蝴蝶蘭屬間雜交育種研究進展

陳和明 呂復兵 李 佐 肖文芳

(廣東省農業科學院 環境園藝研究所/廣東省園林花卉種質創新綜合利用重點實驗室，廣州 510640)

蝴蝶蘭(

Phalaenopsis

spp.)是蘭科(Orchidaceae)蝴蝶蘭屬植物，是我國最重要的年宵花卉之一，也是世界上產銷量最大的蘭花品種，因其花形奇特、花色豐富、色澤艷麗、花序整齊和花期長等特點，成為全世界廣泛流行的熱帶蘭花，深受國內外消費者喜愛，被稱為“蘭花皇后”。1887年，自英國皇家園藝學會(Royal Horticultural Society，RHS)正式注冊登錄第1個蝴蝶蘭屬人工雜交種以來，蝴蝶蘭經過長達130多年的雜交育種取得了巨大的育種成就。截至2020-12-31，已有37 043個蝴蝶蘭雜交組合在英國皇家園藝學會上正式登錄，包括尖囊蘭屬(

Kingidium

)、五唇蘭屬(

Doritis

，又稱朵麗蘭屬)的雜交種及其與蝴蝶蘭屬的屬間雜交種一起歸并為蝴蝶蘭屬。因此，蝴蝶蘭的雜交育種極大地推動了蝴蝶蘭產業的發展。但長期以來蝴蝶蘭雜交育種主要集中于屬內種間或品種間雜交，與近緣屬間的雜交利用較少，導致蝴蝶蘭栽培品種存在遺傳基礎較窄、多數蝴蝶蘭沒有香味、藍色花缺乏及抗性較差等系列問題。而近緣屬中鉆喙蘭屬(

Rhynchostylis

)和指甲蘭屬(

Aerides

)等的花朵多數有香味、萬代蘭屬(

Vanda

)中藍色花表現極佳和火焰蘭屬(

Renanthera

)花色艷麗等性狀均有利于蝴蝶蘭的改良，且多數近緣屬抗性較強。因此，本研究擬對蝴蝶蘭近緣屬種質資源、屬間雜交育種情況和屬間雜交存在的問題等方面進行分析，結合最新的研究成果，提出現有問題的解決方案，以期為我國蝴蝶蘭屬間雜交育種提供技術支撐。

1 蝴蝶蘭近緣屬種質資源

在英國皇家園藝學會正式注冊登錄且與蝴蝶蘭屬間雜交成功的近緣屬有19個，報道出與蝴蝶蘭屬間雜交成功的萼脊蘭屬(

Sedirea

)和風蘭屬(

Neofinetia

)共2個(表1)。因此，當前蝴蝶蘭屬間雜交成功的近緣屬主要有21個。

表1 蝴蝶蘭近緣屬分布及其種數
Table 1 Distribution and species number of related genera of

序號Code蝴蝶蘭近緣屬Related generaof Phalaenopsis分布Distribution優良特性Excellentcharacteristics全球原產種數No. ofnativespecies inthe world我國原產種數No.of nativespeciesin China1萬代蘭屬Vanda我國和亞洲其他熱帶地區花色艷麗且植株抗性較強4092火焰蘭屬Renanthera東南亞至熱帶喜馬拉雅花色艷麗且植株抗性較強1533鉆喙蘭屬Rhynchostylis熱帶亞洲多數有芳香、多花且植株抗性較強624指甲蘭屬Aerides我國南方至東南亞多數有芳香、多花且植株抗性較強2045槽舌蘭屬Holcoglossum主要分布于我國花數較多且植株抗性較強886狹唇蘭屬Sarcochilus未記載未知未知未知7蜘蛛蘭屬Arachnis東南亞至新幾內亞島等花數較多且植株抗性較強131

表1(續)

