水仙花育种取得突破

中国水仙花是我国传统十大名花之一，栽培历史悠久，早在唐宋时代就有“凌波仙子”之美称。它玲珑剔透，叶如翡翠，花似金盏银台，素雅清香，玉洁冰清，色、香、味、韵俱佳。尤其是经艺术高手精心雕琢后，千姿百态，惹人折腰。水仙只需一碟清水，在寒冬岁尾，群芳俱寂之时，凌波吐翠，生机盎然，给人间带来了无限春光。因此，人们把水仙花视为吉祥、美好、纯洁、高尚的象征，家家户户都喜欢用它作为年花，馈赠亲友的佳品。文人墨客为之写诗作赋，吟咏不绝。　　然而，水仙花鳞茎球存在两个重大缺陷。　　一是在室内水养或盆栽时，植株易徒长，叶与花葶生长细弱，枝叶发黄，柔软易垂折；同时，浸养水仙花的营养全靠鳞茎球的鳞片所贮藏的养分来供给生根、长叶与开花。由于前期徒长，消耗养分过多，后期供给开花用的营养匮乏，花期最长也只有半个月。如调理不适当或气温偏高，花期更短。虽可用人工雕刻造型，控制株型，但鳞茎球被剜去一半甚至过半，同时，从创口处又流出大量的营养粘液，使球体鳞片内贮藏的营养物质更加不足，导致花期更短暂。　　二是品种太少。中国水仙为同源三倍体，具高度不孕性，虽然子房膨大，但种子空瘪，用常规的杂交育种方法无法繁殖，更无法获得新的品种，所以在中国1200余年的栽培历史中只有单瓣的“金盏银台”和复瓣的“玉玲珑”两个品种。辐射肓和矮化株型　　中国林科院花卉中心从1982年开始到1997年经过15年时间，通过辐射育种技术进行水仙株型育种，已获得水仙I花矮化生产技术。矮化株型，减少鳞茎球内贮藏的营养消耗，提高了水仙花商品鳞茎球的质量与观赏价值，使之更适于家庭水养达到开花观赏的目的。“矮化水仙花”有如下特点：　　(1)植株姿态：株型矮壮挺拔，一般株高为原高度的1／2左右，箭多花团锦簇，姿态优美绰约，品性素雅。　　(2)叶片姿态：叶片短宽扁平，坚挺厚实；叶色由浅绿变为浓绿如翠，且有光泽。　　(3)花葶：茁壮，亭亭玉立，高15-20cm；花开飞舞葶端，笼罩于翠叶之间。　　(4)花香：花香增浓，清香幽远，在8℃―15℃之间，花期延长10―15天。　　(5)根系：内质须根粗短，长5―10cm左右。　　“水仙花矮化技术”获1992年安徽科技进步奖，1997年第四届中国花卉博览会科研成果二等奖。并于2000年10月28日取得中华人民共和国国家专利。基因工程控制花型在水仙花株型育种上取得突破后，林科院花卉中心又通过基因工程技术对水川J花花型控制和改变进行了艰苦攻关。　　(1)改变花型的理论基础　　虽然植物花器官的发育形成涉及成千上万个基因的相互作用，但利用基因工程方法对―个或几个关键基因进行改变，完全可以达到改变植物花器官的形状及组成的目的。花器官是由花器官原基分化而来的，其发育是以轮为单位，在正常的花芽中花器官原基可分为四轮，用I，II，IⅡ，IV来表示。位于轮I上的花器官原基将分化形成萼片轮n的原基分化形成花瓣；轮Ⅲ的原基分化形成雄蕊；轮IV的原基分化形成雄蕊。人们根据对拟南芥和金鱼草花的同源异型突变类型研究提出了“ABC模型”。即在正常花器官发育过程中，可以产生A、B和C三个功能。每个功能作用于两个相邻的两轮。如第1轮处于A功能控制之下，原基发育为萼片。第Ⅱ轮受A和B两个功能的控制，原基发育为花瓣。第111轮由B和C两个功能控制，原基发育为雄蕊。第1V轮则由C功能控制，原基发育为心皮。在三个功肓巳中A牙口B、B和C相互重叠，共同作用。在任一特定轮内发育的原基，其花器官的属性取决于在这轮内起作用的功能及其组合，相应地如果存在三组同源异型突变，使A、B、C中任何一个丧失功能，就会导致花器官的错位发育。合理地有针对性地利用突变体，可以控制花型，例如突变使功能C丧失，这样花器官原基就不分化形成心皮，而错位发育使花瓣和雄蕊的数量增多。Agamous(Ag)为C功能中的基因，Ag突变体的C功能丧失。因此Ag突变体只有花萼与花瓣两种器官，但却出现增殖现象。因此可以对Agamous基因进行改变，抑制C功能基因而让B功能基因进行异位表达，从而达到改良花卉品种的目的。　　(2)控制水仙花型基因的克隆　　中国林科院花卉中心经过3年研究，建立了水仙的高频再生体系，和抗生素筛选体系。从水仙花中克隆出对花形态发育有重要调控作用的Agamous同源基因的完整序列，命名为Ntagl(NarcissustazzataAgamousl)。该基因的序列与多种植物的Agamous基因的同源性较高，基因长度为1320个碱基对，开放阅读框690碱基对，编码一个有230个氨基酸蛋白质。该蛋白质具有MADS盒、L区、K盒、N端和C端，N端只有一个氨基酸，而在C端有67个氨基酸，与其它植物的比较发现不同植物的Agamous同源基因在MADS保守性最高，56个氨基酸中只有1―2个氨基酸序列不同，同源性达90％以上；K盒和L区保守性较低，不同植物的Agamous在L区K盒的差异很大，这对花形态的改变是至关重要的。并根据水／l山愈伤对潮霉素敏感而构建了含潮霉素的表达质粒。水仙花的Agamous基因的克隆奠定了对水仙花型进行遗传改变的物质基础。如果将其它植物的Agamous基因构建成反义RNA表达质粒转化到水仙中，控制水仙的B功能基因异位表达到III，IV轮，即可形成重瓣水仙。