杂交育种是目前观赏植物品种改良的主要途径,也是创造新颜色的重要方法。杂交育种可以使观赏植物产生变异丰富的杂交后代,进而培育出色彩丰富的观赏植物品种。早在1848年,法国人Annee就与美人蕉属植物杂交,明显改善了美人蕉属植物的园艺性状,即叶色和花色发生了变化,产生了紫红色叶和橙黄色花的物种,为通过杂交育种改善美人蕉属植物的花色开创了先例。据刘太和1984年的报道,经过100多年来国内外对报春花的杂交育种研究,选出了红、红、桃、玫瑰、浅蓝、多色、白、深蓝、暗红、黄色等10个报春花品种。在黄振国,以美国种植的杂交莲(Red Chiba× American Lotus)为亲本进行人工控制自交,获得了世界上唯一一个双瓣、黄色、花大的荷花新品种,填补了中国荷花缺乏双瓣黄色品种的空白。Umiel等人在以石竹为中心的石竹种间杂交中获得了许多新的花色类型,表现在基部斑点的形状、花瓣中心的斑点、不同颜色和亮度的组合等。目前已育成许多新的石竹品种。Stephens等人发现凤仙花种间杂交完全以橙花为主。冈崎等人为了将粉色引入开白花的百合中,将麝香百合与红百合、日本百合通过剪花柱授粉杂交,再结合胚培养,获得了从白色到比红百合浅的各种颜色变异的杂交后代。Uemoto等人利用山茶花的白花品种Hatsu-岚与两面针杂交,获得了一个粉-白杂交后代。Griesbach等人将橙色短花序种dubium与白色长花序种聚伞花序种聚伞花序杂交,通过胚培养和回交,在F2代出现了一种新型橙色长花序,是典型的重组育种。程金水等利用两面针与山茶品种杂交,培育出黄色双花山茶新品种。据朱根发报道,蝴蝶兰已经通过杂交育种得到改良,如蝴蝶兰、蝴蝶兰、蝴蝶兰、蝴蝶兰、蝴蝶兰、蝴蝶兰、蝴蝶兰、蝴蝶兰、蝴蝶兰、蝴蝶兰、蝴蝶兰。
可以看出,通过杂交育种的手段,培育出了大量的观赏植物新品种。但在这种育种模式下,要选择合适的亲本,注意正反交;进行多雄授粉和重复授粉;采用母本花粉指导和花柱切割的方法,操作费时费力,结果可预测性低。因此,有必要找到一种更直接、更有目的的方法来改变观赏植物的颜色。
2突变育种改善花的颜色
自发突变产生的新颜色突变体是选育新颜色品种的重要遗传资源。比如二倍体仙客来自交系出现黄花突变体,可能是由于缺乏查尔酮-黄酮转化的活性基因,有望培育出暗黄色仙客来。但自然界自发突变的频率很低,有时几万,甚至几十万。因此,利用观赏植物自发突变培育新品种的报道很少。
辐射诱变也是创造新颜色的重要手段,可以增加突变频率,拓宽突变谱。诱变后的突变率可以比自然界提高100倍以上甚至1000倍。单个色素合成酶基因的突变可以产生新的花色。例如,班尔吉等人用1.5、2.0和2.5克拉γ射线照射‘阿奴帕姆’菊花的生根插条,在M1出现了颜色突变的嵌合体,从中分离出三个颜色突变体。Enkatachalam等人用γ射线照射橙粉色百日草。M2出现了带有洋红色、黄色、红色和白色斑点的突变体。李惠芬等用60Coγ射线辐照三个月季品种。经过5年的试验,获得了几个花色和叶色突变体,筛选出一个优良突变系。经过嫁接和组织培养繁殖,育成了月季新品种夏回。
利用诱变育种提高颜色,一定程度上可以得到颜色突变物种,但这种方法和杂交育种一样,突变方向不确定,目前很难人工控制;而且有益突变率还是比较低的,有时会发生反向突变,恢复了原有性状,所以通过诱变育种改良颜色的方法需要和其他改良颜色的方法结合起来才能得到更好的效果。
3基因工程改善花的颜色
与杂交育种和诱变育种相比,植物基因工程为改善花色提供了新思路,可以定向修饰观赏植物的特定性状而不损失其他原有性状,并能使观赏植物的花色向预期方向转化;同时,作为观赏性而非食用性的转基因花卉,很容易被大众接受。因此,近年来,在颜色基因工程方面取得了显著的进展,并且获得了大量具有改善的颜色的转基因花。
3.1反义RNA技术
在这种方法中,生物合成基因如类黄酮或类胡萝卜素的活性被抑制,这导致中间产物的积累并影响花的颜色。利用该技术,在矮牵牛、菊花等观赏植物中成功地修饰了花色。1988年,范德克罗尔等人首次利用这种方法获得矮牵牛新品种。他们将编码查尔酮合酶CHS的结构基因逆转成矮牵牛,转基因植物的颜色从紫色变为白色。derole es等人将反义CHS基因导入洋桔梗,使其颜色由紫色变为白色。Elomaa等人通过农杆菌介导法将CHS反义基因导入非洲菊,使非洲菊的正常颜色由红色变为粉红色。Courtney-Gutterson等人还通过农杆菌介导法将菊花的CHS基因导入菊花品种,正反向转基因植株中都出现了开白花或极淡粉色花的新菊花类型。
3.2共抑制法
该方法通过引入一个或几个额外的外源基因拷贝来抑制内源基因转录产物的积累,进而抑制内源基因的表达。因此,共抑制也被称为转录后水平的基因沉默(PTGS)。该方法已成功应用于矮牵牛、菊花、蓝猪耳、玫瑰和康乃馨的花色改良。1990年,乔根森教授的实验室首次发现了共抑制现象。在矮牵牛中引入CHS后,转化体的花色素苷合成受到抑制,42%的转化体产生完全白色的花和紫白色的嵌合花。Aida将DFR和CHS分别导入蓝猪耳朵,转基因品系花色素苷含量有不同程度的下降。花管中花色苷含量的下降幅度大于冠檐,花管颜色几乎为白色。邵丽等人将CHS基因导入紫色花矮牵牛,获得了白色花和紫白色花的转基因植株。
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