園林植物海棠花色基因工程研究進展

王萬京+王利凱+郭莉

摘 要：以海棠花色色彩資源基因工程為研究內容，通過對海棠的花色基因及花色影響系數的分析，對傳統花色育種進行和現代基因工程進行分析，總結出海棠花花色形成原理與基因工程實現花色資源改變的特點和規律總結基因工程對海棠種植資源對海棠應用的相互作用關系。

關鍵詞：海棠；基因；花色；花青素

中圖分類號：Q943 文獻標識碼：A DOI：10.11974/nyyjs.20161233167

海棠作為重要的園林資源，在我國已經有很多年的繁育栽培與育種歷史，在我國越來越多的地區海棠被作為觀賞樹種，海棠逐漸成為重要觀賞樹植物資源。

1 海棠的花色觀賞價值

海棠屬于薔薇科落葉小喬木或灌木觀賞植物，海棠枝干直立，通常高達3～5m，海棠花艷于寒梅，素與桃，獨具風韻，花期通常在每年3月份左右到每年5月初，不同類別，花期不同。

2 傳統花色育種研究進展

花卉育種是花卉發展的重要基礎，通過選擇育種，雜交育種，誘變育種等方式，試圖改變植物花色，提高觀賞價值。但作為名花的海棠，在傳統的育種方法下，其花色一直沒有得到很大突破，花色多以單一的白色為主，很大程度上節制了海棠作為景觀觀賞樹種的功能發揮。

3 花色基因工程

花形成的原理，植物花的發育過程可分為花序的發育，花芽的發育，花器官的發育和花型的發育4個階段，研究表明在花的形成過程中， MADS的基因家族起著十分重要的作用。2000年，justinO.borevite報道了一個MYB類轉錄因子由于調控苯基苯酸的生物合成而改變擬南芥的花及營養器官的顏色，這表明2個基因不僅在擬南芥中，而且在其他植物中也確實能激活花青素的生物合成。通常情況下，其花由于細胞液泡中的pH值比較低，所以顯示為紅色。ANI基因是BHLH轉錄因子家族的成員之一，不僅調控著花青素的生物合成，而且還能使花瓣細胞液泡膜酸化，從而改變花色。

4 海棠花色基因工程研究

4.1 海棠花花色形成

海棠花色主要由幾類主要的色素決定，花青素，類黃酮，類胡蘿卜素，生物堿等構成，色素組分及其比例是花朵呈色的生理基礎。

4.2 海棠花色影響色素及研究

影響海棠的花色基因花青素，以及類黃酮，類胡蘿卜素，生物堿等。花青素，海棠植物開花過程中花青素降解和色彩淡化的現象十分普遍。“穩定性”是中國傳統海棠花色基本品種特征。海棠雜交育種實驗明顯表明，通過雜交育種花青素含量和穩定性顯著提高，海棠各花期階段的色彩觀賞性穩定，大大的延長了雜交種的海棠品種的紅艷觀賞期。提高了觀賞效果。類胡蘿卜素，花瓣中多存在類胡蘿卜素，它們能使花瓣葉片和果實呈黃色和橙色，其活性高低影響類胡蘿卜素及其他產物的合成。

4.3 常見轉化方法

直接導入外源結構基因改變海棠花色。如果海棠品種本身缺乏某種基因，可以通過對某種單一基因控制花色，對于單基因控制花色，可以在海棠品種基因直接導入外源結構基因改變花色，矮牽牛就是通過直接導入外源結構基因改變其花色，通過缺乏基因引入新的基因改變花卉花色；利用反義基因和共抑制原理改變海棠花色。將某一基因反向插入海棠植物表達載體，然后導入海棠植物體內，當基因進入海棠植物體內。這種錯誤的DNA轉錄成RNA之后，可以與海棠基因內源的互補MRNA結合，由此可見，共抑制原理在海棠花色基因工程中具有重要意義。可以作為研究海棠花色基因工程的重要方法；導入調節基因使海棠內源基因活化使得海棠花色發生改變。當海棠植物體內本身含有的花色素代謝的結構基因，由于組織特異性或缺乏調節基因表達產物的激活而不表達時，可以在海棠植物體內導入調節基因，達到改變海棠植物花色的目的。

5 結論

海棠花色創新一直是花卉育種的熱點，因此海棠花色的創新亦成為海棠基因工程研究重點和未來的研究方向。海棠花色多樣性與局限性分析。通過對傳統海棠品種的花色研究發現，粉色系列品種是海棠的主要品種，色彩局限性較大。隨著基因工程技術的進步，海棠花色中大量紅色，紫色雜交品種在北美問世，這促進了海棠花色的多樣性。其中玫紅類海棠即是特色類，顯著豐富了觀賞海棠的花色多樣性。研究發現，泛紫色系與粉色系之間多存在親緣關系。海棠花色基因中。就花青素的穩定而言，垂絲海棠與西府海棠相比，泛紫色系的的花青素含量和穩定性顯著提高。其中紅肉蘋果的親本創造了泛紫紅色系海棠品種種群。泛紫紅色系和粉花色系海棠品種的色調分布值較大。實驗說明海棠可以通過改變花青素來改變花色。海棠花色可以產生多樣的色彩花色，但就目前生物技術的缺陷就是多有單一的親本；海棠花色改良育種策略。研究發現，海棠花中花青素以糖苷鍵結合為花青素苷，存在于花瓣表皮細胞的液泡中，呈現橙，紅，紫，藍等色彩，伴隨海棠花的成長周期和海棠花的發育而逐漸積累形成。通過對中國海棠類群的種植資源調查研究發現，花色性狀等表型多樣性的存在，這為色素穩定性強的粉色系海棠選擇育種奠定了基礎。

綜上所述，海棠花色改良思路主要是基于特定海棠種質資源內因為出發點。結合溫度、土壤等外因，伴隨生物技術的發展，其色素資源技術的成熟，會有越來越大的開發利用價值。

參考文獻

[1]李厚華，趙冰.中國海棠[M]. 北京：中國林業出版社，2014.