張美玲， 陳洪偉， 王紅利， 石愛平， 洪培培，劉克鋒*

(1.北京農(nóng)學院園林學院，北京 102206；2.北京農(nóng)學院城鄉(xiāng)發(fā)展學院，北京 102206)

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植物遠緣雜交育種現(xiàn)狀與展望

張美玲1， 陳洪偉2， 王紅利1， 石愛平1， 洪培培2，劉克鋒2*

(1.北京農(nóng)學院園林學院，北京 102206；2.北京農(nóng)學院城鄉(xiāng)發(fā)展學院，北京 102206)

遠緣雜交能有效地打破種、屬間的隔離，獲得遠緣雜交新種質(zhì)資源，進一步拓寬栽培品種的遺傳基礎，提高其生產(chǎn)潛力，培育出特異性強的植物新類型。但是，遠緣雜交中經(jīng)常存在各種障礙，影響這些優(yōu)異種質(zhì)資源的利用。為此,對遠緣雜交的重要性和應用、遠緣雜交障礙方式以及克服雜交障礙的方法、遠緣雜種的鑒定方法進行了全面的概述，并在此基礎上對今后鼠尾草屬植物遠緣雜交育種工作進行展望。

遠緣雜交；應用；生殖障礙；雜種鑒定

一般來說，遠緣雜交(Distant hybridization)指分類學上物種以上分類單位的個體之間交配，包括不同種間、屬間植物，甚至更高分類階元物種之間的雜交，如亞族間雜交(Inter-subtribal hybridization)、族間雜交(Intertribal hybridization)等是實現(xiàn)基因遠緣轉移的一條重要途徑。人們早就希望可以借助生物技術等新育種手段，有選擇地定向創(chuàng)造新物種和栽培類型，豐富生物的遺傳多樣性，提高產(chǎn)量、品質(zhì)和抗逆性等，以滿足生產(chǎn)和生活的需要。如果說種質(zhì)資源是進行品種改良和品種創(chuàng)新的前提和基礎，那么遠緣雜交則是實現(xiàn)這一目標的一條重要的和有效的途徑。

不同種間、屬間甚至親緣關系更遠的物種之間的雜交,可以把不同種、屬的特征以及特性結合起來，打破種、屬之間的雜交障礙以擴大遺傳變異的范圍，從而創(chuàng)造出新穎的變異類群或新的物種。由于遠緣雜交經(jīng)常會重演物種之間的進化歷程，它也是研究生物進化的重要手段。遠緣雜交一般不容易結實，即便結實了，雜交種通常也是不育或夭亡，雜種后代分離幅度大，分離世代長，且穩(wěn)定性較差。在育種上，遠緣雜交的意義就在于研究物種演化，改良舊物種，創(chuàng)造新物種，創(chuàng)造和利用雜種優(yōu)勢。

1 遠緣雜交在育種工作中的重要性

在育種工作中，遠緣雜交能有效打破種、屬間的隔離，把兩個或多個物種通過自然界長時間的進化積累的特性重新組合而形成新的類型和品種。利用野生種潛在的抗病基因、營養(yǎng)高效基因、適應性和豐產(chǎn)性基因，可以獲得遠緣雜交新種質(zhì)資源，進一步拓寬栽培品種的遺傳基礎，提高其生產(chǎn)潛力，培育出多抗、營養(yǎng)高效和穩(wěn)產(chǎn)型的植物新品種。

1.1 創(chuàng)造新類型的植物雄性不育系雄性不育植物是指植物雄性生殖器官不能產(chǎn)生正常功能的雄配子-花粉的現(xiàn)象。在一代雜種優(yōu)勢利用中，利用雄性不育系可以簡化制種過程，選育具有自主知識產(chǎn)權和優(yōu)良性狀的新品種。楊寧等[1]以早期育成奶白菜核基因雄性不育系GMS3為不育源，設計定向轉育方案，向小菘菜自交系Y05中轉育核不育基因，育成穩(wěn)定遺傳、植物學性狀和經(jīng)濟性狀與待轉育品系Y05相近、具有100%不育株率和100%不育度的新的核基因雄性不育系A03及其相應的甲型“兩用系”和臨時保持系，為解決蕓薹屬特色雜種優(yōu)勢利用中的雜交制種提供基礎。

