杜鵑花種質資源的收集保存、鑒定評價及創新利用綜述

劉曉青， 蘇家樂， 李 暢， 何麗斯， 肖 政

(江蘇省農業科學院休閑農業研究所，江蘇南京 210014)

杜鵑花是杜鵑花科(Ericaceae)杜鵑花屬(Rhododendron)的著名觀賞植物，它不僅是我國十大名花之一，也是世界三大著名高山花卉之一[1]。杜鵑花品種繁多、花色艷麗、花期長久、寓意吉祥，不僅可以作為盆栽供應年宵花市場，也可以露地栽培成為園林綠化美化的重要材料，發展前景十分廣闊。

1 種質資源的收集與保存

1.1 種質資源概述

杜鵑花屬是一個大屬，有1 000種左右，分布于亞洲、北美洲和歐洲，起源于距今6 700萬年至13 700萬年的白堊紀[1-2]，其中亞洲分布最多，約有850種，中國有560余種，僅云南、西藏和四川就有403種，是世界杜鵑花的發祥地和現代分布中心。經近代植物學家調查，中國杜鵑花的分布現已基本清楚，以長江為界，長江以南種類較多，長江以北較少。全國除新疆、寧夏等干旱荒漠地帶外，其他各省份皆有分布[2]。

我國是世界上最早記載和利用杜鵑花資源的國家，早在公元492年就有關于羊躑躅命名的記載，比瑞典早1 250多年。而日本引種中國杜鵑花當推至唐朝，并將其與本土杜鵑雜交，培育出大量品種。至于歐美，則從1843年開始于云南采集各種野生杜鵑花及種子[2]。

我國園藝學家通常將杜鵑花栽培品種，據形態、性狀、親本和來源劃分為東鵑、夏鵑、毛鵑、西鵑和所謂的“高山杜鵑”[3]。東鵑主要是石巖杜鵑(R.obtusum)的變種及其眾多雜交后代的總稱，因源自日本，與西洋杜鵑對應特稱東洋鵑，簡稱東鵑，主要特征是體型矮小，分枝多密，著花繁茂，花朵較小，一般花徑2～4 cm，最大至6 cm，單瓣或由花萼瓣化而成套筒瓣，少有重瓣[4]。夏鵑指初夏開花的一類，以日本的皋月杜鵑(R.indicum)作為親本選育而成。西鵑又稱比利時杜鵑，系指荷蘭、比利時等國利用皋月杜鵑、映山紅和白毛杜鵑等經反復雜交育成的一類花色艷麗、花期較長的品種。而“高山杜鵑”則主要指利用常綠杜鵑亞屬的種質資源類型育成的一些葉革質、常綠、花葉碩大的品種類型。

1.2 種質資源收集與圃地保存

對于野生資源，早在19世紀，國外就有許多規模較大的植物園用以保存杜鵑花活體植株，保育數量較多的依次有英國的愛丁堡植物園、美國的杜鵑花植物種植園、英國的布魯迪克城堡園、英國的英威園和美國的阿諾德樹木園[2]。此外，保育杜鵑花種類百種以上的植物園在澳大利亞和日本也并不少見。國內則從20世紀60年代開始了對杜鵑花野生資源的引種馴化研究，目前昆明植物園已成功引種馴化并保存141種云南野生常綠杜鵑花。此外，廬山植物園、井岡山園林所、貴州植物園、杭州植物園、沈陽園林科研所、中國科學院植物所、華西植物園等也進行了杜鵑花的遷地保護研究[1]。20世紀80年代初，由中國科學院廬山植物園與昆明植物園共同開展了我國杜鵑花屬植物資源的搜集與保育工作，搜集了國產杜鵑花資源300種以上，成功保育率分別約為70%和50%[2，5]。之后，中國科學院植物所華西亞高山植物園經過20余年的堅持，搜集保育的種類達360種。此外，保育種類在50～70種的機構還有井岡山園林所、重慶南山植物園、貴州植物園、中國科學院華南植物園和湖南森林植物園等[2]。

