玫瑰種質(zhì)資源及雜交育種研究現(xiàn)狀

侯秋梅， 周洪英

(貴州省植物園，貴州 貴陽 550001)

0 引言

玫瑰(Rosarugosa) 系薔薇科薔薇屬多年生常綠或落葉叢生灌木，在我國有2 000余年的栽培歷史，原產(chǎn)于北方，目前在全國各地均有種植，其中以山東平陰、甘肅苦水的玫瑰為代表，形成了具有地域特色的玫瑰栽培品種[1-2]。玫瑰具有觀賞、藥用、營養(yǎng)、化工等多重開發(fā)利用價值，其中玫瑰精油更有液體黃金稱號，因此玫瑰具有較大的種植開發(fā)潛力及經(jīng)濟效益[3]。目前對玫瑰的研究主要集中在栽培、功能成分、加工提取等領(lǐng)域，玫瑰種質(zhì)資源及育種研究較少，作為產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要環(huán)節(jié)，種質(zhì)及新品種選育相關(guān)技術(shù)研究對玫瑰資源的保護及利用具有十分重要的意義，遠緣雜交作為引入外來基因的重要手段在玫瑰育種中也被應(yīng)用。為加強玫瑰種質(zhì)資源的保護與利用，以及為玫瑰產(chǎn)業(yè)發(fā)展及雜交育種提供思路和方向，從玫瑰種質(zhì)資源分類及玫瑰雜交育種研究現(xiàn)狀等進行綜述，分析目前我國玫瑰種質(zhì)資源利用及玫瑰雜交育種中存在的問題，并對玫瑰產(chǎn)業(yè)發(fā)展進行總結(jié)和展望。

1 玫瑰種質(zhì)資源分類

1.1 野生玫瑰種質(zhì)

玫瑰(Rosarugosa)種質(zhì)有栽培品種和野生種之分，野生玫瑰為灌叢形態(tài)匍匐，老枝灰色，皮刺密集直立，羽狀復(fù)葉，具小葉5～9片，小葉橢圓形，葉背具白毛，花瓣為單瓣，花大，氣味甜香，花色紫紅，花托光滑扁球形，萼片宿存，雄蕊粉紅，雌蕊黃色，花心外露，果大[4-5]，野生玫瑰花比玫瑰栽培品種大,雌雄蕊無瓣化現(xiàn)象[6]。玫瑰野生種國外主要在前蘇聯(lián)的遠東沿海地區(qū)、朝鮮半島的沿海沙地和日本沿海部分地區(qū)，目前在我國零星分布于山東東部沿海、遼寧南部沿海以及吉林琿春入海口等[7]。而18世紀作為觀賞植物由東亞引入歐洲地區(qū)的野生玫瑰現(xiàn)已成為入侵種給歐洲沿海沙丘生態(tài)系統(tǒng)造成重大威脅[8]。相對栽培玫瑰而言，玫瑰野生資源自身帶有許多抗性基因，是薔薇屬植物抗性育種必不可少的種質(zhì)，此外其還是優(yōu)良的防風固沙植物，并具有一定的藥用價值[9]。由于人類活動的增加，中國玫瑰野生種的野生分布區(qū)逐漸萎縮，野生玫瑰在中國已被列入珍稀瀕危植物名錄。

目前，玫瑰野生種僅以分布地的生態(tài)種劃分。通過對不同分布地玫瑰野生種調(diào)查發(fā)現(xiàn)，野生玫瑰種群間和種群內(nèi)性狀均存在極顯著差異，變異十分豐富，且種群內(nèi)變異大于種群間變異。分析認為，山東東部沿海的野生玫瑰種群可能較為原始，存在較長的遺傳分化時間[10]。不同野生玫瑰種群間的差異及變異主要表現(xiàn)在葉片、果實及種子形態(tài)特征方面，琿春種群的形態(tài)變異極為豐富,而榮成、牟平、莊河種群的形態(tài)特征較穩(wěn)定,變異不明顯[11]。另外，中國野生玫瑰、歐洲野生玫瑰和中國栽培玫瑰在形態(tài)上群體之間的分化格局較為復(fù)雜，群體組的不同群體之間存在著廣泛交叉，歐洲和中國的野生玫瑰群體均與中國栽培玫瑰群體有關(guān)聯(lián)，德國朗格奧格群體與中國栽培玫瑰群體在形態(tài)上更為接近，瑞典斯科納群體與屮國牟平群體和榮成群體更為接近，丹麥群體則與中國莊河群體更為相似，琿春群體與其他群體距離稍遠[12]。在野生玫瑰種質(zhì)資源的調(diào)查和收集中發(fā)現(xiàn)，核心資源收集一定程度上可代替原始種收集，并應(yīng)用CDDP分子標記法以我國玫瑰野生種遺傳多樣性較為豐富的吉林琿春作為核心種質(zhì)資源建立了玫瑰核心種質(zhì)，核心種質(zhì)收集方法為野生玫瑰種質(zhì)資源的保護和利用提供了經(jīng)濟高效的途徑[13]。

