百合因其花色艳丽等优点成为国际花卉市场的主流产品之一。近20多年来, 百合的育种发展较快, 以荷兰和美国为中心每年育出的新品种几乎垄断了国际百合种球市场[1]。因此, 以东方百合为代表的百合新品种培育已成为国际鲜切花市场商业竞争的核心。东方百合是由天香百合、鹿子百合、日本百合、红花百合等种与湖北百合杂交选育出来的栽培系, 主要品种有卡萨布兰卡、流星、凝星、柏林、西伯利亚、卢浮宫、罗莎桃等。我国从1995年引进东方百合, 由于其花色丰富、花型优美、香气浓郁、瓶插时间长、观赏价值高、市场需求量大等特点, 已在我国的切花生产中占有重要地位, 然而其种球仍靠进口, 严重制约了我国百合鲜切花的发展[2]。据不完全统计, 近年来引进的东方百合品种达200余个, 引进单位根据各地区地理特点进行栽培与育种, 但表现情况各异[3]。
1 栽培现状
自1995年引进东方百合之后, 栽种形式大多为田间传统栽植, 但由于东方百合栽培大多采用进口种球, 后逐渐采用温室或冷棚栽培[4]。目前栽培方式有土壤栽培、无土基质栽培和其他栽培方式。在相同栽培条件下, 品种是影响东方百合长势和切花质量的主要因素, 但相同品种在不同栽培基质和不同营养供给下, 切花质量和生长势也存在较大差异[5,6]。
1.1 土壤栽培
东方百合土壤栽培适宜在9月至次年5月之间进行, 需要选择通透性良好的疏松土壤。土壤结构、排水能力、pH值、EC值、氯水平等因素对于东方百合的土壤种植十分重要[7]。张晶[2]提出施入的底肥氮、磷、钾含量至少分别达到19.5 g/m2、30 g/m2、30 g/m2, 土壤的pH值5.5~6.5, 可减少因缺铁造成的叶片黄化现象。王丹菲等[8]提出每年向土壤表层施入牛粪150 m3/hm2+草炭 (稻糠) 75 m3/hm2+少量河沙, 将有机质拌入30 cm深的土壤, 一般2~3年土壤结构可改良好。颜范悦等[9]提出, 在北方地区种植东方百合, 应对粘性强和表层熟化不够的土壤逐年进行改良, 每年向土壤表层施入腐熟牛粪10 m3/667 m2+草炭 (或稻糠) 10 m3/667 m2。
1.2 无土基质栽培
为了克服土壤栽培易出现的土壤粘重易板结, 肥料使用比例不合理等影响百合根系伸展和养分吸收的问题, 无土栽培方式已成为首选[10]。国内外百合切花生产通常以泥炭为基质主成分, 但泥炭属不可再生资源, 无节制开采会带来环境恶化等问题。因此, 寻找泥炭替代基质, 受到各国普遍重视[11]。替代基质有美国加州大学UC系统的Ucmix, 美国康奈尔大学的Comellpeat-lite mix Y以及Texas A and M.Mix等以泥炭为主材料, 以砂、珍珠石或者蛭石为辅的介质配方[12,13]。任爽英等[11]对东方百合“索蚌”的无土栽培进行研究, 探讨椰糠、玉米秆、麦秆等价格低廉且取材方便的农林废弃物组成的混合基质对切花百合生长发育的影响。结果表明, 基质1[V (泥炭) 、V (蛭石) 、V (珍珠岩) 、V (麦秆) 之比为5∶1∶2∶2]被认为是3种优良的百合切花无土栽培中最佳替代基质。王亚君等[14]选择切花品种东方杂种系的“西伯利亚”作为指示品种, 利用7种基本基质组成28种不同基质的处理进行盆栽试验, 结果表明, 适合百合切花生产的基质有珍珠岩、新蛙石、珍珠岩与蛙石、草炭与蛙石、细沙与草炭以及细沙与蛙石的混合基质;适合切花百合种球生长的基质有草炭、森林土、珍珠岩、蛙石、草炭与蛙石、草炭与珍珠岩、珍珠岩与草炭、细沙与草炭的混合基质。