對于品種資源，自20世紀20年代起，我國沿海城市如上海、寧波、青島、丹東等地的部分民間杜鵑花愛好者就通過各種渠道從國外引進杜鵑花園藝品種(現今這些地方大部分成為國內杜鵑花的主要產區和栽培應用區)，其中比較著名的有無錫的沈淵如先生、上海的黃岳淵先生等，累計共引種杜鵑花品種1 000余種，包括毛鵑30余種、夏鵑700余種、東鵑500余種及西洋鵑近100種，但抗日戰爭期間，大多品種遭到破壞而流失[4]。目前，國內品種保有量比較大的單位有無錫錫惠公園杜鵑園、江蘇省農業科學院園藝研究所、浙江省金華市永根杜鵑花培育有限公司等。其中，江蘇省農業科學院園藝研究所從2005年開始杜鵑花種質資源的收集保存、鑒定評價及種質創新研究，到目前為止，共引進杜鵑花資源400余份，其中野生資源59份，品種資源356份(囊括各大品種群)。2016年10月，江蘇省農業科學院園藝研究所被中國花卉協會認定為首批國家杜鵑花種質資源庫，同時被認定的還有浙江省金華市永根杜鵑花培育有限公司。

1.3 品種繁育

引入的資源中有部分是采用枝條形式，有部分采用的是種子形式，因此需進行扦插、嫁接或播種繁殖。此外，對有推廣利用價值的品種也需進行規模化快繁。目前扦插是繁殖杜鵑花最常用的一種方法，國內現有的園藝栽培品種，大多以扦插繁殖為主，品種的扦插繁殖比野生資源容易，目前大部分Azalea品種類群皆可以通過激素處理或者直接扦插而取得較好的生根效果[6-10]。有關杜鵑野生資源扦插繁殖的研究僅局限在幾個種，如淀川杜鵑、毛棉杜鵑、鹿角杜鵑、糙葉杜鵑、興安杜鵑、長蕊杜鵑、大白杜鵑和美容杜鵑等，對其扦插繁殖技術的探討主要集中在不同的激素種類濃度及扦插基質對生根的影響，采用的激素種類主要以吲哚乙酸(IAA)、吲哚丁酸(IBA)和α-萘乙酸(NAA)等為主[11-17]。而對于高山常綠闊葉杜鵑品種(種)的組培快繁，國內外的相關研究頗多，技術已經非常成熟，外植體可以是莖段、嫩葉、花苞，生根方式可以在試管內也可以在試管外，這為國內高山杜鵑的產業化發展提供了堅實的技術基礎[18-28]。

1.4 種質離體保存

由于田間保存方式所需較大空間及人力物力支出，且存在物種因自然災害等原因而遺失等缺陷，杜鵑種質的離體保存工作有著重要意義。除了種質的圃地保存外，可通過離體培養方式保存種質，國內外也有杜鵑花種質離體保存的相關研究報道。顧地周等[29-32]、梁宇等[33]用小葉杜鵑、苞葉杜鵑、牛皮杜鵑、照白杜鵑、短果杜鵑的嫩芽為外植體，DR培養基為誘導培養基，MS培養基為生根及保存的基本培養基，通過低營養、常溫矮化延緩生長等措施，輔以IAA、NAA等生長素及根皮苷，可使杜鵑花野生種質的試管內保存期限達到8～35個月不等，其中短果杜鵑的離體試管保存時間可達40個月之久，這為某些瀕危種質的保存與保護提供了新的思路與技術手段。

2 鑒定評價

2.1 抗性評價

耐熱性方面，杜鵑屬植物不同亞屬、組、種乃至品種的耐熱性都不同，同一個種因來源、產地等的不同耐熱性也有差異[34]。有研究表明過氧化氫(H2O2)、超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化氫酶(CAT)、過氧化物酶(POD)、抗壞血酸過氧化物酶(APX)及丙二醛(MDA)等與杜鵑耐熱性密切相關，可以用于杜鵑耐熱性的鑒定[35]。但張春英等在對4種常綠杜鵑花葉片耐熱性的指標研究中發現葉片氣孔總面積、細胞膜相對透性、游離脯氨酸含量與植物耐熱性存在相關性，氣孔密度、超氧化物歧化酶活性與植物耐熱性無相關性[36]。

