色素万寿菊育种研究进展

色素万寿菊育种研究进展

臧运平

云南立达尔生物科技有限公司 云南 文山 663100

摘要：色素万寿菊具有很高的经济价值，本文从资源收集和评价、优势育种、多倍体育种和生物技术育种等方面概述了色素万寿菊育种的研究进展，提出在培育色素万寿菊新品种的同时，还应注重栽培技术和采收技术的改进与创新，实现色素万寿菊产业的可持续发展。

关键词：色素万寿菊；优势育种；生物技术育种

引言

万寿菊是一种功能多样、用途广泛的一年生草本植物，其花色丰富、颜色艳丽、花期长、抗性和适应性强，常被用作布置花坛、花镜的观赏花卉；色素万寿菊品种更是富含天然叶黄素，具有保护视力和增强免疫等功效。目前，随着市场上对色素万寿菊需求量的不断增加，万寿菊栽培面积不断扩大，对于万寿菊的育种研究也在不断深入，各类品种不断更新。关于色素万寿菊的育种研究主要集中在以下几个方面。

1资源收集和评价

目前有2种万寿菊属植物被广泛应用：万寿菊和孔雀草，另外细叶万寿菊和香叶万寿菊也有少量应用。泛美种子公司致力于收集万寿菊种质资源和培育优良新品种，市场上常用的观赏万寿菊系列品种有：安提瓜、发现、印卡、完美、丰富、丰盛等，近年来又推出了泰山、拳王、              香草等系列新品种。对于色素万寿菊，我国甘肃省赤峰塞诺园艺公司陆续培育了贵夫人色素、丰硕桔红、色素F1、色素SN201桔红等品种，青海大学高原花卉研究中心收集培育了猩红、蒙菊、士杰、赤菊等系列色素万寿菊。

在万寿菊品种资源的评价中，唐道城等通过统计表型性状，对市场上主要的万寿菊和孔雀草资源进行了分类；陈利文和唐楠对比分析了27份不同品种色素万寿菊的农艺性状、色素含量及理论产量，筛选出了综合表现优良的色素万寿菊品种。

2优势育种

优势育种是万寿菊最主要的育种方法。万寿菊是头状花序，去雄成为杂交育种的最大难题。1961年，雄性不育材料的发现将万寿菊育种带入了优势育种的时代，以雄性不育株作母本，大大节约了去雄成本。万寿菊雄性不育是因为雄蕊退化成了丝状的柱头结构，且不育性状由一对隐性核基因控制，雄性不育两用系在育种上得到了广泛应用。值得注意的是，在保存万寿菊雄性不育两用系的过程中，可育株必须全部拔除，否则会影响种子纯度。

培育出雄性不育系后，多采用NCⅡ不完全双列杂交技术进行杂交育种，然后对杂交后代进行配合力和杂种优势分析。研究发现，除了茎杆长度和种子的数量外，万寿菊杂交后代的其他性状均表现出很明显的杂种优势，且花的产量优势最为显著。在色素遗传方面，有研究表明类胡萝卜素和叶黄素的含量由显性基因控制，叶黄素酯含量是由加性和显性效应共同决定，这三个性状的配合力方差均极显著。

3多倍体育种

  多倍体植株的表型常为叶片深厚，花大且质地加重，花期延长、适应性强等，符合现代育种目标，提高了花卉的观赏价值和商品价值。目前，多倍体技术已经应用在很多物种上。有研究显示，在万寿菊的两叶期用棉球包裹幼苗的生长点，每隔4小时利用0.15%和0.2%的秋水仙素进行茎尖滴定，连续处理3天，加倍效率分别为50 %和85 %，且加倍后植株的株高显著降低，花径增大。何燕红以0.05%秋水仙素浸泡万寿菊雄性不育两用系的露白种子3～6h，加倍效率可达到88.89%。四倍体植株呈现变矮、花茎增大，表型性状优良等特点，但是结实率很低。