1.2 提高植物的抗病性和抗寒性很多植物的野生類型在長期自然選擇下形成高度的抗病性和免疫力，對惡劣氣候條件(如高溫、寒冷、干旱等)的抵抗能力很強。賀普超等[2]對我國的5種和11個變種品系葡萄及其與歐洲葡萄種間雜交13個組合1 018株雜種進行霜霉病抗性試驗，分析遺傳特性，結果表明后代組合群體的抗病性存在顯著差異，野生種存在主效抗性基因，后代組合群體的抗病性主要由野生親本來決定，種間雜交后代抗病性明顯提高，為以后育種提供新的抗性植株。劉園[3]以國內(nèi)外12份野生茄和20份栽培茄為試驗材料，采用5種雜交授粉方法，進行種間雜交，得到12個不同的遠緣雜交F1代，從12個遠緣雜交F1代中選出4個不同的F1代與其父母本進行抗寒性測定，發(fā)現(xiàn)4個遠緣雜交F1代均比其母本栽培茄的半致死溫度低，抗寒性要強，而且遠緣雜交F1代在可溶性糖、可溶性蛋白、VP基因方面都表現(xiàn)為雙親的中間型。程曦[4]以栽培菊‘rm20-12’(Chrysanthemumgrandiflorum‘rm20-12’)、具有不同抗性的菊屬野生種菊花腦(C.nankingense)和龍腦菊(C.makinoi)為親本,進行種間遠緣雜交，獲得正反交各3個，共6個種間雜種株系，其中5個雜種株系的低溫半致死溫度顯著低于栽培菊，表明雜種的耐寒性較親本栽培品種有顯著提高。種間遠緣雜交可有效地將菊花腦的耐寒特性導入栽培菊花中，實現(xiàn)菊花品種的抗寒性改良。

1.3 改良栽培品種的品質(zhì)遠緣雜交可改良栽培品種的產(chǎn)量、營養(yǎng)等。達斯卡洛夫(Daskaloff)用栽培番茄(Lycopersiconesculentum)與秘魯番茄(L.peruvianum)進行遠緣雜交，獲得品種中果實干物質(zhì)含量達7.0%～11.0%，糖含量5.0%～6.8%，維生素C含量16.0 mg ，而一般番茄品種中干物質(zhì)含量為4.0%,糖2.0%,維生素C 11.0 mg，從而育成高糖富含維生素C的品種。楊秋玲等[5]以溫帶玉米(Temperate zone corn)和一年生大芻草(Zealuxurians，墨西哥玉米，又名大芻草，為一年生草本植物，植物形似玉米植株，分蘗多，莖直立)為試材，選育高品質(zhì)玉米遠緣雜交飼草品系。雜交之后，獲得具有強分蘗性、生物產(chǎn)量高、品質(zhì)(粗蛋白)好的后代植株，比一般的植株的生物產(chǎn)量與品質(zhì)高出2～3倍，在優(yōu)質(zhì)飼草資源中具有很大運用價值。吳才文等[6]利用甘蔗(Saccharum)品種Co419與野生種割手密云南(S.SpontaneumYunnan)75-1-2進行遠緣雜交，發(fā)現(xiàn)雜交后代品質(zhì)性狀廣義遺傳力高，正態(tài)分布特性明顯，F(xiàn)1的含糖量和纖維高于商業(yè)親本。

1.4 創(chuàng)造新物種和研究物種進化自然界各種生物的起源、演化途徑和歷程極其復雜，但已查明很多物種都是通過天然的遠緣雜交演化而來的，如甘藍型和芥菜型油菜、大白菜等。甘藍型油菜可能是甘藍(Brassicaoleracea)與白菜型油菜(B.rapa)雜交后染色體加倍形成的異源四倍體，n=38芥菜型油菜是白菜型油菜與黑芥(B.nigra)雜交后染色體加倍形成的異源四倍體2n=3，菊屬(Dendranthema)大島野路菊(Chrysanthemumcrassum, 2n=10x=90)、南京野菊(NanjingD.indicum, 2n=4x=36)和菊花腦(Chrysanthemumnankingense, 2n=2x=18)為母本,分別與亞菊屬(Ajania)多花亞菊(A.myriantha, 2n=2x=18)、芙蓉菊屬(Crossosstephium)芙蓉菊(C.chinense, 2n=2x=18)、太行菊屬(Opisthopappus)太行菊(O.taihangensis,2n=2x=18)和菊蒿屬(Tanacetum)菊蒿(T.vulgare, 2n=2x=18)進行屬間遠緣雜交,再用屬間雜種F1為橋梁親本與栽培菊花雜交,進行菊花種質(zhì)創(chuàng)新，使得菊花品種改良成為可能。蔡得田等[7]以高稈野生稻(O.alta)和栽培稻(Oryzasativa)為材料進行遠緣雜交，經(jīng)過鑒定，獲得高稈野生稻多倍體、異源雜種三倍體、異源六倍體及異源三基雜種四倍體。這為進一步研究栽培稻與野生稻的進化關系,選育強優(yōu)勢異源多倍體水稻提供豐富的資源。

