月季遠緣雜交育種研究進展

高小峰，鄭明燕，源朝政，李金玲，王 虹，周曉靜，賈毛毛

(南陽市農業科學院，河南南陽 473000)

月季(Rosa×hybrida)是現代月季的簡稱，因其適應性極強，廣泛栽植于世界各地。現代月季顏色豐富、花型多樣、連續開花、適應力強，使其成為園林綠化、鮮切花市場中極其重要的觀賞花卉，深受世界人民喜愛[1]。

現代月季是不同薔薇屬植物種間或品種間經過長期選育、反復雜交而形成的一個高度雜合的龐大品種群。月季育種歷史悠久，有1 000余年，大多數認為最早開始于中國，最早記錄是公元960年將Rosachinensis用于月季雜交[2]。18世紀末到19世紀初，中國的傳統月季品種逐漸傳入歐洲，如月月粉(1789年)、月月紅(1791年)、彩暈香水月季(1809年)、淡黃香水月季(1824年)等，中國月季品種的傳入使歐洲月季雜交育種事業蓬勃發展起來[3-5]。19世紀中后期，月季育種蓬勃發展，育種企業也紛紛加入月季育種大潮，育種家們紛紛通過雜交的方式快速選育新品種，由此形成了數量龐大的現代月季品種群。據Modern Roses Ⅻ收錄統計，目前現代月季品種約有30 000個，其中80%是通過品種間雜交或反復雜交選育而來，長期的品種間雜交和反復雜交，使得月季品種的遺傳范圍狹窄，很多性狀沒有質的突破。月季品種間雜交相對容易，但是通過遠緣雜交，可將薔薇屬其他物種的優良基因資源引入現代月季，改良現代月季的性狀[6]。因此，越來越多的育種者開始嘗試研究月季與薔薇屬其他植物的遠緣雜交育種。

1 薔薇屬植物系統演化、親緣關系和遺傳特性

現代月季品種群從19世紀中后期開始形成，品種之間歷經近200年的反復雜交與回交使月季種質資源間的親緣關系異常復雜，這給育種工作特別是遠緣雜交育種帶來了極大的困難。薔薇屬植物是現代月季品種群的重要親本，為了減少月季遠緣雜交育種的盲目性，育種家們在薔薇屬植物系統演化、親緣關系和遺傳特性等方面進行了大量的探索與研究。

1.1 薔薇屬植物的系統演化1737年，林奈(C.Linne)首次對薔薇屬植物進行了描述，并將其定名為薔薇屬(RosaL.)，18世紀末，分類學家開始研究薔薇屬植物的種質資源。目前，國際上慣用的是4亞屬、10組分類系統，即桂味組Sect.Cinnamomeae、合柱組Sect.Synstylae、芹葉組Sect.Pimpinellifoliae、月季組Sect.Chinensis或Indicea、木香組Sect.Banksianae、碩苞組Sect.Bracteatae、法國薔薇Sect.Gallicannae、狗薔薇組Sect.Caninae、金櫻子組Sect.Laevigatae、卡羅萊納組Sect.Carolinae[7]。俞德浚在中國植物志中將中國原產和引進的薔薇屬植物共計82種，分為2亞屬、9組、7系，其在原來10組的基礎上去掉了卡羅萊納組Sect.Carolinae和狗薔薇組Sect.Caninae，增加了小葉組Sect.Microphyllae[8]。張佐雙等[1]根據20世紀80年代以來的引種情況結合國內外的分類方法，將中國原產和引進的薔薇屬植物共記115個種，分為2個亞屬(單葉薔薇亞屬、薔薇亞屬)、11個組。