序號Code蝴蝶蘭近緣屬Related generaof Phalaenopsis分布Distribution優良特性Excellentcharacteristics全球原產種數No. ofnativespecies inthe world我國原產種數No.of nativespeciesin China8擬萬代蘭屬Vandopsis中國至東南亞等花色艷麗且植株抗性較強529鳳蝶蘭屬Papilionanthe中國南部至東南亞花色艷麗且植株抗性較強11210釵子股屬Luisia熱帶亞洲至大洋洲花朵較小且植株抗性較強501011筒葉蝶蘭屬Paraphalaenopsis特產于婆羅洲花數較多且植株抗性較強4012盆距蘭屬Gastrochilus亞洲熱帶和亞熱帶地區花朵較小且植株抗性較強472813毛舌蘭屬Trichoglottis東南亞、新幾內亞島和澳大利亞等 花朵較小且植株抗性較強60214安格蘭屬Angraecum馬達加斯加島、熱帶非洲和南非花朵較多且植株抗性較強未知015閉距蘭屬Cleisocentron中國及其它地方花朵較小且植株抗性較強未知1616鉆柱蘭屬Pelatantheria熱帶喜馬拉雅經印度到東南亞花朵較小且植株抗性較強5317阿梅蘭屬Amesiella主要分布于菲律賓花朵較多且植株抗性較強未知018蛇舌蘭屬Diploprora南亞的熱帶地區花朵較小且植株抗性較強2119漏斗蘭屬Eurychone未記載未知未知未知20萼脊蘭屬Sedirea中國、日本和朝鮮半島南部小花、多數有芳香且植株抗性較強2221風蘭屬Neofinetia東亞小花、多數有芳香且植株抗性較強22

注：數據主要來源于《中國植物志》。

Note: The data come mainly from .

2 蝴蝶蘭與近緣屬雜交育種概況

2.1 屬間雜交組合登錄情況

蝴蝶蘭屬間雜交組合最早于1931-01-01在英國皇家園藝學會上正式注冊登錄，其雜交組合為

Phal

.

amabilis

×

Vanda

suavis

，雜交屬名為

Vandaenopsis

，登錄種名為

Ferrierensis

，截至2020-12-31，基于表1(序號1～19)且在RHS上登錄成功的蝴蝶蘭屬間雜交組合共有546個(表2)。根據英國皇家園藝學會蘭花品種登錄規定，相同親本的雜交組合(無論是正交，還是反交)只能作為1個集體雜交種(Grex)或1個雜交群體進行登錄，但從1個雜交群體中可以選育出多個優良單株，通過組培克隆繁殖獲得優良株系，進而選育出多個優良品種。因此，蝴蝶蘭屬間雜交品種或雜交后代優良材料的實際數量要多于RHS上登錄的雜交組合數。從F雜交組合總數排名來看(表2)，排名前3的萬代蘭屬、火焰蘭屬和鉆喙蘭屬其雜交組合數分別為243、163和41個，合計雜交組合數為447個，占19個近緣屬雜交組合總數的81.9%，表明萬代蘭、火焰蘭和鉆喙蘭這3個屬在蝴蝶蘭屬間雜交育種中占據了重要位置，為蝴蝶蘭屬間雜交育種史作出了重大貢獻；排名第4、5、6和7的指甲蘭屬、槽舌蘭屬(

Holcoglossum

)、狹唇蘭屬(

Sarcochilus

)和蜘蛛蘭屬(

Arachnis

)其雜交組合數分別為16、15、14和11個，雜交組合數合計為56個，占19個近緣屬雜交組合總數的10.3%。

表2 蝴蝶蘭與RHS上登錄的19個近緣屬雜交育種情況
Table 2 Hybrid breeding of . with 19 related generaregistered on RHS

序號Code蝴蝶蘭近緣屬Relatedgenera ofPhalaenopsis遠緣雜交屬名Genus nameF1雜交組合數及所占比例 Number and proportion of F1 hybrids近緣屬作母本/個Relatedgeneraas femaleparent近緣屬作父本/個Relatedgeneraas maleparent總數/個Total總數排名Rank作母本時所占比例/%Proportionas female作父本時所占比例/%Proportionas male蝴蝶蘭雜交種為親本所占比例/%Proportionas parent ofPhalaenopsishybrids1萬代蘭屬VandaVandaenopsis143100243 158.841.255.12火焰蘭屬RenantheraRenanthopsis134 29163 282.217.876.73鉆喙蘭屬RhynchostylisRhynchonop-sis 1 40 41 32.4097.665.94指甲蘭屬AeridesAeridopsis 10 6 16 462.537.550.05槽舌蘭屬HolcoglossumHolconopsis 11 4 15 573.326.753.36狹唇蘭屬SarcochilusSarconopsis 12 2 14 685.714.328.67蜘蛛蘭屬ArachnisArachnopsis 10 1 11 790.99.1027.3