1.5 誘導單倍體雖然遠緣花粉在異種母本上常不能正常受精，但有時能刺激母本的卵細胞自行分裂，誘導孤雌生殖，產(chǎn)生母本單倍體。目前，利用遠緣雜交技術誘導孤雌生殖已有效應用到小麥和大麥。Kasha等[8]首次報道了普通大麥(Hordeumvulgare)和球莖大麥(H.bulbosum)雜交，在胚形成前球莖大麥親本染色體消失，從胚拯救中可以獲得大麥單倍體植株，后來該技術拓展到小麥。迄今為止通過小麥(Triticumaestivum)與玉米(NiroulaandThapa)、小麥(T.carthlicum)與珍珠粟(PennisetumamericanumSuenaga)、小麥與拉草(GunneratinctoriaRiera and Kazi)、小麥與墨西哥類蜀黍(Euchlaenamexicana,又名木自草‘水牛草’廠一年生禾本科類取屬的一種高大草本植物，是二種豐產(chǎn)的優(yōu)質(zhì)飼料)、小麥與大麥以及小麥與高粱的雜交(Ohkawa)已成功培育出大量的單倍體植株。利用單倍體植物可以控制雜種分離，加快常規(guī)育種速度，提高常規(guī)育種的選擇效率，也可以利用H系進行基因定位，繪制遺傳圖。

1.6 利用雜種優(yōu)勢某些物種之間遠緣雜種具有強大的雜種優(yōu)勢。耿寅峰課題組成員[9]選用芥菜型油菜(Brassicajuncea,2n=4x=36)細胞質(zhì)雄性不育系(hau CMS)為母本，以紅菜薹(B.compestris)為輪回親本進行遠緣雜交及回交轉育，將芥菜型油菜中的不育胞質(zhì)轉移到紅菜薹中，創(chuàng)造出新的紅菜薹雄性不育系及其中間材料。這不僅為紅菜薹新品種的選育提供材料，而且獲得種間雜種。對雜種一代進行鑒定分析，發(fā)現(xiàn)雜種一代在農(nóng)藝性狀方面具有明顯的雜種優(yōu)勢。蔡得田等[7]利用亞洲栽培稻(Oryzasativa)和非洲栽培稻(O.glaberrima)以及非洲野生稻(O.schweinfurthian)進行種間雜交，獲得雜種多倍體，從而應用廣親和、無融合生殖基因等措施，從遺傳機理上提高多倍體水稻結實率(廣親和基因?qū)τ诳朔i便雜種一代不育性特別是雌敗育有很大的作用，無融合生殖對于克服染色體配對分離有一定作用)，使得栽培稻同一基因組(A基因組)內(nèi)優(yōu)良基因重組，同時從野生稻向栽培稻引入少數(shù)優(yōu)良基因，得到優(yōu)良雜種為異源多倍體水稻，提高多倍體水稻結實率，為以后選育水稻奠定一定的基礎。

1.7 創(chuàng)造異染色體系通過遠緣雜交，導入異源染色體或其片段，創(chuàng)造異附加系(在一個物種正常染色體組的基因上添加另一個物種的一對或兩對染色體而形成一種新類型)，是創(chuàng)建異源代換系和易位系的基礎，可用于植物細胞內(nèi)染色體同源配對、遺傳圖譜的構建、分子標記、基因克隆、基因組互作和表達等的研究,是遺傳研究和染色體工程育種的重要基礎材料,也是基因組結構和轉移基因的有效工具。任艷蕊等[10]以芥藍—菜薹種間三倍體(CCA)為材料,采用人工雜交、形態(tài)和細胞學鑒定及核型分析等方法,篩選出單體異附加系，創(chuàng)造CC染色體組附加A染色體組的單體異附加系。異替換系(Alien substitution line)是指物種的一對或幾對染色體被另一物種的一對或幾對染色體代換后的新類型。水稻的數(shù)量性狀如產(chǎn)量等多數(shù)性狀都受多基因控制,運用傳統(tǒng)的研究材料和方法不易對這些數(shù)量性狀位點(Quantitative trait loci,QTL)進行準確定位和克隆。由于受遺傳因素影響的較小,染色體片段替換系是用于對QTL進行定位的理想材料。利用已構建好的覆蓋全基因組的染色體片段置換系(Chromosome segment substitution lines，CSSLs),不僅能定位水稻重要QTLs,為尋找秈粳亞種間優(yōu)良基因提供方便,而且能作為永久材料用于相關功能基因組學的研究。易位系(Translocation line)指某物種的一段染色體被另一物種的一段染色體所代換后形成的新類型，能夠改良現(xiàn)有品種。如張延明等[11]以小麥-黑麥代換系DS5R/5A和DS6R/6A為母本,以小麥-黑麥易位系克珍(Kezhen)和帶有殺配子染色體的代換系DSGC1為父本,進行大田雜交。雜種后代經(jīng)分子標記鑒定后，發(fā)現(xiàn)染色體端部小片段易位。這種小片段易位可能是由代換系間雜交部分同源染色體交換產(chǎn)生的。此外,殺配子染色體在引起染色體斷裂后可發(fā)生染色體易位，為選育有經(jīng)濟價值的小麥-黑麥間易位系提供理論依據(jù)。