王鸿昌等[10]提出泥炭土、河沙、珍珠岩之比为4∶3∶3的基质配方最适合东方百合的生长, 可达到较好的品质要求。余琼芳等[15]用进口泥炭、珍珠岩、蛭石 (5∶1∶1) 和国产泥炭、木屑、蛭石、珍珠岩 (5∶3∶2∶1) 制成2种不同的基质, 对“依伯森”“马可波罗”“西伯利亚”“元帅”4个品种进行了试验。结果表明, 不同基质下百合的株高、切花率、花期等生长性状差别较大。国产泥炭中加了木屑后, 基质的持水力、孔隙度、保水保肥能力得到加强, 说明国产泥炭完全可以代替进口泥炭作为百合种植基质。
1.3 其他栽培方式
1.3.1 抑制栽培
王树栋等[16]研究了多效唑对控制东方百合的生长产生的效应。结果表明, 多效唑对东方型百合生长速度影响显著, 对茎的粗生长、成花数的影响不显著。
1.3.2 组织培养试管苗健化栽培
陈金政等[17]以东方百合品种西伯利亚为材料, 从试管苗出瓶后栽培基质、水分管理、施肥方式等关键因素入手, 探索了东方百合试管苗健化期最佳管理模式, 使其成活率达到了98%以上。
2育种研究现状
2.1 杂交育种
常规的杂交方法是去雄授粉, 收获种子, 切割柱头的方法则是克服百合受精前障碍的最佳方法[18]。百合属内杂交育种的障碍主要包括以下3个方面:受精前障碍、受精后障碍、杂种不育。远缘杂交是百合新品种选育和种质创新的主要途径之一, 但是远缘杂交不亲和给育种工作带来了一定的困难[19]。花粉加热、蒙导等是克服远缘杂交受粉障碍的有效手段。Van Tuyl等[20]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, 建立了克服远缘杂交障碍的技术体系。高雪等[21]为得到花色丰富、带有芳香气味、抗性强的OA或AO型优势杂种, 采用常规杂交和切割柱头的方法进行杂交, 结果AO型的22个组合, 仅有亚洲百合“普莉安娜”×东方百合“森布卡”这个组合得到了4个膨大的蒴果和40粒有胚种子, 结实率为0.27%。
田忠平等[22]用母本柱头喷施KCl后授粉并对获得的种子进行胚拯救, 使亚洲百合与东方百合3个杂交组成功获得杂种苗, 对获得AO型有一定积极意义。今后可以尝试多种授粉方式结合的方法来提高远缘杂交的结实率, 并对获得的种子进行幼胚拯救以克服远缘杂交受精后障碍[23]。郑思乡[24]等人以东方百合自育种“如意”和野生淡黄花百合为试验材料, 采用离体受精的方法和胚挽救技术进行远缘杂交, 在离体培养条件下, 为克服百合远缘杂交所面临的受精前障碍, 采取非常规授粉的方法 (切割花柱、柱头嫁接和子房切断) , 其中以切割花柱的授粉方法子房膨大率较高;在生长调节剂配比为6-BA 0.5 mg/L+NAA 0.1mg/L的培养基中更有利于东方百合“如意”×淡黄花百合杂交子房胚的发育, 且在含甘露醇和山梨醇的培养条件下其有胚率更高;MS+蔗糖4%+山梨醇2%+甘露醇2%+1.0 mg/L 6-BA+0.1 mg/L NAA的培养基适合东方百合“如意”×淡黄花百合杂种胚的生长。
2.2 细胞工程育种