1.2 玫瑰栽培品種

在我國，玫瑰主要栽培品種有山東平陰的平陰玫瑰(Rosarugosacv.)、甘肅的苦水玫瑰(RosasertatarugosaYe.et Ku)等，還有新疆和田的小刺紅玫瑰、北京妙峰山的金頂玫瑰等地方特色玫瑰。按照“二元分類法”原則，將我國的37個玫瑰栽培品種分為3系5類12型[4]，其中平陰玫瑰占多數(shù)，可能與野生玫瑰種群分布在山東有一定關(guān)系。作為我國栽培優(yōu)勢種的平陰玫瑰，以其花大色艷、香氣濃郁、含油量高而馳名中外，平陰玫瑰研究者不斷引進并培育出一系列的玫瑰品種，極大地豐富了平陰玫瑰的類型，并對現(xiàn)有玫瑰品種結(jié)合形態(tài)、分子等手段進行系統(tǒng)調(diào)查、核對和分類[14-15]?？嗨倒鍨殁g齒薔薇與玫瑰的自然雜交種，是甘肅苦水地區(qū)的油用玫瑰主要栽培品種，苦水玫瑰花小而多、紫紅色、半重瓣、有芳香[16]，雖然其作為主要的玫瑰栽培品種，但目前對苦水玫瑰性狀特征的研究報道很少。

1.3 其他玫瑰種質(zhì)

除上述分類學(xué)上的玫瑰(Rosarugosa)資源外，目前，生產(chǎn)生活中還有多種被稱為“玫瑰”但并非分類學(xué)上的薔薇屬玫瑰(Rosarugosa)種質(zhì)資源，如國內(nèi)外栽培面積較廣的精油品種大馬士革玫瑰(RosadamascenaMill.)(突厥薔薇)、百葉玫瑰(Rosacentifolia)(百葉薔薇)、法國玫瑰(RosagallicaL.)(法國薔薇)[17]、白玫瑰(RosaalbaL.)、月季花(RosachinensisJacq.)和墨紅(RosaCrimonGlory)等，另外，類紫羅蘭香型的白木香(R.banksiaevar.banksiae)也是一種具有較高油用價值的花香型芳香薔薇[18]。還有金邊玫瑰、滇紅玫瑰等地方種質(zhì)資源[19]，因未知其具體植物鑒定而無法準確知曉其植物學(xué)分類。

總體看，我國玫瑰種質(zhì)資源較為有限，特別是可用于栽培推廣的玫瑰品種被記載研究的不多，且存在記載不完善，記錄品種名稱不一致等情況。雖然部分學(xué)者收集了多個玫瑰栽培品種，并從形態(tài)特征、遺傳特性等角度探討玫瑰品種的分類，但玫瑰品種依舊較為混雜，目前尚缺乏相對系統(tǒng)且可查的玫瑰品種目錄。

2 玫瑰繁殖系統(tǒng)的特點

2.1 花器官

花器官是重要生殖器官，玫瑰花器官、開花習性及花粉活力的研究在玫瑰雜交育種中有著重要作用。栽培品種中平陰玫瑰花屬于完全花，具有花萼、花冠、雌蕊、雄蕊和花托等部分；我國推廣品種重瓣紅玫瑰花為單生或幾朵聚生，有重瓣和半重瓣之別。栽培品種中單瓣型品種的雌雄蕊發(fā)育健全，有結(jié)實力，重瓣型品種的雌雄蕊退化，一般無結(jié)實能力。平陰玫瑰的花芽分化一般在月平均氣溫穩(wěn)定在2℃時開始，開花過程要求日均溫穩(wěn)定在20℃左右，光照充足，氣溫低于10℃時即停止開花[20]。

