园林植物育种学-一二年生花卉育种

一二年生花卉育种BreedingofAnnuals&Biennials本章学习内容概述一、二年生花卉的应用特点与要求一、二年生花卉的育种特色一、二年生花卉育种的现状与发展前景矮牵牛（Petuniahybrida）育种三色堇（Violatricolor）育种第一节一二年生花卉育种概述主要用于花坛株型低矮开花整齐一致、花色艳丽丰富、花量大抗性强、耐粗放管理切花、盆栽、地被、花境、花台等一二年生花卉的应用特点与要求第一节一二年生花卉育种概述幼年期与生活周期短一般采用种子繁殖育种周期相对较短杂种优势利用为主一二年生花卉的育种特色第一节一二年生花卉育种概述国外发展早而快、育种水平高美国PanAmerican、Goldsmith、Bodger,德国Benary，日本Sakata、Takii、Murakami,荷兰SG、Kieft,英国Floranova等国内起步晚、相对落后我国草花种子基本依赖进口市场潜力大、效益可观2011年浙江虹越进口花种价格表一二年生花卉育种的现状与发展前景PanAmericanSeeds（简称PAs）

泛美种子公司/是美国最大、最著名的种子公司之一。在全美乃至世界园艺界都享有极高声誉。最具权威性的全美选种组织（AAS）自本世纪30年代开始至今，共推荐了61类（植物品种）、324个（商业）品种的种子，其中，PAS就占20多类、100多个品种，占全部获奖（商业）品种的1／3强。特别是在矮牵牛、金鱼草两大种类上，获奖之多更是令人刮目相看。有人开玩笑说AAs几成PAs，似乎并不为过。泛美的成长历程

--丰富的良种来源

五十年代初，由于二次大战中断了供应，美国市场上这种矮牵牛极为紧俏。查利在科罗拉多培育矮牵牛品种；克劳德•霍普在哥斯达黎加生产矮牵牛良种供应美国本土的市场需求。经过努力，1946年首批矮牵牛种子问世。公司一跃成为具有相当实力的育种公司。

在这时乔治•波尔公司开始销售代理查利和克劳德的新重瓣矮牵牛以及后来受人欢迎的F1代单瓣矮牵牛。

其后1962年两个公司决定正式合并，泛美种子公司诞生。专业技术人员开始调动调整，开发力量得到了加强。以此为

契机，公司步入了它的“黄金时代“。F1代速生金鱼草、彩虹锦紫苏、F1代凤仙、F1代杂交矮牵午等品种相继问世，受到了广大用户的肯定和赞誉。泛美的成长历程

--气候条件优异的生产基地和多元化的经营策略1968年，迁至佛罗里达州靠近布莱登顿的湾岸。此地位就是人们常说的"阳光地带"，适于培育矮牵牛、马鞭草、观赏辣椒、金鱼草，F1代杂种秋海棠。泛美公司积极推行国际化方针（1）与许多著名种子公司建立了合作关系。美国著名的飞燕草育种家比尔•罗克为泛美种子公司提供优质种子（2）从那不勒斯到巴黎，从班加罗尔到加利福尼亚都有许多专业种子公司为PAS服务。甚至我国的宝岛台湾也有PAS的生产基地。中国种子公司的成长一方面在引进国外的先进生产技术和优质产品的基础上进行自主创新及推广；另一方面对本土资源进行开发利用。以浙江虹越为例一、代理国外草花种子对本土资源进行开发利用虹越已成功选育出上百种中国特色的优良观赏植物品种在华东及更广泛的地区推广，包括乡土种球、花卉种子、穴盘种苗、地被植物、园林绿化植物、庭院植物、微型盆栽、容器造型苗等。在引进国外优良品种基础上，栽培驯化及推广了黄金锦络石、红叶石楠、花叶女贞、地中海荚蒾、大花六道木、花叶柳等苗木品种。经过多年的努力，已成功开发出本土植物品种滨柃和厚皮香‘火烈鸟’，另外红枫、玫瑰砧木和睡莲等植物已成功出口日本、美国及欧洲国家。

一二年花卉育种的进展还比较缓慢！！！第二节矮牵牛遗传育种育种资源育种目标及其遗传规律育种技术良种繁育简介Introduction矮牵牛(Petuniahybrida)原产南美，茄科矮牵牛属。矮牵牛在条件适宜时一年四季都能开花。在美国，种植和消费高居草本花卉之首，在日本，矮牵牛也被列为最受欢迎的花卉之一。20世纪80年代后期，我国沿海地区分别从美国、日本和荷兰等国大量引进栽培，现在遍布全国各地，作为花坛后起之秀，市场对矮牵牛需求量越来越大。一、育种资源（Geneticresources）1.野生资源矮牵牛属约有30余种。撞羽矮牵牛（P.violacea）腋花矮牵牛（P.axillaris）膨大矮牵牛（P.integrifolia＝P.inflata）灌木矮牵牛P.exserta：植株高大，灌木状。膨大矮牵牛（P.integrifolia)x腋花矮牵牛（P.axillaris)