1.2 薔薇屬植物的親緣關系薔薇屬植物國際上一般分為10組，Takeuchi等[9]認為月季組和桂味組屬于一個進化枝，而合柱組和卡羅萊納組屬于另一個進化枝，桂味組、芹葉組和卡羅萊納組與其他組的距離較遠，可能在進化早期就已經有了分化。Wu等[10]和Wissemann等[11]則認為薔薇屬植物屬于單起源。劉承源等[12]研究發現，懸鉤子薔薇和香水月季的遺傳相似系數為1.0，這說明兩者親緣關系很近，也說明合柱組與月季組之間的親緣關系較近，因此，推測二者可能具有相同起源。從薔薇屬不同品種來看，Farooq等[13]通過研究發現，巴基斯坦大馬士革薔薇與伊朗Kerman、Isfahan和Fars 3省份的大馬士革薔薇親緣關系較近。董金磊等[14]通過研究發現藤本月季與大花月季和微型月季之間存在著不同程度的親緣關系，藤本月季、大花月季和微型月季的品種群之間可能發生過雜交和基因交換。邱顯欽等[15]研究發現，大多數古代月季品種、現代月季品種以及5個野生品種聚為一類，這驗證了現代月季品種是古代月季和野生種雜交的結果。付炳生等[16]也認為野玫瑰、山刺玫和刺薔薇3者的親緣關系較近，他發現部分野玫瑰子代與山刺玫和刺薔薇聚類在一起，說明野玫瑰與其之間存在雜交現象。秦丹等[17]對12個藤本月季品種染色體進行核型分析，結果表明，12個藤本月季品種核型包括1A、1B、2B，其中“粉鈴鐺”“海格瑞”“愛娃”“詹森”的核型為1B型，“情書”“漁夫的好友”的核型為2B型，其余品種為1A型，不同品種間染色體核型存在微小差異，說明它們之間親緣關系較近。

1.3 薔薇屬植物的遺傳特性薔薇屬植物的遺傳特性主要包括花瓣、花色、皮刺、連續開花等性狀遺傳特性。花瓣方面，Debener[18]研究發現，單瓣或重瓣的分離符合單基因模型，在等位基因中，重瓣相對單瓣是顯性。連續開花方面，王麗娜等[2]認為，連續開花的遺傳相對直接，可能是被一個主位點控制，在純合隱性基因型中四季開花性狀能夠在該位點表達。皮刺方面，Rajapakse等[19]研究表明，無刺的莖和無刺的葉柄獨立分離，無刺的葉柄可能是由單基因隱性性狀控制，而無刺的莖則可能是由多個基因控制。花色方面，研究相對較多，李曉麗等[20]以紅、白、粉3種花色21個茶香月季品種為親本材料，研究表明，紅色對白色，紅色是顯性，白色是隱性；姜珊等[21]采用“主基因+多基因”混合遺傳模型分析月季花色性狀的遺傳規律，確定月季雜交群體花色受1對“加性-顯性”主基因控制，遺傳模型為1MG-AD；孫彥琳等[22]以月季“云蒸霞蔚”ד太陽城”的F1代植株為材料，探究新葉各參數與花瓣色差值之間的關聯性，結果表明，花瓣亮度L*和色相a*、飽和度C呈顯著負相關；新葉花青苷含量與花瓣L*呈顯著負相關，與a*和C呈顯著正相關；新葉a*和花瓣a*、新葉L*和花瓣L*之間呈顯著正相關，新葉a*與花瓣L*、新葉L*與花瓣a*、新葉C與花瓣C之間呈顯著負相關。遺傳多樣性方面，李玉潔等[23]利用RAPD標記技術分析22個中國古老月季的遺傳多樣性，結果表明，22個中國古老月季可劃分成兩大類，第一大類包括“大富貴”和“青蓮學士”，第二大類包括“四面鏡”“金粉蓮”“月月紅”“紫紅香”“金歐泛綠”“綠萼”“春水綠波”“桔囊”“紫香絨”“云蒸霞蔚”“紫燕舞”“羽仕妝”“思春”“朱衣一品”“湖中月”“葡萄紅”“玉玲瓏”“軟香紅”“月月粉”“赤膽紅心”20 個。

2 月季遠緣雜交育種的育種目標和親本選擇

遠緣雜交是指分類學上的不同種、不同屬或親緣關系更遠的物種間的雜交。遠緣雜交能夠打破物種間界限，使物種間不同的遺傳物質進行交流融合，可將不同物種經過長期進化形成的優良性狀融合，產生性狀優良、近緣雜交所不能獲得的新類型或新品種[24]。月季遠緣雜交主要是指月季與薔薇屬其他植物之間進行的雜交，月季遠緣雜交育種往往解決的是月季抗寒性、抗病性、花色、花型、花香等方面的問題，因此，在月季遠緣雜交親本的選擇上也多用的是現代月季、古老月季、薔薇、玫瑰等具有特殊性狀的薔薇屬植物。