2.2 花粉性狀

玫瑰花粉形態(tài)在雜交育種中可作為分析親本與雜種表型聯(lián)系的指標，是雜交種鑒定與表現(xiàn)型預(yù)測的簡便有效指標之一[21]。栽培玫瑰在不同地區(qū)花粉粒形態(tài)相似，大都為類球形或長球形，萌發(fā)孔為溝狀，有3條孔溝，沿極軸方向分布，花粉粒表面紋理多數(shù)為不規(guī)則的條狀紋理，個別為不規(guī)則腦紋，從花粉的赤道面可觀察到1～2條孔溝，形狀為梭形[22]。國內(nèi)野生玫瑰居群地的野生玫瑰花粉粒為長球形或超長球形，外壁均具條嵴，嵴洼處散生有覆蓋層穿孔，屬于條紋-穴狀紋飾，均具3條孔溝，沿極軸方向等間距環(huán)狀分布，從花粉赤道面可見1～2條萌發(fā)溝，極面可觀察到 3條，溝長幾乎達兩極[23]。野生玫瑰與栽培玫瑰的花粉形態(tài)較為相似，但不同玫瑰品種間花粉活力有顯著差異,且耐貯藏能力不同。平陰玫瑰花粉貯藏適宜條件為干燥、低溫，一般溫度越低，花粉貯藏壽命越長，若短期(30 d左右)存放，多數(shù)以冷藏效果較好，而凍藏則為長期保存花粉方式，但隨冷藏時間延長，花粉生活力明顯下降。栽培玫瑰花粉的萌發(fā)率普遍較低，且不同品種的玫瑰花粉達萌發(fā)率高峰的時間不同，紫枝玫瑰當日采收的花粉萌發(fā)率最高，疊紅紫衣、唐紫采后第2天萌發(fā)率最高[24-25]。因此不同玫瑰品種在雜交育種時可采取不同的花粉貯藏及授粉策略。

玫瑰的繁育系統(tǒng)有其自身特點，玫瑰繁育系統(tǒng)的研究在其遠緣雜交、親和性評價、雜交生殖障礙等方面都具有較為基礎(chǔ)性的作用，但目前對于玫瑰繁育系統(tǒng)的研究還較為零散且不全面。

3 玫瑰雜交育種研究現(xiàn)狀

3.1 玫瑰育性研究

在玫瑰的后代繁衍中既存在雜交不親和現(xiàn)象也存在自交不親和現(xiàn)象。于曉艷等[26]研究表明，22份中國玫瑰資源普遍具有完全自交不親和性，且屬于配子體自交不親和類型，其自交花粉管生長抑制發(fā)生在花柱中，其花期自交坐果率均為零，隨著玫瑰花齡的減小，其自交親和性呈先上升后下降趨勢(開花前2 d自交效果最好)。玫瑰遠緣雜交不親和機理可能與自交不親和機理一致，即兩者都是由雌蕊識別花粉之后所產(chǎn)生的一種主動拒絕反應(yīng)。這種拒絕反應(yīng)表現(xiàn)在花粉管頂端會產(chǎn)生胼胝質(zhì)抑制花粉管的生長[27]。但另有研究認為，拒絕反應(yīng)中胼胝質(zhì)的產(chǎn)生是花粉管生長受阻后的結(jié)果而并非花粉管受阻的原因，由于玫瑰花柱提取液破壞了月季花粉管頂端鈣離子分布，導(dǎo)致花粉管生長受阻，頂端產(chǎn)生大量胼胝質(zhì)[28]。玫瑰自交、雜交不親和的分子機理還有待進一步研究。