体细胞胚又称为胚状体, 是植物组织培养中产生的, 具有与胚胎发生和发育过程形成的胚相似结构的非合子细胞。在基因工程中体细胞胚再生系统是最理想的遗传转化受体系统, 但是百合的体细胞胚状体的诱发频率较低, 相关的研究报道也较少。吴若菁等认为百合的外植体在改良MS+KT 0.5~1.0 mg/L+2, 4-D 0.2 mg/L的培养基中培养10~20 d后可以形成愈伤组织, 细胞进一步发育形成胚状体[25]。胡凤荣等以无菌苗叶片为外植体, 在2, 4-D 1.0m g/L的培养基诱导“蒂柏”的愈伤组织并形成体细胞胚[26]。此外还有报道分离了麝香百合配子原生质体通过电融合方法获得了可育的体细胞杂交植株[27]。
2.3 基因工程与分子育种
基因工程与分子育种是指运用分子生物学技术, 将目的基因或DNA片段通过载体或直接导入受体细胞, 使遗传物质重新组合, 经细胞复制增殖, 新的基因在受体细胞中表达, 最后从转化细胞中筛选有价值的新类型构成工程植株, 从而创造新品种的一种定向育种新技术, 其中, DNA分子标记是指可遗传并可检测的特异DNA序列[28], 包括直接转化法和农杆菌介导的转化法2种。基因工程可以定向修饰花卉的目标性状并保持其他原有性状, 在花卉育种上具有独特的优势, 其在花卉基因克隆及基因调控方面的研究主要有:影响花卉花色的植物花青素基因、开花基因、改变花卉形态的基因、花卉香味的基因、抗病虫害的基因、花卉保鲜基因及品质改良基因等[29]。Hoshi等[30]首次成功获得了农杆菌介导的转基因麝香百合植株, 为农杆菌介导的百合转化提供了一套可借鉴体系。其将Hyg基因导入东方百合, 研究表明通过对愈伤组织进行刻伤处理和减少培养基中NH4NO3的用量可以增加转化效率。通过GUS检测和反义PCR检测表明已将Hyg基因转入百合。孟芮等将ACC氧化酶反义基因转化东方百合“索邦”, 获得了转基因植株[31]。
2.4 辐射诱变育种
辐射诱变育种是指利用一定剂量的射线, 照射植物种子、植株、花粉或其他器官, 诱使生物体结构和功能发生变异, 进而经筛选、测定、选择、固定使之产生有利突变育成新的品种的过程。X射线、γ射线及中子束等物理因素均可作为诱发植物有益突变的有效诱变剂, 其中60Co-γ射线用得最多, 近年来也开始使用137 Cs的γ射线[32]。利用γ射线等射线诱发植物基因和染色体畸变, 可在短时间获得有价值的新突变体, 从而育成优良品种, 因此辐射诱变育种为百合的种植资源创新和品种选育提供了新的方法和途径[33]。离体组织对辐射的敏感性高, 与组培快繁同时进行, 可使诱变技术更为有效[34]。根据育种目标的要求, 选育出新品种直接生产利用或育成新种质资源作为亲本在育种上加以利用的均有报导。除鳞茎外, 百合种子、花粉、子房、珠芽等也可作诱变材料, 但辐射的剂量应进一步选择。孙利娜[34]采用“白狐狸”“西伯利亚”“索蚌”鳞茎的中层鳞片和中层鳞片薄切片为试验材料进行辐照, 确定了这3个百合品种中层鳞片的适宜辐射剂量分别为6 Gy、6 Gy、4 Gy, 鳞片薄切片的适宜辐射剂量分别为1.0 Gy、1.0~1.5 Gy、0.5 Gy。经过辐射的“白狐狸”“西伯利亚”“索蚌”3个百合品种的无菌鳞片和无菌薄切片分化的不定芽在组织培养过程中出现表型变异现象, 主要表现在叶形、叶色、鳞茎生长状态, 如叶片变厚、扭曲、呈圆筒状;叶色变深或黄化;鳞茎不长鳞片出现玻璃化现象等。张克中[35]等用王百合、亚洲百合“普莉安娜”、亚洲百合“罗马”和东方百合“柏林”的种球为试验材料, 确定了王百合、东方百合“柏林”适宜的处理剂量是1~3 Gy;亚洲百合“普莉安娜”“罗马”适宜处理剂量是1~2 Gy。
2.5 组织培养育种