杜鵑的抗寒性是與自然分布區中冬季溫度密切相關，抗寒種類一般起源于高寒地區[37]。有報道表明，部分品種能夠耐-40 ℃的低溫，而二倍體杜鵑品種比四倍體品種更加耐寒[38]。耐寒的杜鵑品種不僅在葉片結構上存在一些共同的形態特征[39]，并且在低溫適應過程中，可以通過提高體內膜保護系統的活性來清除活性氧，降低MDA在體內積累，防止膜脂過氧化作用，維持膜結構的完整性和穩定性[40]。抗寒杜鵑品種自身或在耐寒適應過程中會積累較多的不飽和脂肪酸，而膜脂脂肪酸不飽和度和磷脂酰甘油的飽和脂肪酸水平可作為抗寒性鑒別較為可靠的生理指標，低溫半致死溫度可以準確直觀地反映杜鵑的耐寒性[41]。

不同杜鵑品種之間耐旱性存在顯著差異，這與其須根的發達程度密切相關[42]，西洋杜鵑和毛鵑對干旱脅迫有較好的適應性，并且西洋杜鵑比毛鵑能更好地適應干旱環境[43]。高山杜鵑在輕度干旱脅迫下，一般水分利用效率(WUE)沒有顯著變化，干旱脅迫嚴重時，WUE值顯著下降，葉片MDA含量和相對電導率顯著增加，細胞膜結構受損嚴重[44-45]，而此過程中MDA和保護酶活性與高山杜鵑抗旱性密切相關，可以作為杜鵑耐旱性的評價指標[46]。

2.2 土壤適應性評價

杜鵑花適合在pH值4.0～6.0的土壤中生長，多數種的最適pH值為4.5～5.5[47]。如興安杜鵑和迎紅杜鵑2年生實生苗在pH值5.5的基質中生長狀態最佳[48]。鹿角杜鵑，馬銀花，映山紅等杜鵑種子萌發的適宜pH值為5.0～6.5[49]。因此，杜鵑花屬植物被認為是典型的酸性土壤指示植物，喜酸怕堿的栽培要求是限制杜鵑花在中性或堿性土質中應用的一個重要因子。但也有一些杜鵑品種有一定的耐堿性，如云錦杜鵑等[50]。

3 種質創新

3.1 常規育種

從國際登記調查看，絕大多數杜鵑新品種來自自然或人工雜交實生苗及芽變苗的選育。隨著杜鵑在世界傳播及觀賞利用價值的發展，人工雜交育種也深入開展。第1個杜鵑花雜交種在英國產生，記錄為azaleodendron，是黃焰杜鵑花和秋花杜鵑的一個隨意雜交種。1860年以后，許多英國植物采集者采走中國大量的杜鵑花資源，如由羅伯特·福瓊1856年在中國發現并命名的云錦杜鵑(Rhododendronfortunei)，被認為是中國最好的杜鵑，成為20世紀杜鵑花育種中最著名親本之一[51]。到目前為止，國外已培育出了耐寒、大花、早花、晚花和香花品種。

國內杜鵑花的育種工作與國外相比差距較大，到2004年為止，只有34個品種進行了登記[2]。杜鵑花的育種工作也是在20世紀80年代才開始的，且多為引種繁育的研究。張長芹等對杜鵑花的雜交育種技術進行了嘗試，在杜鵑花屬的59對雜交組合的試驗中發現：同亞屬二倍體與二倍體的杜鵑花種間雜交親和力強，坐果率為38%～100%；二倍體與多倍體以及不同亞屬之間的杜鵑花雜交不育[52]。