3.2 玫瑰染色體數(shù)目與核型

對玫瑰核型的研究一方面能更好地利用種質(zhì)資源，另一方面也能更有效地培育新品種。通過對薔薇屬的不同種、變種及品種的染色體數(shù)目的統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，薔薇屬植物染色體基數(shù)x=7，薔薇屬植物存在染色體數(shù)目從2n=5x=35到2n=8x=56的自然多倍體，薔薇屬植物的野生原始種以二倍體居多，變種及栽培品種有二倍體、三倍體、四倍體或混倍體等[29]。玫瑰種質(zhì)染色體的實際長度變異為1～4 μm，屬于小染色體類型，玫瑰野生種質(zhì)及大部分栽培種質(zhì)都是二倍體，體細胞染色體數(shù)目均為2n=2x=14[30]。栽培品種苦水玫瑰的染色體數(shù)目為2n=2x=14，屬于1A型。野生玫瑰的染色體數(shù)目為2n=2x=14，核型有屬于2A和1A兩種說法；重瓣紅玫瑰染色體數(shù)目有爭議，有研究認為重瓣紅玫瑰有多倍體存在，也有研究認為重瓣紅玫瑰為二倍體，核型為1A[31-33]，野生玫瑰以及重瓣紅玫瑰的核型不同的研究結(jié)論存在不一致情況，這些爭議可能與試驗使用的材料和方法存在差異以及種內(nèi)遺傳多樣性有關(guān)，有待進一步研究。

3.3 玫瑰性狀遺傳表現(xiàn)

玫瑰自身有較為豐富的遺傳多樣性，且由于在長期的品種形成過程中，人工選擇讓部分變異(如花瓣數(shù)量增多)逐漸積累，加之近緣雜交等因素，使栽培玫瑰的遺傳多樣性較野生玫瑰更加豐富[34-35]。玫瑰的花期及其構(gòu)成單元變異豐富，花期、花徑、花朵數(shù)之間組合多樣，不同品種存在差異，栽培品種中朱龍游空、唐紫、唐紅等都屬于單株花朵數(shù)多、花期長的品種，紫枝玫瑰屬于花期早、花期長且多次開花的品種；同時，基因與環(huán)境互作中，各品種表現(xiàn)不一致，單株產(chǎn)花量高并且產(chǎn)量穩(wěn)定的品種有西子、紫芙蓉、賽西子，相對較穩(wěn)定的品種有唐粉、玉盤、紫枝玫瑰等品種[36]。玫瑰揮發(fā)成分主要為香茅醇、苯乙醇、香葉醇等具有明顯香氣特征的物質(zhì)，研究發(fā)現(xiàn)，不同玫瑰品種其香氣成分存在差異，同一品種不同花部位、不同開花階段的主要香氣物質(zhì)的含量也存在明顯差異[37]。因此育種者可根據(jù)育種目標選擇合適的親本。

在玫瑰新品種選育中，主要通過月季與玫瑰雜交、薔薇與玫瑰雜交、玫瑰之間雜交進行。早些年育種者們經(jīng)過育種材料的搜集、整理、親本選擇、遺傳規(guī)律觀察等工作，通過種內(nèi)和種間有性雜交，選出了一批高產(chǎn)型、觀賞型、高產(chǎn)觀賞兼用型、對銹病高抗型和免疫型的玫瑰[38]。但現(xiàn)階段，對于玫瑰的遠緣雜交研究主要集中在玫瑰與月季的遠緣雜交育種方面，主要通過雜交育種的方式將玫瑰的抗病[39]、抗寒[40]、抗逆性狀引入到月季中以改善月季性狀。

在月季與玫瑰的雜交中，母本的結(jié)實率對雜交結(jié)實率的影響較大。由于栽培玫瑰品種自交結(jié)實率低，因此以玫瑰為母本的雜交組合結(jié)實率低，而以結(jié)實力強的月季品種作母本時，雜交結(jié)實率則明顯較高[41]。雜交所獲得的雜種后代皮刺特征和小葉數(shù)量表現(xiàn)明顯偏向玫瑰，而葉片形態(tài)則偏向于月季，部分雜種后代當年開花，花色、花型、花徑及花瓣質(zhì)地等性狀介于玫瑰月季之間[42]。