4生物技术育种

4.1类胡萝卜素合成降解途径关键基因研究

色素万寿菊头状花序中的主要呈色物质是叶黄素，其含量达到了万寿菊花瓣中类胡萝卜素含量的90％左右。目前，类胡萝卜素合成降解途径已被广泛研究（图1）。PSY是合成途径的关键酶和限速酶，有研究表明，在大豆中转入PSY 基因，可以使类胡萝卜素含量提高 60 倍；LCYB和LCYE的活性及其分子间的协同作用是导致叶黄素、β-胡萝卜素、叶黄素循环、类胡萝卜素总通量的主要决定因素；CCD和NCED是类胡萝卜素降解路径上的酶基因，抑制菊花中CmCCD4a的表达量可以使白色花瓣变为黄色；还有研究在水稻中过表达了拟南芥AtCCD4基因，结果水稻的β-胡萝卜素和叶黄素分别降低了74%和72%。在万寿菊的研究中，王瑞鹏[2]研究表明，在类胡萝卜素含量高的橙色万寿菊花中，其合成途径的上游基因，如TePSY、TePDS、TeLCYE 等的表达水平均显著高于色素含量较低的橙黄色和黄色万寿菊；而参与下游类胡萝卜素降解的TeCCD 家族基因，则在橙色花的整个发育过程中始终保持较低的表达量。

4.2遗传转化体系的建立

4.2.1 高效再生体系

再生体系是植物成功实现遗传转化的基础，具体指利用植物组织培养技术，将离体的器官、组织细胞等培养在人工培养基上，给予合适的培养条件，诱导产生愈伤组织或不定芽，直至长成完整植株的过程。基因型是影响植物再生最重要的因素，不同的基因型再生效率差别很大。此外，要选择合适的外植体，其类型、大小、部位、年龄等都会影响再生效果。万寿菊的叶片、茎段、花瓣、子房均能作为外植体，研究发现未成熟的基部叶段最易再生。植物生长调节剂的种类、浓度和组合也对植物的愈伤诱导和器官分化有着关键作用。如今，植物组织培养技术已经广泛应用于花卉品种的脱毒培养、快速繁殖或工厂化育苗。

王亚琴等[3]以40 个不同基因型的万寿菊小叶和复叶为外植体，在特定条件下诱导分化不定芽，筛选出了最佳再生基因型和外植体类型为‘里程碑·黄色’的全小叶；最佳再生培养基为 MS+0.2 mg/L TDZ+0.5 mg/L IBA+8 g/L 琼脂+40 g/L 蔗糖，再生率高达70%；最佳伸长培养基为：MS+8 g/L 琼脂+30 g/L 蔗糖，伸长率为91.3%。吴丽芳等[4]以色素万寿菊雄性不育株未授粉的子房为外植体，研究发现发育6~10 d，花丝刚好露出花萼，顶部呈圆柱状的花蕾愈伤组织诱导效果最好；低温预处理3 d，高温培养5 d 更有利于愈伤组织的诱导；MS+2，4-D 0.5 mg/L+NAA 0.5 mg/L+6-BA 0.5 mg/L+KT 0.5 mg/L 为愈伤组织诱导的最佳培养基；NAA 1.0 mg/L+6-BA 3.0 mg/L 为不定芽分化适宜培养基；1/2MS+NAA 0.2 mg/L 为生根适宜培养基。

4.2.2 遗传转化

植物遗传转化是指利用基因工程技术手段，将外源基因导入到受体植物基因组中,使其在后代植株中稳定遗传和表达，并赋予植物新的性状。转化方法主要有基因枪法、浸花法、农杆菌介导法及与其它辅助转化方法结合等。近年来，越来越多的研究者利用转基因技术改良花卉性状，并取得了较大发展。万寿菊转基因植物研究始于2006年，Vanegas等[5]利用基因枪法对万寿菊叶片进行转化，完成瞬时表达和稳定表达测定，并获得转基因万寿菊植株。张洪义系统地建立了万寿菊的VIGS（病毒介导的基因沉默）体系，成功转化PDS基因并获得了叶片白化的转基因植株。余晓敏等[6]从转化条件优化了根癌农杆菌介导的遗传转化体系。