江蘇省農業科學院園藝研究所從2005年起，利用已收集的種質資源，進行品種(種)間雜交育種。在十余年的雜交育種工作中，每年配置雜交組合20～50個不等，每年獲得雜交后代20 000株以上。從這些雜交后代中，每年篩選優良單株30株以上。目前，共選育出適于江蘇地區種植的品種10個，其中9個通過省內鑒定，分別為紫金玫鵑(蘇鑒花201001)、紫金艷后(蘇鑒花201214)、富麗金陵(蘇農科鑒字2011第23號)、馥郁金陵(201320)、江南春早(蘇鑒花201319)、蝶舞(蘇R-SC-RH-011-2015)、胭脂蜜(蘇鑒花201105)、紫金粉玉(蘇鑒花201507)、霞滿紫金(蘇鑒花201506)。胭脂蜜(品種權號：20160071)與蝶戀(品種權號：20160070)已經獲得國家品種權。

3.2 分子標記輔助育種

隨著杜鵑花育種的發展，育種的難度逐漸提高，必然會促進育種相關的生物學研究。轉基因、分子標記、連鎖圖譜的構建等現代生物學技術在杜鵑花育種研究中也得到應用。Pavingerova等應用農桿菌介導方法對幾個杜鵑花品種進行基因導入，部分個體轉移成功，但后來在營養繁殖中轉移片段又丟失了[53]。德國Dunemann等利用種間雜交后代建立了杜鵑花的分子遺傳圖譜，并對有些標記與抗堿性、葉面失綠、花色等性狀的相關性進行了分析[54]；后來為進一步提高杜鵑花的耐堿性，他利用QTLs分子標記輔助選擇和轉基因技術培育耐堿單株，但至今沒有篩選出耐土壤pH值7.0以上的品種[55]。

國內有關杜鵑花分子育種研究目前還停留在前期準備工作中，江蘇省農業科學院園藝研究所肖政等采用SRAP分子標記分析了30個杜鵑花物種的遺傳多樣性，通過主坐標分析(PCA)和UPGMA法構建的系統樹顯示：30份杜鵑花材料可分為5類，其中云錦杜鵑和光枝杜鵑、井岡山杜鵑和皺葉杜鵑、迎紅杜鵑和興安杜鵑、露珠杜鵑和大果杜鵑分別聚為一組，結果與基于表型特征的分類基本一致，表明SRAP標記具有較準確的鑒別能力，是進行杜鵑花屬植物遺傳多樣性分析的有效分子標記[56]。同時肖政等還采用ISSR分子標記對25份杜鵑花種質的遺傳多樣性進行了分析，結果表明，杜鵑花在物種水平上表現出較高的遺傳多樣性[57]。實時熒光定量PCR技術已經廣泛應用于植物基因的表達研究，肖政等還通過對羊躑躅花瓣轉錄組數據庫的研究，挑選出了11個內參基因，并分別對其在羊躑躅不同組織和花瓣發育不同時期的表達穩定性進行評價，結果表明EF1-α、18S、RPL3是研究羊躑躅花發育的最佳參考基因[58]。

4 總結與展望

4.1 資源共享平臺建設

資源共享平臺的建設，可以促進資源整合、保護、共享和利用。平臺應建立杜鵑花標準描述規范，對各性狀進行觀測記載及電子存檔，通過科學分類、統一編目和描述規范，使得杜鵑種質資源得到更好的利用。但實際上，資源共享從來只是紙上談兵，并不可能落到實處，究其原因還是利益在作祟，利益共享也許才能真正實現資源共享。

4.2 離體培養及保存技術研究

大多數杜鵑種質資源可通過扦插繁殖及活體植株保存，但是野生資源的繁殖相對較難，且野生資源的適應性受地域條件限制，作為活體植株保存容易死亡而造成重復引種困難，因此需對其離體貯存條件及生理特性進行研究。國內目前只對少數幾種杜鵑花野生種質進行了離體保存研究，大多數瀕危種質和難繁種質的離體保存研究還是一片空白，相關工作有待進一步加強。

4.3 新品種選育工作

杜鵑花品種的適應性有地域限制，特別是綠化用品種。我國幅員遼闊，各地地理環境和氣候條件差別巨大，大多數品種只能適應某個區域范圍。因此，杜鵑花的育種者也應有區域責任感和緊迫感，選育更多適應周邊環境的品種。