玫瑰品種間的雜交研究則發(fā)現(xiàn)單果種子數(shù)多的品種作母本更有利于獲得更多雜交種子，母本自身結(jié)實特性對雜交后代的獲得存在一定影響[43]。父本特性對玫瑰品種間雜交親和性影響不大，母本特性對玫瑰品種間雜交親和性影響很大，且與其花瓣數(shù)有關(guān)，重瓣品種作母本的雜交組合親和性差，開放授粉不結(jié)實，花期人工授粉能少量結(jié)實[44]。研究者以苦水玫瑰為母本、紫枝玫瑰為父本雜交后得到優(yōu)于雙親的玫瑰新品種蘭州玫瑰 2號[45]，因此，相對而言種內(nèi)雜交更易獲得成功。

玫瑰與薔薇雜交引入外來基因的研究非常少見，在玫瑰與黃刺玫的雜交中其雜種的株型均偏黃刺玫遺傳，多數(shù)雜種的株高超親遺傳，多數(shù)雜種復(fù)葉長度超親遺傳，小葉形狀、冠幅偏玫瑰遺傳，絕大多數(shù)雜種花朵直徑介于雙親之間，雜種花朵香味偏淡，較清新，但略帶油脂氣，主要遺傳于玫瑰，雜種均為二倍體，絕大多數(shù)雜種花粉在小孢子母細胞減數(shù)分裂期即開始出現(xiàn)異常，最終導(dǎo)致不能產(chǎn)生正常的花粉粒，出現(xiàn)雜種后代不育現(xiàn)象[46]。

3.4 玫瑰雜交種鑒定方法

玫瑰雜交育種中，雜交種的鑒定非常重要，快速確定雜交后代的真實性，能有效提高育種效率，玫瑰雜交種鑒定方法主要有形態(tài)學(xué)鑒定、細胞學(xué)標記、分子標記法等，這些方法各有優(yōu)缺點，常用多種方法結(jié)合相互映證來鑒定玫瑰雜種后代[47]。

3.5 玫瑰雜交種子的萌發(fā)力

玫瑰雜交育種中得到的雜交種子播種能否長出實生苗是決定雜交是否成功的重要環(huán)節(jié)。野生玫瑰種子種胚較小，其種皮明顯比栽培品種厚、致密，野生玫瑰種子的飽滿度明顯比栽培品種小。野生玫瑰和栽培玫瑰的種子都具有深度休眠的特性，屬綜合性休眠類型，堅硬的種皮一定程度上阻礙了種胚的吸水及萌發(fā)，而種皮與胚中抑制物質(zhì)的存在是使玫瑰種子處于休眠狀態(tài)的主要原因[48-50]。研究發(fā)現(xiàn)，授粉60 d時，玫瑰種子已發(fā)育成熟，隨著種子的進一步發(fā)育，種子休眠程度逐漸加重，與玫瑰種子中 ABA、IAA、GA3激素含量變化有關(guān)[51]。在促進玫瑰種子萌發(fā)過程中，可用濃鹽酸、濃硫酸、硝酸鉀腐蝕玫瑰種皮打破機械阻礙，同時外源激素對打破種子休眠有一定促進作用，4℃低溫濕沙貯藏有利于促進種子萌發(fā)，不同品種處理時間存在差異[49，52-53]。在玫瑰雜交種子的處理上，可采用同樣的方法促進雜交種子的萌發(fā)[42，54]。

4 存在問題與展望

薔薇屬作為自然界品種較為豐富的1個屬，其觀賞價值、經(jīng)濟價值倍受關(guān)注，尤其是玫瑰與月季，部分月季被冠以“玫瑰”之名，而真正的玫瑰則鮮為大眾所知。我國玫瑰種植區(qū)域較為廣泛，據(jù)文獻報道，國內(nèi)玫瑰整體的在床面積在 1.5萬hm2左右，應(yīng)用較為廣泛，主要用于食品加工及化工原料提取[55]，玫瑰的產(chǎn)業(yè)價值被人們逐漸發(fā)掘，隨著鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的推進，具有巨大種植潛力和經(jīng)濟效益的玫瑰產(chǎn)業(yè)將進一步擴大。玫瑰具有眾多的栽培種質(zhì)資源及野生種質(zhì)資源，同時玫瑰有一定的研究基礎(chǔ)，繁殖容易與技術(shù)成熟是其產(chǎn)業(yè)發(fā)展壯大的天然優(yōu)勢，但玫瑰育種和開發(fā)應(yīng)用中還存在以下問題。