2 遠緣雜交應用研究

種間雜交不但可以打破種屬間的隔離，而且能把2個或多個物種經(jīng)過自然界長期進化積累起來的優(yōu)良特性在試驗條件下重新組合，使其形成新的類型。在植物上，自然發(fā)生和人工獲得的種間雜種已有不少的報道，涉及果樹、蔬菜、農(nóng)作物以及花卉等領域。

2.1 屬內(nèi)種間雜交(Interspecific hybridization)

2.1.1尾葉紫薇(Lagerstroemiaindica)與矮生紫薇(L.indica)。以開花早、芳香尾葉紫薇及4個矮生、花色艷麗、花徑較大的紫薇品種(‘Niver’、‘Rosea Nova’、‘Violet’、‘Petite Pink’)為親本,進行尾葉紫薇與紫薇種間雜交，以改良紫薇性狀。通過雜交和回交，獲得一批紫薇和尾葉紫薇的F1、F2雜種后代以及回交后代,為進一步選育出香花、矮生的紫薇新品種奠定基礎[12]。

2.1.2栽培大豆(Glycinemax)×野生大豆(G.soja)。為培育出早熟、中抗灰斑病的特用龍小粒豆一號，利用稈強、高產(chǎn)的栽培大豆黑龍26為母本、野生大豆龍79-3434為父本進行種間雜交，種植后代F2和F4，出現(xiàn)大量性狀分離，但直立、半直立植株比例極低。結合化學品質(zhì)的測定分析，按育種目標繼續(xù)定向選擇，在F8中選出無限結莢習性龍小粒豆一號。龍小粒豆一號的育成對大豆產(chǎn)區(qū)種植業(yè)品種結構調(diào)整、增加農(nóng)民收入、帶動區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展發(fā)揮重要作用[13]。

2.1.3普通小麥(T.aestivum)×硬粒小麥(T.durum)。為了將四倍體硬粒小麥抗逆、優(yōu)質(zhì)等優(yōu)良特性導入普通小麥中，選用栽培小麥為母本、硬粒小麥為父本進行遠緣人工雜交，觀察雜交F1代的發(fā)芽率和成苗率，發(fā)現(xiàn)其差異顯著，為利用硬粒小麥來改良普通小麥的前期工作提供理論數(shù)據(jù)[14]。

2.1.4現(xiàn)代月季×單瓣黃刺玫(Rosaxanthinaf.spontanea)、報春刺玫(R.primula)、 疏花薔薇(R.laxa)。為培育出抗性強的灌叢月季新品種,選抗性強、灌叢性狀好單瓣黃刺玫、報春刺玫、疏花薔薇為父本以及觀賞性狀優(yōu)良的現(xiàn)代月季為母本進行遠緣雜交。運用形態(tài)學鑒定和倍性鑒定方法，對獲得植株雜種苗進行鑒定，發(fā)現(xiàn)它為真雜種。后代植株的抗性明顯高于親本，為以后的月季栽培提供理論依據(jù)[15]。

2.1.5康乃馨(Dianthuscaryophyllus)×日本石竹(D.japonicus)。為了培育出適合日本氣候種植的新的康乃馨種質(zhì)，以日本石竹和康乃馨為試材，進行遠緣雜交。通過流式細胞儀技術和RAPD，分析其雜種性，確認后代為真雜種，觀察后代遺傳的優(yōu)良性狀，發(fā)現(xiàn)后代植株適應性強[16]。

2.1.6毛稔(M.sanguineum)×野牡丹(Melastomacandidum)、細葉野牡丹(M.intermedium)×毛稔、印度野牡丹(白花)(M.malabathricum)×毛稔、毛稔×多花野牡丹(M.polyanthum)。選用野牡丹、多花野牡丹、 細葉野牡丹、毛稔和印度野牡丹5個種，進行種間雜交，發(fā)現(xiàn)毛稔×野牡丹雜交后代性狀分離嚴重，株高、冠幅、葉片大小的性狀變化較大，花量比親本多；細葉野牡丹×毛稔雜交后代株高、花徑大小在兩親本之間，葉片比親本大，花量比親本少，部分子代出現(xiàn)雄蕊瓣化現(xiàn)象；印度野牡丹×毛稔雜交后代株高、冠幅介于父母本之間，葉片大小、莖的顏色接近母本印度野牡丹，花朵較大，花期長，極少數(shù)出現(xiàn)雄蕊瓣化的現(xiàn)象。這表明所有性狀均有高的遺傳力，其性狀受較強的遺傳基因控制，可在子代中穩(wěn)定遺傳[17]。