表2(續)

序號Code蝴蝶蘭近緣屬Relatedgenera ofPhalaenopsis遠緣雜交屬名Genus nameF1雜交組合數及所占比例 Number and proportion of F1 hybrids近緣屬作母本/個Relatedgeneraas femaleparent近緣屬作父本/個Relatedgeneraas maleparent總數/個Total總數排名Rank作母本時所占比例/%Proportionas female作父本時所占比例/%Proportionas male蝴蝶蘭雜交種為親本所占比例/%Proportionas parent ofPhalaenopsishybrids8擬萬代蘭屬VandopsisPhalandopsis 4 4 8 850.050.075.09鳳蝶蘭屬Papilionan-thePapilaenop-sis 4 4 8 850.050.012.510釵子股屬LuisiaLuinopsis 2 5 7 928.671.428.611筒葉蝶蘭屬Paraphalae-nopsisPhalpha-laenopsis 1 4 51020.080.020.012盆距蘭屬GastrochilusGastronopsis 1 3 41125.075.050.013毛舌蘭屬TrichoglottisTrichonopsis 2 0 212100.0050.014安格蘭屬AngraecumAngraeconop-sis 2 0 212100.00100.015閉距蘭屬CleisocentronCleisonopsis 2 0 212100.000.016鉆柱蘭屬PelatantheriaPelathanopsis 2 0 212100.000.017阿梅蘭屬AmesiellaAmenopsis 0 1 1130100.00.018蛇舌蘭屬DiploproraDiplonopsis 1 0 113100.00100.019漏斗蘭屬EurychoneEurynopsis 1 0 113100.00100.0合計Total34320354662.837.2

注：數據來源于英國皇家園藝學會(RHS)網站，數據統計至2020-12-31。

Note: Data are adapted from the Royal Horticultural Society website on December 31, 2020.

對19個蝴蝶蘭近緣屬作為親本在英國皇家園藝學會上登錄的雜交組合數每10年進行統計，結果見圖1。19個近緣屬的雜交組合數在1931—1960年很低，共登錄了17個雜交組合，主要是萬代蘭屬、火焰蘭屬、槽舌蘭屬、蜘蛛蘭屬和鳳蝶蘭屬，平均每10年登錄雜交組合數為5.7個；但1961年以后，雜交組合數迅速增加，平均每10年登錄雜交組合數為88.2個，是1931—1960年每10年均值的15.5倍。主要是因為上世紀60年代至今，蘭花無菌播種技術的發展與應用促進了蘭花雜交育種的迅速發展，雜交育種已成為新品種培育的主要手段。就單個近緣屬而言，自1961年以來，萬代蘭屬和火焰蘭屬在每個時期雜交組合數均保持在前2名；鉆喙蘭屬在1931—2010年的80年間登錄雜交組合數為20個，但2011—2020年的10年間登錄雜交組合數為21個，主要是因為大部分的鉆喙蘭屬有香味，現代人對香味的追求更執著；槽舌蘭屬在2000年之前只登錄了1個，但2001—2020年增長較快，共登錄14個雜交組合。

圖1 蝴蝶蘭19個近緣屬為親本在英國皇家園藝學會上每10年登錄的雜交組合數Fig.1 Number of cross combinations registered in RHS with 19 closely related genus of Phalaenopsis in every 10 years

2.2 蝴蝶蘭屬間雜交差異及效率分析

蝴蝶蘭與RHS上登錄的19個近緣屬雜交成功，但每個近緣屬作為父本或母本時與蝴蝶蘭屬間雜交成功的組合數存在差異(表2)。萬代蘭屬、火焰蘭屬、指甲蘭屬、槽舌蘭屬、狹唇蘭屬、蜘蛛蘭屬、毛舌蘭屬、安格蘭屬、閉距蘭屬、鉆柱蘭屬、蛇舌蘭屬和漏斗蘭屬這12個近緣屬作母本時，其雜交組合數均大于其作父本的雜交組合數；而鉆喙蘭屬、釵子股屬、筒葉蝶蘭屬、盆距蘭屬和阿梅蘭屬這5個近緣屬作父本時，其雜交組合數均大于其作母本的雜交組合數；但擬萬代蘭屬和鳳蝶蘭屬等2個近緣屬作母本或父本，雜交成功率差別不大。同時，以蝴蝶蘭雜交種為親本與排名前3的萬代蘭屬、火焰蘭屬和鉆喙蘭屬雜交時登錄的組合數分別為134、125和27個，占各自登錄數的55.1%、76.7%和65.9%(表2)。