4.3分子标记辅助育种

分子标记指的是在DNA水平上用一定的方法反映物种个体间或种群间DNA的差异，它不受环境条件和发育时期等因素的影响，能代表物种本身遗传特性，现在已成为研究植物遗传育种的重要工具。万寿菊雄性不育两用系的可育株和不育株在早期不能区分，需要在后期进行人工拔除，费时费力费钱。而开发出与不育性状紧密连锁的分子标记，就能在苗期快速鉴定出植株的育性。此外，紧密的连锁标记还能用实现不育基因的克隆。有研究者开发出了与万寿菊雄性不育基因紧密连锁的SRAP标记S48和AFLP标记，实现了万寿菊的分子标记辅助育种，并绘制了万寿菊雄性不育基因的连锁图谱。

5展望

近年来，色素万寿菊产业不断扩大，经济产值也不断提高。值得注意的是，虽然色素万寿菊的栽培面积的不断扩大，但出现了色素含量逐年下降的现象，原因可能是多代繁殖导致种子的退化、病虫害（黑斑病、红蜘蛛）的破坏及环境气候的影响等。因此，色素万寿菊新品种的培育尤为重要。

传统育种和现代育种技术均是育种的重要方法，各有其优缺点，两者相辅相成。优势育种技术是色素万寿菊育种常用的方法，要根据性状的遗传特性，有目的、有计划地选配亲本，培育出符合育种目标的品种。所以，当前色素万寿菊育种目标的重点应是：高色素含量、抗病抗虫、适宜当地气候条件等。在现代育种技术中，倍性育种虽然能改良万寿菊的观赏性状，但多倍体万寿菊的繁殖能力会大大降低，不利于大规模生产应用。如今仍然没有辐射育种和化学诱变育种在色素万寿菊育种中的报道研究，今后可以侧重研究该方面以创制新的种质资源。生物技术育种虽然对技术要求高，但一经研究成功便可与传统育种方法相结合，从而实现优良性状的保存和早期选择。此外，目前色素万寿菊主要靠人工采收，时间成本较高。在培育新品种的同时还应该考虑栽培技术的改进，以及研制万寿菊采收机器实现产业机械化，才能使色素万寿菊产业向可持续、高效益方向发展。

参考文献：

[1]田清尹,岳远征,申慧敏,潘多,杨秀莲,王良桂. 植物观赏器官中类胡萝卜素代谢调控的研究进展[J/OL].生物技术通报:1-12[2022-10-03].

[2]王瑞鹏. 万寿菊类胡萝卜素及合成途径基因分析[D]. 合肥工业大学, 2021.

[3]王亚琴, 韦陆丹, 王文静, 刘宝骏, 张春玲, 张俊卫, 何燕红. 万寿菊再生体系的建立及优化[J]. 植物学报, 2020, 55 (06): 749-759.

[4]吴丽芳, 钱绍方, 李永卫, 田雪莲, 路小春. 色素万寿菊杂交母本未授粉子房培养[J]. 分子植物育种, 2020, 18 (06): 1935-1941.

[5]Vanegas P E, Valdez-Morales M, Valverde M E, et al. Particle bombardment, a method for gene transfer in marigold[J]. Plant cell, tissue and organ culture, 2006, 84(3): 359-363.

[6]余晓敏, 王亚琴, 刘雨菡, 易庆平, 程文翰, 朱钰, 段枫, 张莉雪, 何燕红. 根癌农杆菌介导万寿菊遗传转化体系的建立[J]. 植物学报, 2023, 58 (05): 760-769.