2.2 屬間雜交屬間雜交(Intergenericcross)指同科但不同屬間物種之間的雜交。

2.2.1水稻×玉米。用常規(guī)雜交稻不育系分別同玉米自交系和玉米恢復系首先進行有性雜交，然后用雜交一代分別繼續(xù)與玉米自交系和玉米恢復系進行連續(xù)回交的方法選育出玉米稻不育系、玉米稻保持系和玉米稻恢復系。玉米稻三系繼承水稻和玉米優(yōu)良的農(nóng)藝性狀且表現(xiàn)出超強優(yōu)勢，其中不育系和恢復系能同任一常規(guī)雜交稻恢復系和不育系進行測交配組制種，組合品種性狀穩(wěn)定，雜株率不超2%，抗逆性強，抗寒、抗旱、抗倒伏和抗病早蟲害能力強，結實率高達95%以上，產(chǎn)量在13 500 kg/hm2以上,為以后的水稻種植奠定基礎[18]。

2.2.2水稻×李氏禾(Leeria Solora ex Sivart)。為促進水稻與李氏禾屬間遠緣雜交獲得成功，采用幼胚培養(yǎng)和延續(xù)授粉法,可以獲得正常結實的雜種種子，結實率也明顯提高。隨后，將雜交種播于大田，共獲得F1綠苗236株、成株108株。在F2、BF1(回交)群體中出現(xiàn)雙芽苗、雄性不育、柱頭外露率高、抗稻瘟病等特殊種質(zhì)，有望培養(yǎng)成有價值的育種材料[19]。

2.2.3 小麥(Triticumaestivum)×大麥(Hordeumvulgare)。為了將大麥的早熟性狀導入普通小麥中，利用普通小麥與栽培大麥雜交和回交，對后代進行細胞學和染色體原位雜交鑒定，篩選出2個株系。這兩株系均附加兩條能夠相互配對且攜帶含早熟性狀大麥染色體的二體附加系。這兩株系與小麥品種小偃22相比具有早熟性[20]。

2.2.4小麥T.aestivum)×黑麥(Secalecereal)。小麥條銹病造成巨大的產(chǎn)量損失。培育抗病品種是防治條銹病最有效的措施。黑麥中含有豐富的遺傳資源,是小麥育種改良中應用最廣的小麥近緣種。利用高感條銹病的小麥純系MY11與高抗條銹病的白粒黑麥白交系雜交,將黑麥中有利基因?qū)胄←湥诓煌攴輳碾s交后代中選育出53個材料,并且利用分子遺傳學手段鑒定黑麥，獲得在細胞學上快速穩(wěn)定的八倍體小黑麥和具有優(yōu)異抗白粉病和條銹病的小麥黑麥異源多倍體。充分利用黑麥的多樣化，通過遠緣雜交培育新的抗病小麥材料是現(xiàn)在小麥育種的關鍵[21]。

3 遠緣雜交的不親和機理及其解決措施

3.1 遠緣雜交的不親和機理關于遠緣雜交不親和的問題已在百合、牡丹、羽衣甘藍等很多觀賞植物的育種中出現(xiàn)。不親和性是由雜交的一方缺乏另一方的遺傳信息導致的。不親和性主要有受精前障礙和受精后障礙[22]。

受精前障礙(Pro-zygotic barriers)是指2個可育的物種進行授粉后，其受精過程完全不能進行，即存在不親和現(xiàn)象，主要有2種表現(xiàn)：一種是異屬或異種的花粉在母本柱頭上不能萌發(fā)或萌發(fā)異常；另一種是花粉在母本柱頭上雖能萌發(fā)，但其花粉管不能正常生長，在花柱中生長受阻，花粉管變粗或前端分叉甚至破裂，不能到達子房[23]。趙宏波等[24]以栽培菊花‘奧運火炬’(grandiflorum‘Aoyunhuoju’)作為母本分別與濱菊(Leucanthemum)和木茼蒿(Argyranthemumfrutescens)雜交后，母本柱頭上無花粉附著和萌發(fā)，說明菊屬與春黃菊族部分屬間雜交存在不親和現(xiàn)象。孫春青等[25]在研究甘菊、菊花腦為父本分別與栽培菊花‘雨花星辰’和‘金陵黃玉’(DendranthemalavandulifoliumandD.grandiflorum‘Jinlinghuangyu’)雜交失敗的原因中發(fā)現(xiàn)，母本柱頭上花粉萌發(fā)數(shù)量少，且萌發(fā)異常。孫萬倉等[26]采用蕓芥(Erucasativa)與蕓薹屬(Brassica)3個油用種(B.napus,B.juncea,B.rapa)進行雜交，對角果生長發(fā)育進行測量，發(fā)現(xiàn)遠緣雜交果在授粉后9 d前后停止生長，說明雜種胚敗育時期可能在授粉后9 d左右。采用苯胺藍染色法，在熒光顯微鏡下觀察，看到異源花粉很難在柱頭上黏合和萌發(fā)，同時花粉黏合的部位及其附近柱頭乳突細胞內(nèi)有大量的胝質(zhì)產(chǎn)生，只有少許花粉粒萌發(fā)，而且花粉管伸入柱頭也很困難，表明蕓芥與蕓薹屬雜交存在嚴重的受精前障礙。Stettler等[27]報道，美洲山楊(P.tremuloides)×毛果楊(P.trichocarpa)即白楊派樹種與青楊派樹種雜交時花粉管在柱頭出現(xiàn)延伸或扭曲而不能進入柱頭，表現(xiàn)嚴重不親合。