在屬間雜交效率方面：萼脊蘭屬和風蘭屬與蝴蝶蘭之間的屬間雜交共進行了160個雜交組合，只有12個雜交組合形成的果莢經無菌播種后獲得528株雜種，雜交組合成功率為7.50%；蝴蝶蘭與火焰蘭的遠緣雜交過程中共進行了48個雜交組合，其中6個雜交組合的果莢經無菌播種后成功獲得441株雜交后代，雜交組合成功率為12.50%；利用鉆喙蘭(

Rhy

.

retusa

)與蝴蝶蘭進行正反遠緣雜交，雜交組合共計36個，其中1個雜交組合成功共獲得遠緣雜種141株，雜交組合成功率為2.78%；吳容儀等以蝴蝶蘭和萬代蘭進行屬間雜交，將萬代蘭原生種中的橘色和藍色導入蝴蝶蘭中，獲得6個橘色雜交組合和1個藍色雜交組合，并利用蝴蝶蘭與海南鉆喙蘭(

Rhy

.

gigantea

)進行屬間雜交，成功獲得有香味的雜交組合5個。以上研究表明蝴蝶蘭與其近緣屬雜交，雖然雜交組合成功率不高，但可以獲得成功，而與墨蘭(

Cymbidium

sinense

)和碧玉蘭(

Cym

.

lowianum

)等非蝴蝶蘭近緣屬雜交，則難以成功。

3 蝴蝶蘭與近緣屬雜交存在的問題

從蝴蝶蘭與19個近緣屬雜交成功組合數的差異可以看出，大部分正反雜交可以成功，但主要以蝴蝶蘭雜交種為主要親本；同時從研究報道可知，蝴蝶蘭與近緣屬的雜交效率不高，屬間雜交成功率在2.78%～12.50%。由于現代蝴蝶蘭雜交種遺傳背景較復雜，在蝴蝶蘭屬間、種間和種內雜交中經常產生有不可育種子的情況，表現為雜交不親和性障礙。

在大多數被子植物中，胚珠和胚囊在授粉時已經完全發育成熟，受精通常發生在授粉后幾個小時。而蘭花的胚珠發育依賴于授粉，由于授粉和受精之間的時間間隔較長，花粉管在進入成熟胚囊之前必須在子房中存活一段相當長的時間，如天麻(

Gastrodiaelata

)需要4 d，蘇維斯萬代蘭(

Vanda

suavis

)需要10個月，而蝴蝶蘭需要60～65 d，受精發生在授粉后65～70 d。蝴蝶蘭在授粉后花粉粒不萌發，直到3 d后開始萌發，這期間四分體的空泡化和分離可能是花粉粒萌發的前提，接下來花粉管繼續生長，并迅速充滿整個子房腔，同時子房發育并伸長，直到授粉60～65 d，花粉管才朝著幾乎在同一時間發育成熟的胚珠方向生長。這可能是由于成熟胚珠發出的信號引導著頂端花粉管朝著胚珠方向生長，從而完成受精，而成熟胚珠助細胞分泌出的富含半胱氨酸的蛋白質是引導花粉管的關鍵因子。因此，蝴蝶蘭屬間雜交過程中，花粉管無法到達胚珠完成受精則表現為受精前障礙，即授粉5～10 d內花朵凋謝或授粉1～2個月內能夠座果但后期果莢變黃并脫落，如Kim等發現在萼脊蘭、風蘭與蝴蝶蘭屬間雜交中有54%的花朵在授粉后脫落，沒有形成果莢；若花粉管到達胚珠并完成受精，但后期胚發育停止或發育不正常則表現為受精后障礙，即有些果莢發育時間能夠達到3～4個月或更長時間，但果莢內呈棉絮狀且無種子。

