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中国热带观赏兰花资源的利用和改良
2023-01-02

中国热带观赏兰花资源的利用和改良兰科(orchidaceae)是被子植物的大科之一,全世界约有700属近20000种,广泛分布于除两极和极端干旱沙漠地区以外的各种陆地生态系统中,特别是在热带地区兰科植物具有极高多样性。兰科植物是园艺花卉中的重要栽培植物。中国典型热带地区所占面积不大,因而不是兰科植物种类最丰富的地区。根据中国兰科植物志记载中国兰科植物有171属1247种。但由于我国跨越热带、亚热带和温带3个气候带以及具有复杂地理环境,中国兰科植物不仅具有多种气候带的兰科植物区系和生志类型,并且还保留着许多原始类群。特别是中国拥有广阔的亚热带地区和素有世界屋脊之称的青藏高原等独特地理区域,其相应的兰科植物区系也是世界上独一无二的。一般来说,热带地区以附生兰类居多,而温带和亚热带地区则以地生兰为主。在我国所产兰科植物中,附生兰类所具有的属和种数与地生兰类的属和种数几乎是相等的。这一全世界独有的现象,与我国广阔的亚热带地区和青藏高原等独特地理区域是相对应的,同时也说明亚热带和温带地区兰科植物在我国兰科植物中占有极其重要的地位。另一方面,虽然我国典型热带地区所占面积不大,相动来说热带兰花资源不是十分丰富,但我国的热带地区位于亚洲热带地区的北缘。分布在这一地区的热带兰科植物相对来说具有较强的抗低温特性,为热带兰花抗低温特性的筛选和利用提供了天然的基因资源。特别是中国在热带和温带之间具有一个广阔而又独特的地理区域——亚热带地区。许多热带兰花的种级或属级近缘类群就分布在该地区,甚至一些热带兰花本身也可以延伸分布到本区。

从我国花卉消费市场来看,我国大部分地区的气候是亚热带或温带气候,冬季和春季的气温均较低,而观赏花卉消费的主要季节又集中在冬春季节(比较大的节日,如元旦、春节都在冬季)。热带兰花在这段时期的消费和栽培都存在一定的困难。如杂交蝴蝶兰和杂交石斛,这两种热带花卉以花大、颜色艳丽而受到消费者喜爱,但在长江流域和长江三角洲地区的冬季和早春由于其花瓣易受低温冻伤,使得它们的消费受到极大的影晌。此外,在长江流域栽培这两种花卉需要供热来保证其生长,不仅增加了生产成本,而且还影响了坏环。而蝴蝶兰属和石斛属的部分种类甚至可以分布到我国的秦岭地区。毫无疑问,这些分布在秦岭地区的蝴蝶兰属和石斛属植物具有较强的抗低温特性。因此,利用热带兰花在热带北缘和亚热带地区分布的亲缘类群的抗低温特性对其进行品种培育和改良,培育出适合当地气候的观赏植物品种具有特别重要的意义。

从生物进化的角度来看,绝大多数兰科植物种类正处在进化和特化的活跃期。特别是在热带地区的中山地带(海拔1000-2000米之间),兰科植物种类十分丰富。有人甚至将该类地区兰科植物的物种形成称之为“爆发式”物种形成方式。这种“爆发式”物种形成方式的后果就是许多物种之间的生殖隔离是依赖于一种机械式的隔离。也就是说,是依赖传粉者的行为或花粉块粘附在传粉者的位置等不同而避免不同类群之间产生杂交。但这种方式形成的物种之间的遗传隔离程度很小。如果人工进行授粉,则亲缘关系很远的类群之间也可得到杂交后代。正因为如此,在兰花的人工育种工作中,人们往往将不同属甚至不同族的种类进行人工杂交,培育出许多出色的花卉品种。因此,在兰花人工育种工作中如何设计杂交亲本,如何确定最佳人工杂交亲本组合则成为兰花育种工作者面临的一个重大挑战。除需要从系统学角度考虑杂交亲本的亲缘关系,以及亲本的产地来源等因素外,在细胞水平对杂交亲本进行遗传学分析对兰花育种的亲本选择具有重要意义。日本学者Tanaka在1971年提出根据细胞分裂静止期(间期核)的形态相似性可以预测兰花杂交亲本的亲和力的理论。他的这一理论在兰花育种的实践中得到较为广泛的认可。