Bryson等[25]通過光葉薔薇(R.wichuriana)、玫瑰(Rosa.rugosa)等與月季進行遠緣雜交，選育出了抗黑斑病的月季雜種Basye。Popova等[26]研究認為，母本選擇遺傳穩定性較弱的個體或類型，父本選擇遺傳穩定性較強的個體或類型，可以獲得較為理想的雜交效果，育種的目標較易實現。黃善武等[27]利用我國原產的彎刺薔薇與現代月季進行雜交，培育出了能耐-20 ℃的種間雜交種“天山之光”。馬燕等[28-32]為了培育具有抗寒性、抗病性等高抗性的刺玫月季品種群，連續多年用中國原產的薔薇屬植物與現代月季品種進行雜交，篩選出現代月季品種中適合做母本的有“粉后”“秋水芙蓉”“白雪山”“金光”“丹鳳朝陽”“勇士”等，適合做父本的薔薇有黃薔薇、彎刺薔薇等。馬燕等[33]利用中國的古老月季與中國原產的野生薔薇雜交，篩選出了雜交結實率較高的組合，即“秋水芙蓉”×報春刺玫 、“秋水芙蓉”×彎刺薔薇。李亞齊等[34]以報春刺玫、單瓣黃刺玫、疏花薔薇等抗性強的中國原產野生薔薇作父本，以觀賞性狀優良的中國月季和現代月季作母本進行遠緣雜交試驗，共篩選出14個雜交親和性高的組合：George Vancouver×疏花薔薇、Purple Heart×疏花薔薇、Grouse×疏花薔薇、Black Cherry×疏花薔薇、William Bagin×疏花薔薇、Lilac Rose×疏花薔薇、Autumn Sunset×疏花薔薇、 Partidge×疏花薔薇、Partidge×單瓣黃刺玫、Jill Dando×單瓣黃刺玫、Grouse×單瓣黃剌玫、Partidge×報春刺玫、Jill Dando×報春刺玫、無刺狗薔薇×單瓣黃刺玫。張非亞等[35]為了培育花色新奇、抗黑斑病的新優品種，用抗逆性強的薔薇屬植物與觀賞性狀優良的月季品種進行雜交，篩選出比較適合做母本的月季品種有“緋扇”“曼哈姆”“電子表”“紅帽子”“花房”“橘紅潮”“雪山嬌霞”，比較適合做父本的月季品種有“紅法蘭西”“電子表”“緋扇”。趙紅霞等[36]為了培育抗寒、抗病性強、芳香的月季品種，設計了72個遠緣雜交組合，通過試驗，篩選出4個適宜的母本材料香水月季、“橘紅潮”“金瑪麗”“粉和平”，6個適宜的父本材料單瓣黃刺玫、美薔薇、腺果大葉薔薇、報春刺玫、荷花薔薇、“大紅紫枝”玫瑰。閆海霞等[37]以5個薔薇種和25個現代月季品種為親本材料，進行種與品種間雜交，結果發現，遺產×法國薔薇和遺產×薔薇的雜交親和性較高，結實率分別為40.00%和35.00%，薔薇和法國薔薇可作為現代月季遠緣雜交的父本利用。楊逢玉等[38]以21個現代月季品種和1個紫枝玫瑰為父本，7種抗性強的新疆野生薔薇為母本，進行遠緣雜交，結果表明：托木爾薔薇(Rosalaxavar.tomurensis)、伊犁薔薇(Rosailicnsis)、大花密刺薔薇(RosaspinosissimaL.var.altaica)、疏花薔薇(RosalaxaRetz.)作為母本與現代月季雜交結實率高，親和性表現較好。韓禧等[39]以白花黃心木香、單瓣月季花、彩暈香水月季等14個野生品種和月月紅、月月粉等古老月季品種進行雜交，研究發現，白花黃心木香、單瓣月季花和月月紅是比較理想的母本，月月紅、雙黃和彩暈香水月季等品種是優秀的父本。