（花小堇紫色，低矮匍匐）（花大白色，粗壮高大）

种间杂种(1840年)

复瓣品种四倍体大花品种小花极矮化品种重瓣品种F1代杂种

(1849)（1876）(1879)(1925)(1934,Japan)

绯红色品种(1950年)

撞羽矮牵牛(P.inflata)x400多个品种(1965年)

小花耐雨水品种

目前矮牵牛品种系列丰富多彩矮牵牛的品种起源及演化过程2.品种资源1．依花朵重瓣性分类：

1）单瓣类:大花型(花径8-12cm)丰花型(花径6-8cm)多花型(花径4-6cm)

2）重瓣类

DoubleCascade系列，Duet系列等2．依株型分类：

1）直立型2）垂吊型

Wave系列大花矮牵牛

PETUNIA-GRANDIFLORA虹彩系列(U-IRIS)大花矮牵牛品种，花朵数量丰富，株型紧凑，花色保持期长，蓝色品种经过改良株型更紧凑,本系列各颜色花期整齐一致，盆栽和园林布置表现效果优秀。梦幻系列(DREAMS)植株矮小，株型整齐，花大，花径9～10厘米。生长适温10～25℃，播种后16～18周开花。耐热，抗灰霉病，园林效果好。夸张系列(ULTRA)生长适温10～25℃，播种后14～15周开花，株高30～35厘米，皱边花，花径9厘米。中花系列PETUNIA-MULTIFLORA

梅林系列(MERLIN)株高25厘米，株型整齐紧凑，开花一致，花期长，花径约6厘米。耐风雨。海市蜃楼系列(MIRAGE)不仅集花大和花多于一身，而且在种子质量、幼苗活力、生长习性和花期等诸方面，都整齐一致。该品种花色齐全，适应性强，分枝多。庆典系列(CELEBRATION)株高25~30厘米，花径6~7厘米。大花，多花，株型紧凑。开花早，花色丰富，耐湿性强。吊篮矮牵牛PETUNIA-TRAILING美声系列(OPERASUPREME)

大量的分枝上开满艳丽的花朵，丰富的花色，以极强的匍匐性适合任何园林布景。也非常适合于吊篮和窗台花卉装饰的应用。由于美声系列对日照长度不太敏感，从而决定了其广泛的适应性，在不同纬度地区进行栽培，整体植株表现紧凑而且分枝优秀。波浪系列(WAVE)生长适温10～25℃，播种后9～14周开花，株高15～18厘米，蔓长0.9～1.2米，花径5～8厘米。适宜悬挂栽培。重瓣矮牵牛PETUNIA-DOUBLE瀑布系列(CASCADE)

与一般的大花重瓣品种相比，株型更紧凑，开花期提前2～4周，而且花朵更大，花径10～13厘米。DUET系列-大花重瓣

DUO系列二、育种目标及其遗传规律花色（flowercolor）花径（flowersize）重瓣性（petalnumber）株型（plantform）抗性（disease

＆stressresistance）类胡萝卜素Carotenoid类黄酮

Flavonoid花青素Anthocyanidin（花色素苷）植物的花色主要取决于三类色素：各种色素对应的花色？1.花色编码花色素生物合成途径中关键酶的结构基因控制结构基因表达的调节基因决定花色素分布的基因影响花色素浓度的基因影响液泡pH值的基因与助色素、金属离子等有关的基因影响植物花色的内在因素：缺少作用于DHK的DFR酶，故而无天竺葵色素途径，缺乏橘红色、砖红色以及纯黄色等品种。不同花色间存在一定的显隐性关系一般深色对浅色为显性趋势表现出一定的加性效应受母性遗传的影响较大矮牵牛的花色遗传特点：2.花径大小属于数量性状，受多基因控制大花F1代自交后代花径大小发生分离，且变异是连续的，F2、F3及F4代大花植株自交后代分离情况基本类似。大花基因对小花基因有显性遗传趋势纯合大花植株×小花植株，后代为大花。小花性状与丰花性联系一起3.重瓣性矮牵牛的重瓣花由雄蕊和雌蕊瓣化而来，难以结实。重瓣基因（有多对基因）相对单瓣基因为显性重瓣性的强弱受环境的影响较大4.株型植物株型与内源激素（如细胞分裂素、生长素等）的关系密切依据用途培育出矮化多分枝、匍匐生长型等品种。垂吊对直立是隐性性状5.抗性