受精后障礙(Post-zygotic barriers)是指雜種胚敗育，遠緣雜交能夠完成雙受精作用，但不能正常發(fā)育，雄配子釋放延遲等，即花粉管穿過胚珠后，雄配子才釋放出來，于是雄配子與雌配子就不能相遇，因此無法融合，也稱為雜交不諧和(Incongruity)。在植株形態(tài)表現(xiàn)上，由子房膨大成的果實逐漸皺癟和枯黃。李辛雷等[28]用栽培菊花作為母本與菊屬二倍體野生種雜交只能通過胚胎拯救的手段才能獲得雜種，證明雜交過程中存在受精后障礙。由于文中缺乏胚胎發(fā)育的相關研究，并不清楚受精后障礙發(fā)生的類型和發(fā)育階段。最近，Datson等[29]以龍面花(Nemesiastrumosa)與多花龍面花(N.fruticans)進行種間雜交的過程中，觀察到父本大量花粉管伸入母本子房和胚珠，但授粉后子房并不膨大，沒有獲得雜交種子，由此表明雜交組合中存在受精后障礙,即可能是受精后胚乳降解和胚胎敗育而導致雜交失敗。

3.2 遠緣雜交不親和的解決措施受精前障礙的克服方法有8種。①蕾期授粉。選擇開花前2～4 d花蕾進行授粉, 從花蕾頂部的1/3～1/4 處用小鑷子向上夾去, 露出花蕾中部球狀的雌蕊, 再授以開花中成熟的花粉。此方法在百合花的育種中取得很好的效果。②延遲授粉。母本柱頭對花粉的識別或選擇能力一般在未成熟和過成熟時最低。因此，提早在開花前或延遲到開花后數(shù)天授粉，可提高遠緣雜交結實率。Castro等[30]試驗表明，延遲授粉是克服遠志科(Polygalaceae)植物雜交障礙、獲得果實的重要方法。③花柱嫁接。父本花粉授在同種植物柱頭上，然后在花粉管尚未完全伸長之前切下柱頭，移植到異種的母本花柱上；或先進行異種柱頭嫁接，待1～2 d愈合后授粉。栗艷玲等[31]利用切割花柱方式來研究亞百系內(nèi)雜交花粉管生長和結實情況，發(fā)現(xiàn)隨著切割花柱長度的增加,花粉管在花柱中及進入子房的量依次遞減,種子數(shù)目與花粉管的生長情況呈正相關，所有組合中都存在胚囊不親和現(xiàn)象,形成無胚且僅有胚乳的種子。④花柱截短。將母本花柱切除或剪短，直接授上父本花粉。van Tuyl等[32]采用花柱短截的授粉方式獲得百合屬(Lilium)種間雜種。⑤混合及蒙導花粉授粉。自然雜交很難進行，花粉的蒙導效應能克服遠緣雜交不親和性。這種方法是采集與雜交母本親和性強的花粉，用一些方法(γ射線、反復冷凍、甲醇浸泡、黑暗中饑餓)把親和花粉中的生殖細胞殺死，但識別蛋白仍有活性，與親和性差的花粉混合在一起，給母本授粉，借助于親和花粉的識別蛋白，可使柱頭不能識別不親和的花粉，完成受精，提高結實率和后代的生活力。采用該法能有效促進花粉管從花柱進入子房，并接近或可能進入胚珠。Sarmah等[33]將失去活力的母本花粉與父本花粉混合進行授粉，成功地克服了受精前障礙，并獲得雜交后代。⑥重復授粉。利用雌蕊發(fā)育程度和生理狀況的差異多次授粉，促進結籽。當桃和杏雜交時，重復授粉可以顯著提高雜交親和性。⑦橋梁法(媒介法)。利用親緣關系與兩親本較近的第3個種作為橋梁。這個“橋梁種”起有性媒介作用。A×B不易成功，可采取(A×C)×(B×C)，C為橋梁種。在菊花中芙蓉菊(Crossostephiumchinense)和栽培菊直接雜交很困難，但通過先與大島野路菊(Chrysanthemumcrassum)雜交，再用它們的雜種與栽培菊雜交，則很容易就可收獲到種子，而且雜種后代中攜帶有芙蓉菊的基因組[34]。⑧試管離體受精。利用試管進行人工離體受精(Pollinationinvitro),即在無菌條件下，將放在培養(yǎng)基上的雌蕊或裸露的胚珠及花粉分別進行培養(yǎng)，待花粉萌發(fā)后，使其在培養(yǎng)條件下完成受精作用。這也是克服受精前生殖障礙的有效方法之一 。

