专题推送：耐热杜鹃花种质资源培育关键技术与应用

      编者按：杜鹃花（Rhododendron L.）是我国传统十大名花之一，具有很高的观赏价值。然而我国杜鹃花资源主要分布在高海拔地区，喜冷凉环境，夏季高温成为国内杜鹃花引种栽培和推广应用的主要限制因子。因此，为克服这一难题，课题组以选育耐热杜鹃花为主要育种目标，广泛收集杜鹃花优良种质资源，建立杜鹃花种质资源圃，探讨杜鹃花耐热性机理，确立耐热性评价指标，进行耐热杜鹃花种质资源筛选。通过10余年的育种工作，建立了远缘杂交亲和性评价指标，阐明了杜鹃花属植物远缘杂交障碍机制，有效克服了后期胚败育难题，提高了杜鹃花远缘杂交育种效率，为培育耐热性杜鹃花种质提供了丰富的理论依据和可靠的技术支撑。

一、研究现状

      1. 杜鹃花耐热性机制研究现状。

      国内外杜鹃花耐热性机理集中在生理生化领域，主要涉及活性氧清除系统、渗透调节物质、光合作用等。近年来，杜鹃花全基因组数据陆续公布，包括马缨杜鹃（R. delavayi）、圆叶杜鹃（R. Williamsianum）、映山红（R. Simsii）、马银花（R. Ovatum）、朱红大杜鹃（R. griersonianum）、羊踯躅（R. molle）等在内的11种杜鹃花基因组测序已完成。杜鹃花耐热性研究逐渐从生理生化领域迅速扩展到分子遗传学领域，为杜鹃花的耐热分子机制研究提供了重要的分子生物学基础。利用基因组与转录组测序技术挖掘杜鹃花耐热基因，进而展开基因功能研究，阐明杜鹃花耐热分子机制已成为目前研究热点。

      2. 耐热杜鹃花育种研究现状。

      国外较早开展杜鹃花的育种工作，关于杜鹃花杂交亲和性及远缘杂交障碍也有相关报道。日本育种家Kochiro Wada与美国育种家Thornton分别利用我国耐热杜鹃花微笑杜鹃（R. hyperythrum）与原产当地的野生杜鹃作为杂交亲本，培育出了强耐热的杜鹃品系，但涉及的杜鹃花属植物种类有限。我国对杜鹃花的育种研究始于20世纪80年代，起步较晚，基础薄弱。但近10年来，我国各地育种工作有很大推进，也选育出部分较为耐热的杜鹃，例如 ‘炮仗红’、‘胭脂蜜’等园艺栽培品种，可用于江苏地区的推广应用。高山杜鹃品种采用逐步驯化法，逐步扩大了应用范围。我国杜鹃花育种工作主要以实生苗选育为主，选育的杜鹃花品种数量还比较有限，野生杜鹃花资源的开发利用度仍然很低。整体而言，国内针对耐热杜鹃花远缘杂交育种及杂交障碍机制研究还鲜少报道。

二、主要困境

      1. 多数杜鹃花喜冷凉，惧酷暑，致使国内推广应用受限。

      我国是世界杜鹃花属的分布中心。据《Flora of China》（2005）统计，全世界已知杜鹃花属植物约1000种，我国有571种，其中409种为我国所特有。虽然杜鹃花在我国分布广泛，但主要分布在高海拔地区，冷凉潮湿的原生环境，造就了高山杜鹃不耐高温的特性，致使国内杜鹃花引种栽培和推广应用受限。杜鹃花属于浅根性、喜酸性植物，栽培养护管理较为困难。

      2. 杜鹃花属植物普遍存在远缘杂交障碍，并且育种周期长，育种工作推进缓慢。

      中国是世界上识别、记载和栽培杜鹃花最早的国家，但我国对杜鹃花的育种研究起步较晚，且基础薄弱。野生杜鹃远缘杂交中普遍存在杂交障碍，表现为花粉管生长异常、杂交胚败育、种子萌发率过低、杂交幼苗白化等现象，严重影响杜鹃花杂交育种成功率。杜鹃花育种周期较长，基本在5年以上，需要持续的课题支撑和行业关注，这些都导致育种工作进展缓慢。

三、主要研究成果

      1. 系统收集杜鹃花种质资源，与企业合作建立耐热杜鹃花种质资源圃。从全国各地广泛收集耐热性强、观赏价值高、杂交亲和性良好的优良野生种质及园艺栽培品种100余种，建立杜鹃花种质资源圃。

      2. 建立杜鹃花耐热性鉴定指标，揭示杜鹃花耐热性机制。从生理生化层面，确定活性氧清除系统、乙烯代谢途径、渗透调节物质和光合系统在杜鹃花耐热性中的作用机制；从细胞学层面，探讨稳定的解剖结构对杜鹃花耐热性的作用，综合利用主成份分析与隶属函数法建立杜鹃花耐热性鉴定指标；从分子生物学方面，完成马缨杜鹃（R. delavayi）、大白杜鹃（R. decorum）、露珠杜鹃（R. irroratum）、红棕杜鹃（R. rubiginosum）、羊踯躅（R. molle）、‘红月’（R. obtusum ‘Hong Yue’）共6种杜鹃花的热胁迫转录组测序，成功筛选出与杜鹃花耐热性相关的基因，进行基因克隆和功能验证。相关研究共发表学术论文20余篇。

      3. 持续开展杜鹃花杂交育种工作，系统探讨杜鹃远缘杂交亲和性。本课题组主要以低海拔耐热野生杜鹃花为主要母本，各地收集的优良亲本作为父本，广泛开展杜鹃花属植物亚属间、亚属内、组间及组内杂交育种工作，累计配制300多个杂交组合，目前成功获得30多个杂交组合的杂交苗。系统探讨杜鹃花属植物杂交亲和性，确定远缘杂交不亲和的主要原因，建立杂交亲和性评价体系。探讨杜鹃花花粉活力的测定方法、确立杜鹃花粉采后处理、长期和短期有效贮藏方法、解冻技术，解决杜鹃远缘杂交花期不遇的问题，通过优化授粉方法，提高杂交结实率。相关研究共发表学术论文10余篇。

      4. 利用杜鹃花远缘杂交胚拯救技术，有效克服后期胚败育难题。针对中国野生杜鹃远缘杂交中存在的胚败育、种子萌发率过低、或者在幼苗阶段出现诸如幼苗白化病，导致杂种不活等问题，通过对江苏地区常见的野生杜鹃与高山野生杜鹃的杂交胚采用细胞学手段进行组织培养，进行胚拯救，建立有效的杂交胚拯救技术体系。解决杜鹃远缘杂交存在的受精后障碍，提高杜鹃花远缘杂交育种效率。相关研究获发明专利2项。

      致谢：感谢耿兴敏教授的指导与帮助。

作者：曾凡玉

指导老师：耿兴敏

本期编辑：李青青