抗病、抗虫、抗寒、抗旱、抗热、耐雨水等三、育种技术杂交育种（F1品种培育）多倍体育种（结合杂交育种）生物技术育种杂交育种—F1品种培育杂交优势育种1933年，日本2010年，英国杂种优势制种的一般程序选育优良自交系自交系间配合力测定品种比较试验和区域试验杂种种子的生产自交系间配组方式的确定一）、选育优良自交系

系谱选择法1．选择优良的品种或杂交种作为自交系的基础材料2．选择优良单株自交3．逐代系间选择淘汰一、选育优良自交系二）、配合力测定1.概念作为亲本杂交后F1表现优良与否的能力一般配合力（generalcombiningability,gca）特殊配合力（specificcombiningability,sca）1）gca：指一个自交系在所有杂交组合中杂种表现的平均值

2）sca：指某一特定杂交组合的杂种表现与双亲一般配合力平均数的差值。

A的一般配合力为:ga＝μa–μ=5.43-5.21=0.22A×G的特殊配合力为（Sij＝Xij–μ-gi-gj）Sag＝5.67−5.21−0.22−（−0.22）＝0.462.配合力分析的意义亲本本身的表现预测F1不准确gca高、sca低常规杂交育种gca高、sca高优势育种gca低、sca高优势育种gca低、sca低淘汰3.配合力分析方法粗略分析：测验种×分析材料（顶交法）精确分析：完全双列杂交（轮配法）正反交＋自交组合n2正交＋自交组合n(n+1)/2正反交组合（全轮配法）n(n-1)正交组合（半轮配法）n(n-1)/2不完全双列杂交综合品种G1G2G3G4……

×

GGG1GG2GG3GG4….顶交法示意图包括自交和正反交，即n个亲本配成n2个组合

包括自交和正交，n个亲本配成n(n+1)/2个组合

包括正反交，但不包括自交，共有n(n+1)个组合

只包括正交（又叫半轮配法），共有n(n-1)/2个组合轮配法示意图③三）、自交系间配组方式1.单交种（singlecrosscultivar）2.双交种（doublecrosscultivar）3.三交种（three-waycrosscultivar）4.综合品种（syntheticcultivar）1.单交种singlecrosscultivar用两个自交系杂交配成的杂种一代

优点：基因型杂合程度最高，杂种优势强；株间一致性强；制种程序简单

缺点：种子生产成本高，有时对环境条件的适应力较弱

以繁殖力强、优良性状多、具有苗期隐性性状者作母本；以花粉量大、花期长者作父本；2.双交种doublecrosscultivar

由四个自交系先配成两个单交种，再用两个单交种杂交配成用于生产的一代杂种

优点：降低种子生产成本；适应性较强

缺点：制种程序比较复杂；杂种优势和群体的一致性不如单交种注意交配顺序：重要质量性状差异明显，先选择质量性状相似的自交系两两配对；获得最高配合力三交种three-waycrosscultivar先用两个自交系配成单交种，再与另一个自交系杂交得到的一代杂种

三交种适应性强，杂种优势较显著性状的整齐性不及单交种；种子生产成本较高通常以单交种作母本，以另一自交系作父本4.综合品种syntheticcultivar多个配合力高的异花授粉或自由授粉植物亲本在隔离区内任其自由传粉所得到的杂种制种简便；适应性强一致性差；生产中表现不稳定四）、品种比较试验和生产试验

为了配制出选定组合的杂种种子进行品种比较试验生产试验多点试验。综合观察各种性状注意事项：自交时要严格套袋隔离，可人工辅助授粉选育自交系应达到足够的代数自交过程中善于发现优良的变异株自交衰退时，加强自交系的栽培管理杂交制种可采用人工去雄法，但应严格去雄套袋生物技术育种花药培养：快速培养纯系体细胞无性系变异体细胞杂交基因工程分子标记辅助育种体细胞杂交自20世纪60年代初酶法分离原生质体取得突破后，极大地促进了该领域的迅速发展，成为生物技术研究中的重要组成部分。脱壁之后的原生质体可以用于细胞融合，即所谓的体细胞融合。矮牵牛属自1972年始就用于原生质体分离和培养，是最早进行体细胞培养的植物种类，现已通过体细胞融合方式获得了芽和杂种植株等产物，虽无新品种产生的报道，但为体细胞杂交应用于植物育种的可能性开辟了广阔的前景农杆菌介导的遗传转化程序：目的基因的克隆构建表达质粒将重组质粒导入农杆菌农杆菌介导目的基因转化植物转化体的筛选及鉴定基因工程矮牵牛的基因工程遗传改良修饰花色改善株型改变花型延缓衰老提高抗性创造雄性不育Nature,1987,330:667-668Nature,1988,333:860-869AnantisensechalconesynthasegeneintransgenicplantsinhibitsflowerpigmentationVanderkrolAR,LentingRJ,VeenstraJGetal.TheplantJournal1998,13(2):259-266Productionofyellowcolourinflowers:redirectionofflavonoidbiosynthesisinPetuniaKevinM.Davies,StephenJ.Bloor,GayleB.SpillerandSimonC.DerolesPKR(CHR)cDNAfromMedicagosativa（紫苜蓿）Overexpressionofapetuniazinc-fingergenealterscytokininmetabolismandplantformsHitoshiNakagawa,Chang-JieJiang,HitoshiSakakibaraetal.Volume41

