物如梅花、牡丹、山茶常有芽变品种产生，表现为垂枝、龙游、金边、银心、跳枝等类型。从杜鹃花五宝株系和四海波系中就选育出多个双色花芽变品种。（２）实生选种实生选种是在自然授粉所产生的种子播种后形成的实生群体中反复评选，即经单株选择育成新品种。我国菊花很早就采用实生选种。广群芳谱(1708)中记载：“明年初春，自然出苗收种，其色多变”。现有的梅花品种中约有58%来自实生选种。武汉中国梅花研究中心通过实生选种育成36个梅花新品种。中国荷花研究中心从自然杂交后代中选出新品种128个。例如从中株型、重瓣、白花的‘白碗莲’实生苗中选出了小株型、重办型的‘白花玉碗’。（３）无性系选种无性系选种是指对那些在整体性状或某些主要性状远远超过立地条件周围的同种同龄中一株加以选择的方法。在自然繁殖或人工繁殖的情况下往往有表现优良的单株。通过评选、繁殖、对比实验，可以产生新的品系。我国有许多优良的观赏植物是通过无性系选种保留下来的。陕西榆林卧石山植物园通过无性系选种选出了臭柏、杜松、柳叶鼠李、文冠果、扁桃、刺玫、小叶白蜡、细叶小檗等优良植株。3.1.2杂交育种杂交育种是传统的经典的方法。是国内外创造观赏植物新品种、新类型的基本途径。我国通过人工杂交己育成荷花、碗莲、梅花、紫斑牡丹等新品种等。杂交的方法包括：（１）品种间杂交一般是用2个遗传性不同的品种进行杂交，然后对杂交后代进行培育和选择。创造出优良的新品种。如原产高加索的一种姆罗芍药（Paeoniamlokosewitschii）。花黄色、花期早、易结种子，将其选为母本。用不孕的优良品种‘月光’（Clairdelune)的花粉与之杂交，结果将得到有繁殖力的杂种‘新月光’；黄国振以杂种荷花Mrs.PerrvD.Slocum(红千叶×美洲荷花）作亲本，自交获得世界上唯一重瓣、黄色、大花的荷花新品种“友谊牡丹莲”。从而填补了我国荷花缺少重瓣、黄色品种的空白。（２）远缘杂交远缘杂交能在一定程度上打破物种之间的界限，促使不同物种之间的基因交流，具有近缘杂交所不能获得的优良特性。为创造新类型或改进现有品种开辟了新的途径。马燕运用我国的蔷薇、古代月季和现代月季进行远缘杂交，培育出了耐寒、耐旱、抗病虫害、管理粗放的刺玫月季品种群。黄善武用我国的弯刺蔷薇与现