對于受精后障礙的克服，在近幾十年的研究中發(fā)展了胚搶救、子房培養(yǎng)、子房切片培養(yǎng)和胚珠培養(yǎng)等一系列成熟的技術，但是胚搶救最為常用。①胚挽救技術。在生長時期，由于胚乳和胚不親和，胚乳敗育而導致胚敗育。在果實枯黃前進行離體培養(yǎng)，即在雜種胚乳完全敗育的情況下，通過人工配制的培養(yǎng)基提供雜種幼胚的營養(yǎng)，使之正常生長發(fā)育成苗。目前，胚胎拯救已被成功地應用于菊花育種中，Watannabe[35]在二倍體野生菊(Ch.boreale和Ch.makinoi)和栽培菊花雜交后，采用胚胎拯救方法獲得不同倍性的雜種。李辛雷等[36]利用胚胎拯救方法成功實現(xiàn)了菊屬菊花腦、甘菊和栽培菊花的雜交，并獲得一批種間雜種。②子房培養(yǎng)、胚珠培養(yǎng)。由于胚齡太小，幼胚不易從胚珠中解剖出來，另外完全處于異養(yǎng)狀態(tài)的幼胚對培養(yǎng)條件要求很高，若采用胚挽救技術則往往超出現(xiàn)有的技術水平，因此利用子房培養(yǎng)、胚珠培養(yǎng)就顯得很重要。如用菊屬二倍體野生種作母本與多倍體栽培菊花雜交時，可能由于花器官差異，利用子房培養(yǎng)效果較好[37]。③理化因素或激素處理，比如用γ射線照射花粉再授粉能明顯提高其親和力，有利于雜交的成功?；瘜W或激素處理(GA、萘乙酸、硼酸、吲哚乙酸等)是在母本雌蕊上涂抹或噴灑這些激素，可以促進花粉萌發(fā)和花粉管生長，有利于雜交結實率的提高。陳瑞丹等[38]利用赤霉素處理梅花柱頭之后，發(fā)現(xiàn)其遠緣雜交親和性得到較大提高。④生物技術，如試管受精(從母本花中取出胚珠，置于試管中培養(yǎng)進行人工授精)，也可以用體細胞雜交(去掉細胞膜后進行細胞融合)。Furuta等[39]利用體細胞融合技術獲得栽培菊花與苦艾的屬間雜種，獲得的雜種能正常開花，并且成功地將苦艾的抗銹病性狀轉移到栽培菊花中。

4 遠緣雜交雜種鑒定方法

目前，遠緣雜交已被廣泛應用于各種植物育種領域，并且取得理想的結果。由于雜種后代的復雜性，需要對雜種后代進一步鑒定，以期判斷后代的真?zhèn)我约昂Y選親本親和性強的雜交親本組合，并且開發(fā)雜種早期鑒定的分子標記技術，為植物種質(zhì)資源的創(chuàng)新、育種效率的提高提供依據(jù)。

4.1 形態(tài)學鑒定形態(tài)學鑒定主要是對個體外在性狀描述，能夠用儀器測量其外部特征(如顏色、外形、器官結構等)，以這種形態(tài)性狀、生理性狀及生態(tài)地理分布等特性作為遺傳標記，來研究物種間的關系和分類。該方法在研究質(zhì)量性狀的遺傳顯得更簡單、更方便，目前仍在遠緣雜交育種中發(fā)揮著重要作用。為了培育百合新品種，楊利平等[40]以抗性強野生條葉百合(Liliumcalosum)為母本，以王百合(Lregale)為父本，進行種間雜交獲得后代。通過形態(tài)學鑒定，發(fā)現(xiàn)雜種百合的百粒重、大小均小于親本，雜種百合幼苗的根系要比親本的發(fā)達，雜種后代長勢快，抗性強，為以后百合育種提供理論依據(jù)。馬克群[41]利用國內(nèi)外狗牙根(Cynodonspp.)和非洲狗牙根(C.transvaalensis)的優(yōu)良選系進行種間雜交，雜交之后進行形態(tài)學鑒定，發(fā)現(xiàn)10個狗牙根和2個非洲狗牙根的葉片寬度、節(jié)間直徑、穗支數(shù)、穗支長度、小穗長度、葉片色澤、匍匐莖色澤和花柱色澤等8個外部性狀可作為鑒別這兩個種的形態(tài)指標。通過對8個形態(tài)學指標進行分析，其中葉片寬度、節(jié)間直徑和草層高度3個性狀介于狗牙根之間，而其他5個性狀與狗牙根有明顯的差異，葉片極窄，穗支數(shù)極少，小穗極長，穗支長度短，葉片色澤均為黃綠色，從而鑒定出雜種后代?？梢哉f，外部性狀是特定基因型的外在表現(xiàn)，是初步鑒定非常重要的方法。