利用组织培养诱导大量的小鳞茎是一种快速而有效的途径, 与百合常规的种球繁殖相比, 有很大的优势[36]。用组织培养这项生物技术繁殖东方百合, 能够在较短时间内获得大量优质健康种苗和切花种球, 且这项技术具备可操作性和可重复性。在东方百合许多部位的组织和器官均可以成功诱导成苗, 主要的外植体包括鳞片、花器官、鳞茎、茎尖等[37]。组织培养在百合育种的优势体现在克服远缘杂交不亲和性、单倍体植株的获得、多倍体植株的获得3个方面。张永平等采用东方百合“索邦”的鳞片为外植体, 对小鳞茎的诱导、增殖及成球等因子进行系统研究。结果表明:以鳞片的不同部位诱导小鳞茎能力不同, 以基部至尖部能力逐渐减弱, 基部形成的鳞茎最大, 尖部最小[37]。因为鳞片基部的细胞内源激素水平高, 贮藏的营养物质丰富, 同样条件下, 更易诱导出小鳞茎[38]。付文奇[38]等人发现采用MS培养基添加0.5 mg/L 6-BA, NAA的添加对东方百合“蒂伯”的鳞片诱导小鳞茎的数量具有显著影响, 2, 4-D的添加量对百合小鳞茎上叶片愈伤组织的诱导率有极显著的影响。唐东芹[39]等以东方百合的鳞片进行组织培养, 确定外部和中部的鳞片分化能力明显优于内部, 其中最佳诱导分化培养基为MS+6-BA1.0+NAA0.5+2, 4-D1.0, 不定芽增殖培养基为MS+6-BA1.0+NAA0.1, 生根培养基为MS+NAA0.2。杨美纯[40]等采用东方百合“马可波罗”的花被片、花丝、花托、子房为外植体, 进行组织培养, 成功诱导出小芽。研究发现, 东方百合的花托、花被片、花丝和子房等不同部位的分化能力不同, 其中分化能力最强的为花托, 其次为花被片, 子房和花丝的分化能力最弱。张艺萍[41]等对东方百合的幼叶、花丝、生长点等胚性愈伤组织进行组织诱导和植株再生研究, 结果发现Picloram比2, 4-D更高效的利于花丝, 诱导幼叶的最适培养基为MS+2 mg/L Picloram+0.5 mg/L ABA, 诱导率在70%以上, 生长点是最不易诱导的部位, 最高只有28.4%。
3 结论与展望
人们对东方百合欣赏取向会随花卉商品的供求状况及社会审美的变化而变化, 因此花卉性状改良的研究是一项长期工作。在我国, 虽然东方百合的栽培技术与育种技术已取得很多成果, 但仍存在许多需要改良之处:如切花百合花粉易污染衣物, 东方系列百合香味过于浓烈, 现有百合花型不够丰富、耐热性不够强、盆栽类型株型不够理想等。在东方百合栽培方式上, 如何探索新的栽培方法、探索适合各个地区的栽培方法等问题还需要继续深入。育种工作中如何利用资源优势, 结合现有国外百合育种成果, 将育种与各种生物技术相结合, 赶上荷兰、美国等先进发达国家的水平, 是花卉育种工作者面临的重要课题。深入了解现有资源, 拓展百合性状 (如花香、花粉等) 的育种研究, 在选育早花、晚花品种以延长花期等方面加大研究, 对我国今后百合鲜切花的发展有着重要影响。
摘要：归纳总结东方百合在土壤栽培、无土基质栽培、杂交育种、细胞工程育种、基因工程与分子标记育种、辐射诱变育种和组织培养育种等栽培育种方面的研究进展, 分析我国东方百合在栽培育种存在的问题、不足和今后的发展方向, 以期能对东方百合栽培育种现状和发展方向有一个较为全面的了解。
关键词：东方百合,栽培,育种
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