4 克服蝴蝶蘭屬間雜交障礙的措施

4.1 保持花粉和柱頭活性

喻蘭等認為蝴蝶蘭花粉塊隨著開放時間的延長，體積減小、顏色加深、質地變硬且活力減弱，柱頭活性在蝴蝶蘭開花10～30 d內較強，此時進行人工雜交能獲得較高的成功率。Balilashaki等得出蝴蝶蘭雜交授粉最適季節是冬季(12月—翌年2月)，其次是春季(3—5月)，而夏季(6—8月)授粉最不利于結實。目前，蝴蝶蘭雖然可以通過花期調控實現全年開花，但從喻蘭等和Balilashaki等的研究結果來看，若以蝴蝶蘭為母本進行屬間雜交，選擇冬季和春季且蝴蝶蘭開花10～30 d內進行授粉有利于成功。低溫或超低溫保存可延長花粉壽命，這是花期不遇的植物間進行雜交育種的有效途徑。蝴蝶蘭花粉在室溫4周后失去活力，在4 ℃的環境下能存活40周，在-20 ℃或更低溫度下保存96周的花粉授粉后仍能產生種子。因此，無論是花期相遇的蝴蝶蘭屬間雜交，還是通過花粉貯藏解決花期不遇的蝴蝶蘭屬間雜交，其花粉活力好和柱頭活性強是克服屬間雜交不親和的前提條件。

4.2 擴大蝴蝶蘭親本雜交范圍及重復授粉

大多數的蝴蝶蘭品種都是通過幾代或十幾代的雜交育種獲得的，其遺傳背景較復雜。因此，通過擴大親本雜交范圍及增加花朵進行重復授粉有利于提高蝴蝶蘭屬間雜交成功率。在萼脊蘭、風蘭與蝴蝶蘭的屬間雜交過程中，共進行了160個雜交組合，包括29個

Sedirea

japonica

×

Phal

.雜交組合、65個

Phal

.×

Sed.

japonica

雜交組合、20個

Sed.

japonica

×

Doritis

雜交組合、37個

Doritis

×

Sed.

japonica

雜交組合、4個

Phal

.×

Neo.

falcata

雜交組合和5個

Neo.

falcata

×

Phal

.雜交組合，每個雜交組合重復授粉2～3朵，結果有12個雜交組合成功座果。在蝴蝶蘭與火焰蘭和鉆喙蘭的遠緣雜交過程中，共進行了84個雜交組合，每個雜交組合重復授粉5～8朵，有7個組合的種子萌發，獲得遠緣雜種582株。

4.3 正反雜交有利于屬間雜交成功

Kim等在萼脊蘭與蝴蝶蘭的屬間雜交過程中，進行了151個正反雜交組合，以蝴蝶蘭為母本的正交組合

Phal

.(

Doritis

)×

Sed.

japonica

共102個，以萼脊蘭為母本的反交組合

Sed.

japonica

×

Phal

.(

Doritis

)共49個，其中正交和反交各有5個雜交組合獲得雜種后代；風蘭與蝴蝶蘭的屬間雜交過程，以蝴蝶蘭為母本的正交組合

Phal

.×

Neo.

falcata

共4個，以風蘭為母本的反交組合

Neo.

falcata

×

Phal

.有5個，其中反交有2個雜交組合獲得雜種后代，而正交未獲得雜種后代；火焰蘭與蝴蝶蘭的屬間雜交共進行了48個正反雜交組合，其中正交

Phal

.×

Renanthera

和反交

Renanthera

×

Phal

.各24個，以蝴蝶蘭為母本的正交有2個獲得雜種后代，以火焰蘭為母本的反交有4個雜交組合獲得雜種后代；鉆喙蘭與蝴蝶蘭的屬間雜交進行了正交

Phal

.×

Rhy

.

retus

和反交

Rhy

.

retusa

×

Phal

.各18個，以蝴蝶蘭為母本的正交有1個獲得雜種后代，而以鉆喙蘭為母本的反交未獲得雜交后代。從本研究中19個近緣屬與蝴蝶蘭正反雜交也可以看出，正反雜交有利于屬間雜交成功。