Issue4

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-February2005Lateral-shootInducingFactor(LIF)

CK0dTr0dCK3dTr3dTr8dCaMV35S－etr1-1PlantPhysiology2004,136:2900-2912

3dafterethylenetreatment2d(left)and8d(right)afterpollinationCaMV35S+sensePhEIN2CaMV35S+PhEIN2-RNAiPlantPhysiologyPreview

FirstpublishedonSeptember18,2003;10.1104/pp.103.024554Down-Regulatingα-GalactosidaseEnhancesFreezingToleranceinTransgenicPetunia

JoyceC.Pennycooke,MichelleL.Jones,andCecilStushnoff半乳糖苷酶植物遗传标记与DNA标记技术标记含义遗传标记通常是形态标记，生化标记及分子标记三种标记的统称。遗传标记实际上指的是标记座位（标记基因座）（Markerlocus）。标记→遗传标记=标记座位Marker→Geneticmarker=Markerlocus一个标记座位是一个多态性座位意味着可应用于两个方面：当某个个体基因型带有多态性座位时，这个标记非常适合应用于群体遗传学研究。当一个或多个座位的基因型与一个多态性座位连锁时，这个标记则可应用从图位克隆到标记辅助育种。理想的遗传标记多态性Polymorphic多等位性Multiallelic共显性Codominant，杂合体能同时反映出两个纯合亲本的性状，在家系中杂合子能从各个纯合子中区分出来；无上位性Non-epistatic中性Neutral，在一个标记座位上进行等位替换，不会产生表型或选择效应对环境不敏感性Insenstitivetoenvironment，从表型就可推断基因型，无论环境如何变化。遗传标记分类传统的分类方法：

1）形态标记Morphologicalmarker2）生化标记Biochemicalmarker3）分子标记Molecularmarker形态标记形态标记通常无法达到理想标记的标准，多态性不足且常常是显性的，易受其它性状及环境的影响，即使某些物种形态标记数目也不少（水稻、玉米均有上百个形态标记），但这些标记在一个特定的家系中很难有共同的多态性。生化标记生化标记和分子标记，通常有共同的特性。同工酶标记的主要不足是可检测的座位数少，如在水稻和玉米的分离群体中一般很难检测出30～40个同工酶标记。而且在不同的器官中并非均存在或都有活性。应用双向电泳检测多态性蛋白质的数目可以是很多的，但也取决于特定的器官或生物。DNA标记DNA水平的分子标记，其数量几乎是无穷的，不受分析的时期、器官的影响，因为DNA在各种组织器官中都是一样的。而且DNA标记具有一个很好的优点，就是能直接应用于分子生物学研究。

DNA标记特点

不同类型的DNA标记具有各自的优缺点，所以应用范围受其特征的限制。分子标记技术的选用，也要视被研究的物种的背景，像微卫星和AFLP标记适合于那些多态性低的物种，而对那些多态性高，同时也有很多cDNA基因或探针的物种，RFLP、STS是非常适合的。DNA标记适用性遗传指纹技术适用于以下三种情形：1）多样性研究：如种间或种内群体结构、遗传距离、聚类等等；2）位置克隆：可使目标基因所在基因区域的标记密度增加；3）快速饱和遗传图谱，尤其针对那些稀有物种PCR标记和探针尚未开发的物种基于技术的DNA标记分类基于DNA-DNA杂交的标记