3 月季遠緣雜交的不親和機理

遠緣雜交育種雖然能夠打破自然界的物種界限，拓寬物種的遺傳范圍，創造新的遺傳類型，但在長期的物種進化過程中，不同物種在形態學和遺傳學等方面都存在差異性，物種間存在著生殖隔離，使得遠緣雜交育種非常困難。月季遠緣雜交面臨同樣的問題，探究月季遠緣雜交不親和機理，能夠有針對性地采取措施克服不親和性，從而提高月季遠緣雜交的成功率，廣大育種工作者為此也開展了廣泛的研究。月季遠緣雜交不親和可以分為兩部分，即受精前不親和和受精后不親和。月季遠緣雜交受精前不親和主要表現為花粉在柱頭上不能萌發、花粉管難以深入柱頭、花粉管較短雖能深入柱頭但不能到達胚囊完成受精等，引起受精前不親和的原因往往是父本花粉活力低、母本柱頭產生排異反應、親本親緣關系較遠、倍性差異等。月季遠緣雜交受精后不親和主要表現為胚敗育、落果、雜種不萌發等，引起受精后不親和的原因往往是雜種胚與胚乳發育不同步、母本有落果習性、雜種發育不完全等。

于曉艷等[40]發現，進行遠緣雜交授粉后2 h，雜交花粉在柱頭上大量萌發，但雜交花粉管頂端卻沉積了大量的胼胝質，授粉后20～24 h，全部 MPד紅帽子”花粉管和多數 MPד塞爾維亞”花粉管于花柱1/2處停止生長，只有少量 MPד塞爾維亞”花粉管能夠進入子房，完成受精，完成受精的組合79.42%的雜種胚在授粉15 d左右的心形胚階段敗育。楊濤等[41]通過比較相同父本與不同野生薔薇母本的遠緣雜交坐果率，得出結論：單瓣黃刺玫、突厥薔薇與多情玫瑰有一定的親和性，但后期出現了胚敗育現象，可能是由于雜交胚營養不足引起的。趙紅霞等[36]研究了花粉的生活力、花粉、柱頭形態與遠緣雜交親和性的關系，認為柱頭、花粉形態結構，可能對雜交親和性影響不大，不同種的花粉活力有較大差異，可能對遠緣雜交親和性有一定影響，同時，還提到黃刺玫與現代月季品種雜交存在不親和現象，這可能與黃刺玫重瓣性強、非正常花粉率高、花粉萌發率低有關系。李智等[42]發現，疏花薔薇與現代月季雜交，其親和性高于其他父本，原因是桂味組和月季組的親緣關系更近。羅玉蘭[43]也發現了同樣的問題，紅刺玫與月季雜交中，與紅刺玫親緣關系越近的其親和性越高，雜交配對較易成功，親緣關系相對較遠的親和性較低，配對不易成功。張非亞等[35]在20對遠緣雜交中發現，因為母本柱頭與花粉識別不成功，或者花粉管不能伸長導致受精不成功，同時，還發現倍性差異大，親緣關系較遠的親本雜交結實率低。閆海霞等[37]研究發現，以法國薔薇和薔薇作父本與現代月季雜交，雜交結實率較高，以七姊妹、粉團薔薇和軟條七薔薇作父本，雜交結實率較低，分析認為是七姊妹、粉團薔薇和軟條七薔薇的染色體倍性與現代月季不同所致。袁曉娜等[44]研究月季和薔薇的遠緣雜交，發現以“休伊博士”為親本的雜交組合結實率高，這可能是因為“休伊博士”與現代月季均為四倍體，倍性水平一致，使得親和性較高。莊得鳳等[45]以18個中國古老月季為親本，與現代月季及少數野生薔薇進行雜交，中國古老月季平均結實率為22.77%，平均發芽率為38.64%，數值偏低，認為可能是中國古老月季與現代月季和野生薔薇親緣關系均較遠的原因。