4.4 親本倍性的選擇

陳和明等在蝴蝶蘭與火焰蘭遠緣雜交育種中發現，小花型和中花型的倍性一般較小，大花型的倍性一般較大。小花型中華火焰蘭、云南火焰蘭與小花型蝴蝶蘭‘小飛象’、‘天天紅’、版納蝴蝶蘭和安曼蝴蝶蘭以及中花型蝴蝶蘭‘童真’‘九美’‘日本滿天紅’‘斯卡利特’屬間正反雜交，共有20個組合座果，果莢內沒有種子且無菌播種后均未得到雜種后代，但與大花型蝴蝶蘭‘聚寶’‘翔鳳’‘內山姑娘’‘新紅龍’屬間正反雜交，有10個組合座果，其中6個經無菌播種后獲得雜種后代。因此，選擇大花型四倍體蝴蝶蘭與火焰蘭屬間雜交較易成功，但對于別的近緣屬如萬代蘭、鉆喙蘭和槽舌蘭等與蝴蝶蘭的屬間雜交，其親本倍性的選擇還需進一步研究。

4.5 胚拯救

蘭花的種子極為細小，呈粉末狀，由種胚和種皮構成，不含貯存組織胚乳，缺乏營養物質，在自然條件下很難萌發。因此，采用組織培養無菌播種的方法進行胚拯救是提高蘭花遠緣雜交成功率的有效手段，但遠緣雜交過程中，胚有沒有形成、胚發育正常與否、胚發育是否充分和胚齡等均對胚胎拯救有直接的影響。在萼脊蘭、風蘭與蝴蝶蘭屬間雜交的研究中發現，26%的雜交組合中，種子持續生長3～4個月，才能形成正常的種胚，經無菌播種后種子可以萌發；蝴蝶蘭與火焰蘭和鉆喙蘭屬間雜交產生的種子，其發育時間達到100～125 d才能萌發。

5 展 望

雖然蝴蝶蘭與近緣屬雜交當前在英國皇家園藝學會上登錄了546個雜交組合，取得了一些雜交育種上的研究進展，但有關屬間雜種鑒定等方面的研究報道并不多見。Kim等認為蝴蝶蘭屬間雜交表現出更多蝴蝶蘭的形態學性狀遺傳在后代中，即整體植株趨向于蝴蝶蘭，但在細胞及分子鑒定上還未有過報道。而真正的遠緣雜種往往表現出親本某些性狀的同時，也表現出自身的特異性狀，且蘭花屬間雜交后代的花色、花梗直立和香味等被認為是定性和定量遺傳。比如蝴蝶蘭與火焰蘭屬間雜種F代的主要數量性狀及花色介于親本之間，F代葉片革質較硬趨向于親本火焰蘭，葉端鈍形、下彎及葉形倒卵圓形與親本蝴蝶蘭接近，但葉端比蝴蝶蘭明顯下彎；蝴蝶蘭與鉆喙蘭屬間F代大部分株系表現出蝴蝶蘭的花色性狀，而以白色為主的鉆喙蘭花色在F代中也充分遺傳，花梗直立在F代中與蝴蝶蘭一致；蝴蝶蘭和萬代蘭屬間雜交的F代，6個橘色雜種群體和1個藍色雜種群體充分遺傳了雙親優點；蝴蝶蘭與海南鉆喙蘭屬間雜交F代，5個雜種群體有香味，充分遺傳了海南鉆喙蘭有香味的特點。

目前，屬間雜交育種已經在新品種選育中發揮重要作用，包括可以提高產量、改良品質、增強適應性和抵抗力等。在開展蝴蝶蘭的屬間雜交育種過程中，首先應確定屬間雜交育種目標，然后綜合運用多種方法如擴大雜交親本范圍、篩選出親合力高的雜交組合及親本、晴朗天氣條件下進行重復授粉和切柱授粉等措施，有效提高屬間雜交親和性，并建立受精后的胚拯救技術體系，利用分子生物學技術揭示屬間雜交不親和的機制，以有效的手段進行蝴蝶蘭屬間遠緣雜交，開辟蝴蝶蘭育種新途徑。