如：RFLP，VNTR（重复数可变串联重复标记）基于PCR的标记 如：RAPD，ISSR，SSR\srap等基于PCR与限制性酶切结合的标记 如：AFLP，CAPs基于单核苷酸多态性的标记 如：SNP基于DNA-DNA杂交的标记RFLP即限制性片段长度多态性。这种多态性是由于限制性内切酶酶切位点或位点间DNA区段发生突变引起的。。RFLP标记具有共显性、信息完整、重复性和稳定性好等优点。但RFLP技术的实验操作过程较复杂，需要对探针进行同位素标记，即使应用非放射性的Southern杂交技术，仍然是个耗时费力的过程。基于PCR的标记一、随机引物的PCR标记其所用引物的核苷酸序列是随机的，其扩增的DNA区段是事先未知的。RAPD、DAF、AP-PCR、ISSR二、特异引物的PCR标记具有特定核苷酸序列，引物长度通常为18～24核苷酸.根据引物序列的来源，主要可分为SSR标记、SCAR标记、STS标记及RGA标记等。RAPDRAPD标记所用的引物长度通常为9～10个碱基RAPD标记的优点是，对DNA需要量极少，对DNA质量要求不高，操作简单易行，不需要接触放射性物质，一套引物可用于不同生物的基因组分析，可检测整个基因组RAPD标记的不足之处是，一般表现为显性遗传，因而提供的信息量不完整。由于使用了较短的引物，RAPD标记的PCR易受实验条件的影响，结果的重复性较差。不过，只要扩增到的RAPD片段不是重复序列，则可将其从凝胶上回收并克隆，转化为RFLP和SCAR标记，以进一步验证RAPD分析的结果。ISSR简单序列重复间区DNA标记技术一般在引物的5’或3’端接上2～4个嘌呤或嘧啶碱基，以对具有相同重复形式的许多SSR座位进行筛选，使得最终扩增出的ISSR片段不致太多。稳定性比RAPD好。ISSR标记呈孟德尔式遗传，具显性或共显性特点SSR标记SSR微卫星简单重复序列由于基本单元重复次数的不同，而形成SSR座位的多态性。每个SSR座位两侧一般是相对保守的单拷贝序列，因此可根据两侧序列设计一对特异引物来扩增SSR序列。经聚丙烯酰胺凝胶电泳，比较扩增带的迁移距离，就可知不同个体在某个SSR座位上的多态性。SSR标记的最大优点是具有大量的等位差异，多态性十分丰富。但是，SSR标记必须依赖测序设计引物，开发成本高。不过，目前许多物种已有现成的、商品化的SSR引物，对一般实验室而言，只需利用现成的SSR引物进行PCR扩增，即可分析DNA的多态性。SSR多态性分析示意图.基于限制性酶切和PCR的DNA标记

以限制性酶切和PCR技术为基础、将两种技术有机结合的DNA标记主要有两种，一种是先将样品DNA用限制性内切酶进行酶切，再对其酶切片段有选择地进行扩增，然后检测其多态性，这种标记称为AFLP标记；另一种是先对样品DNA进行专化性扩增，再用限制性内切酶对扩增产物进行酶切检测其多态性，称为CAPS标记。AFLPAmplifiedFragmentLengthPolymorphism，扩增片段长度多态性用两个限制性内切酶酶切及大约20个碱基的接头连接后，进行基因组DNA的PCR扩增。

AFLP扩增片段的谱带数取决于采用的内切酶及引物3’端选择碱基的种类、数目和所研究基因组的复杂性。具有RFLP技术的可靠性和PCR技术的高效性基于单个核苷酸多态性SNP的DNA标记

SNP标记通过设计特异的PCR引物扩增某个特定区域的DNA片段，通过测序和遗传特征的比较，来鉴定该DNA片段是否可以作为SNP标记。大规模的SNP鉴定则要借助于DNA芯片技术。遗传标记特点比较标记类型中性数量共显性标记特异性多态性组织特异性技术难度编码序列形态标记N有限极少Y低Y低－同工酶Y≤40YY低Y低Y蛋白质2D）

Y≤100YY低Y中等YRFLPY近无限YY高N高YorNSSRY成千个YY很高N高NISSRY近无限YorNN很高N低NAFLPY近无限NN很高N中YorNSNPYorN无限YY中N高YorN矮牵牛分子标记辅助育种Peltieretal(1994)establishedthefirstRAPDandphenotypicmapinpetunia.Peltier,D.,Farcy,E.,Dulieu,H.,Bervillé,B.,1994.Origin,distributionandmappingofRAPDmarkersfromwildPetuniaspeciesinPetuniahybridaHortlines.Theor.Appl.Genet.88,637-645.Subsequently,restrictionfragmentlengthpolymorphism(RFLP),amplifiedfragmentlengthpolymorphism(AFLP),simplesequencerepeat(SSR)andcleavedamplifiedpolymorphicsequence(CAPS)hav