4.1 玫瑰種質(zhì)資源的系統(tǒng)性保育亟須加強

我國雖然為玫瑰野生種的天然分布地，但由于長期的人類活動導(dǎo)致其天然分布逐漸萎縮，加之玫瑰在野生狀態(tài)下，由于受外力作用使種群被壓縮，且種子先天性品質(zhì)差及后熟特性，造成種子更新動力低，導(dǎo)致大量的異質(zhì)基因得不到有效保存，此情況已引起國內(nèi)研究者的注意，并對其開展了生態(tài)、形態(tài)、保護性開發(fā)等方面的研究，但對玫瑰野生種的保護并未形成體系和規(guī)模，原地保護力度不夠且效果不佳，收集基因有限[56]。而栽培品種種質(zhì)資源有限，且存在以地名作為品種名的情況，部分地方品種植物學(xué)形態(tài)特征及植物學(xué)命名不清晰，未建立相應(yīng)的玫瑰品種體系，給品種的利用和新品種育種帶來較大的障礙。建議加大對野生玫瑰種質(zhì)的保護力度，在我國的幾大野生玫瑰分布地建立保護地，對目前的栽培品種進行收集，并建立玫瑰的品種數(shù)據(jù)庫，逐步開展玫瑰的基因庫建立工作。

4.2 玫瑰種質(zhì)在新品種育種中利用不充分

目前我國玫瑰的栽培品種有限，被生產(chǎn)上大規(guī)模種植的栽培品種較少，多以各地方品種為當?shù)氐闹饕N植品種，玫瑰種質(zhì)資源未得到充分開發(fā)利用，對優(yōu)勢栽培品種和地方特有栽培品種的研究存在較大差異。另外，栽培玫瑰主要以扦插的方式進行生產(chǎn)繁殖，品種特性存在退化現(xiàn)象，同時，由于科研條件的欠缺，各地方玫瑰栽培品種并未得到充分的保護和研究，不同程度地存在品種老化的現(xiàn)象[57]。近年來，由于市場對月季的關(guān)注度過于集中，玫瑰在育種方面的關(guān)注點也僅作為月季引入抗病基因的種質(zhì)資源，針對于玫瑰經(jīng)濟性狀育種的研究較少，研究機構(gòu)也僅集中在少數(shù)幾個科研單位，在育種方式上以雜交育種為主要方式，同時育種者們也在嘗試其他育種方式[58]，但相較于其他產(chǎn)業(yè)花卉研究力度仍有待進一步提高。

4.3 玫瑰標準化多樣化產(chǎn)業(yè)發(fā)展科研實力不強

玫瑰的生物特性、營養(yǎng)特征及文化內(nèi)涵讓玫瑰產(chǎn)業(yè)持續(xù)蓬勃發(fā)展，全國多地廣泛種植，并開發(fā)出多種多樣的玫瑰延伸產(chǎn)品，隨著近年來美麗鄉(xiāng)村建設(shè)、鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略等國家戰(zhàn)略的推進，玫瑰產(chǎn)業(yè)迎來了農(nóng)旅結(jié)合向第三產(chǎn)業(yè)廣泛延伸的歷史性契機，玫瑰產(chǎn)業(yè)更具產(chǎn)業(yè)發(fā)展?jié)摿ΓF(xiàn)階段玫瑰產(chǎn)業(yè)仍面臨種苗質(zhì)量下降、產(chǎn)品同質(zhì)化嚴重、行業(yè)標準模糊、產(chǎn)品國際競爭力弱、品牌效益差、產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)科研實力不強等一系列挑戰(zhàn)和問題，面對這些產(chǎn)業(yè)問題，一方面需要加強行業(yè)管理和行業(yè)扶持，另一方面需加強基礎(chǔ)科研，在對地方特色品種研究的基礎(chǔ)上加快新品種的選育和新產(chǎn)品的研發(fā)，在做大做強地方品種的基礎(chǔ)上不斷推出適宜于產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新品種。