4 月季遠緣雜交不親和的克服方法

月季遠緣雜交不親和是天然存在的，根據不親和發生的時期和原因，針對性地給予輔助措施，可以在一定程度上克服遠緣雜交的不親和性，育種家們經過長期實踐和摸索，認為克服月季遠緣雜交不親和，可以從以下幾個方面入手：①選擇合適的親本，母本自然結實率要高，父本花粉活力要強；②親本的親緣關系不能太遠、倍性盡量一致，親緣關系太遠，形態、生理差異較大，雜交往往難以成功，同倍性的親本進行雜交，往往結實率較高；③注意正反交，有些親本進行遠緣雜交，正反交的結實率相差很大；④優化授粉方式，可以采用混合授粉、重復授粉、蕾期授粉、蒙導授粉、柱頭處理等方式克服不親和性；⑤進行組織培養，對于受精后的不親和可以采取子房培養、胚珠培養、胚培養等技術手段克服。

馬燕等[28]通過試驗得出結論，自然結實率高的現代月季品種做親本時，往往坐果率高，在雜交中重復授粉是很有益的，雜交時采用重復授粉，可增加授粉受精成功的概率。金菁等[46]對35 d“白雪山”×粉紅香水月季雜交幼胚進行(10±2)℃、光強1 600～2 000 lx預處理后，在MS+6-BA 1.0 ms/L+NAA 0.05 ms/L培養基上培養，幼胚可萌發。張非亞等[35]研究發現，自然結實率高的月季作母本，其雜交結實率也較高，建議在月季育種中，除了考慮目標性狀外，還應該考慮母本的自然結實率，而父本盡量選擇花粉活力高且花粉量大的品種，這樣有利于提高雜交成功率。李亞齊等[34]發現，用四倍體作母本與四倍體父本雜交的結實率要高于二倍體父本的結實率。李智等[42]也發現，親緣關系較近的遠緣雜交組合，其雜交親和性更好。楊濤等[41]研究發現，遠緣雜交表現出高度不親和，采用重復授粉、激素處理克服遠緣雜交不親和性效果顯著，雜交組合中親本正反交結實率差異明顯。趙紅霞等[36]認為，花粉、柱頭的形態對雜交親和性無顯著影響，父本花粉生活力對雜交親和性有顯著影響，且與雜交結實率呈正相關關系。袁曉娜等[44]在遠緣雜交中設計正反交組合12對，結果表明，相同親本正反交結實率不同，認為可通過正反交克服遠緣雜交時的不親和性，獲得較多雜交種。韓禧等[39]認為選擇親本雜交時，不但要考慮性狀方面的搭配，還要考慮父母本的自然結實率，自然結實率高的品種，其花粉活力、柱頭可授性、花粉管萌發力一般都較強。

5 展望

回顧月季漫長的育種歷史不難發現，月季育種的每一次突破或創新都是引入了薔薇屬植物的優質基因，比如，中國古老月季傳入歐洲后，給歐洲月季帶來了重復開花的特性，異味薔薇參與月季育種，給現代月季帶來了黃色基因，野薔薇、光葉薔薇等的引入，讓現代月季擁有了多花、耐熱、抗病等特性，現在非常流行的“眼睛”系列月季是英國育種家將單葉薔薇引入現代月季創造的新品系，“絕代佳人”系列月季是美國育種家引入了多個薔薇血統創造的高抗性月季新品系。我國具有豐富的薔薇屬資源，據統計，全世界的野生薔薇屬植物約有200種，原產我國的就有90多種，約占世界薔薇屬資源的45%，另外，我國目前約有100個古老月季品種，這些薔薇資源和古老月季品種很多都具有優良的特異性狀，如抗寒性、抗病性、連續開花性、濃香等，這些都是月季育種的優質材料和資源。通過月季遠緣雜交育種，可以將雙親的優勢基因疊加，有效改變現代月季品種抗性弱、香味淡、一季開花等不足，特別是將遠緣雜交與其他育種手段相結合，比如誘變育種、分子育種等，將會拓寬月季雜交后代的變異范圍、加速月季育種進程，從而更快地創造出優質的月季新品種、新類型，這對豐富整個園林植物品種群都具有重要意義。