我国记载和栽培兰花的历史已有2000余年,但整体上兰花的利用仍处于直接从自然界获取的低级阶段。如国兰,早在1000多年前人们就已开始从野生植株中筛选栽培品种,但到目前为止仍然停留在这种阶段。为了得到一些稀有品种,一些商家不惜成吨收购野生植株,从中选取极少量稀有品种后,将大部分植株作为垃圾扔掉,这对兰花资源无疑是一种毁灭性的利用。综观兰花中产业化程度高的花卉种类,如石斛类、万代兰类、蝴蝶兰类和独蒜兰类等,无一不是通过人工多次杂交,然后从杂交后代中反复筛选理想的植株,最后发展成性状稳定的符合市场和产业化生产的优良品种。在一些类群中,杂交代数已经超过100多代。可以想象这样的工作需要多代人的持续不断努力才能完成。以万代兰为例,新加坡植物园无疑是当今世界上万代兰新品种培育中心。该园最早种植的万代兰杂交品种的时间是1893年,1922年开始发展万代兰的杂交项目,经过近80年的努力,新加坡植物园培育出170多个万代兰杂交品种,其中包括与近缘属的属间杂交后代。平均1年培育出2个杂交品种,由此可见杂交育种工作的不易。值得注意的是这些杂交品种大多是杂交品种之间再次进行杂交而取得的。例如,在万代兰属内9个非常突出的杂交品种中,有7个是杂交品种间再次杂交的产物。一般来说,杂交品种之间的杂交组合相对比较容易得到杂交后代,并且杂交后代除能保留亲本的优良性状之外,还容易得到新的性状组合。除非发现很好的原种或迫切需要从原种中引入某些特殊性状,在培育新品种时一般不直接使用原种进行杂交。

目前我国国内杂交育种方面在一些属己经获得成功。中国科学院昆明植物研究所、中国科学院华南植物研究所、四川农科院等单位已育成许多杂种,涉及兜兰属PanhioPedilum、兰属Cylllbidium、鹤顶兰属Phaius、虾脊兰属Calan-the等。有些已在国际上登录,但未推向市场。此外,还有一些在国外引进杂交品种的基础上进行杂交,得到了一些新的杂交品种。但是我国兰花杂交育种,特别是热带兰花的育种需要考虑以下几个方面的因素:

1)我国热带兰花的市场定位问题。目前比较普遍的热带兰花栽培品种如蝴蝶兰类、石斛类以及万代兰类的祖先种均来自热带地区,如果我们希望将这些栽培品种在亚热带地区推广就需要引入耐低温的性状,必须与我国热带、亚热带的原生近缘种进行杂交。从上面的论述可以看出,这类新品种的培育难度较大,需要的时间较长。

2)在选择杂交亲本组合时,要从多方面进行分析,克服选择亲本的盲目性和随意性。

3)要重视共生真菌在兰花育种和栽培中的应用。尽管无菌播种法在热带兰花的人工栽培、种植中已成为一种常规方法,但一般认为在地生兰类中,有菌播种技术可以促进种子萌发以及提高幼苗的生长速度。但最近有人在附生兰类中也进行了有菌和无菌两种播种方法在种子萌发率和幼苗生长速度等方面的对比实验。Malkovlna and McGee(2000)对万代兰族Sarcochilus属的人工杂交种类进行了对比实验,结果表明有菌播种方法可以明显提高种子萌发后的生长速度,在种子萌发后13个星期就可以得到幼苗,而用无菌播种方法得到同样的结果需要50个星期,并且有菌播种方法可以缩短幼苗从培养基中移栽到盆中所需的生长时间。因此他们认为有菌播种方法可以节约生产成本。