4.2 細胞學鑒定在細胞學方面，王同昌[42]將八倍體的小黑麥(Triticale8×)與普通小麥(Ttitrumaestivum)進行雜交，19個雜交組合F1在株高、穗型方面基本上表現(xiàn)為兩親中間型。其中，有4個組合F1在穎型、穎色或籽粒方面與小黑麥相似，有15個組合F1的穗軸基部有穗軸毛。通過運用細胞學觀察雜交組合世代花粉母細胞的變化，發(fā)現(xiàn)分離的世代有明顯的八倍體趨勢，并且隨著世代的提高，環(huán)狀的二價體逐漸增加，正常四分孢子比例加大，結實率和籽粒飽滿度相對改善，說明八倍體小黑麥與普通小麥不同品種進行雜交，從分離的世代中明顯看出后代的八倍體趨向,有利于培育出新的普通小麥品種。劉清華[43]以高稈野生稻(O.alta)和栽培稻(Oryzasativa)進行遠緣雜交，運用形態(tài)學觀察比較雜交后代的株高、莖稈、葉片、芒、結實性和落粒性等方面,初步鑒定為真雜種；從細胞學方面可以看出,RW147-8×、CW026-6×已加倍成功,CW026-3×、ASAPCD為真雜種。經(jīng)過鑒定的高稈野生稻多倍體、異源雜種三倍體、異源六倍體及異源三基雜種四倍體,為進一步研究栽培稻與野生稻的進化關系,選育強優(yōu)勢異源多倍體水稻提供了豐富的資源，特別是異源三基雜種ASAPCD具有繼續(xù)加倍而獲得ASASAPAPCCDD同源異源八倍體水稻的潛力,為實現(xiàn)遠緣多倍體超級稻育種目標建立良好的基礎。

4.3 同工酶同工酶自首次被提出到現(xiàn)在已將近50年,被廣泛應用于鑒定真?zhèn)坞s種以及功能相同(近似)的酶類。同工酶是指功能相似而結構不同的一類酶。同工酶標記是一種共顯性標記，多態(tài)性反應在蛋白質(zhì)水平上，因此對親本及子代的同工酶(過氧化物酶、酯酶等)酶譜進行分析和比較，可以直接反映所鑒定材料的雜種特性。羅向東等[44]運用同工酶技術準確地鑒定栽培黃瓜‘長春密刺’(Cucumissativus)與野黃瓜(C.hystrix)雜種的真實性。李造哲[45]探討了披堿草(Elymusdahurieus)和野大麥(Hordeumbrevisubulatum)雜種的遺傳變異和對親本性狀的繼承情況, 發(fā)現(xiàn)雜種F1的酯酶同工酶譜主要表現(xiàn)為雙親酶帶的互補類型, 親本的個別酶帶在雜種F1有丟失現(xiàn)象, 正反交雜種F1均產(chǎn)生一條雜種帶, 雜種F1酶譜有偏向母本遺傳的傾向, 正反交的回交l代酯酶同工酶譜基本相同, 但也存在一定的差異,回交l代的酯酶同工酶譜明顯地偏向輪回親本野大麥。周文招等[46]以歐洲丁香雜種F1代為試驗材料，采用聚丙烯酰胺凝膠電泳法，對歐洲丁香8個雜交組合18個F1代進行同工酶分析，對酯酶、莽草酸脫氫酶、蘋果酸脫氫酶進行酶譜分析發(fā)現(xiàn)特異性條帶，從而判定其中16個F1代為真雜種。這說明同工酶標記可以作為鑒定丁香雜種的有效方法，為以后準確鑒別雜種真?zhèn)翁峁┮欢ǖ睦碚摶A。

4.4 分子標記分子鑒定方法已被廣泛地應用到植物雜種真實性的鑒定中，其中RAPD(Randomly amplified polymorphi,cDNA)、AFLP(Amplified fragment length polymorphism)和SSR(Simple sequence repeat)在菊花和牡丹等植物中已得到成功的應用。RAPD是以基因組總DNA為模板，利用隨機引物對模板進行PCR擴增得到多態(tài)性DNA片段，然后通過電泳檢測片段的多態(tài)性，以此來診斷生物體內(nèi)在基因排布與外在性狀表現(xiàn)規(guī)律的技術。李辛雷[36]利用RAPD技術對菊屬種間雜種進行鑒定，可重復性較好，結果比較可靠。AFLP技術是一種分子標記技術，具有信息量大、靈敏度高和重復性好的優(yōu)點。吳靜等[47]利用‘正午’牡丹為親本，分別與‘鳳丹白’、紫斑牡丹、中原牡丹和日本牡丹進行正交與反交試驗，并利用AFLP標記對部分雜交后代進行鑒定，從64對AFLP選擇性引物組合中篩選出9對引物進行擴增，檢測到雜交子代苗(F1代)的AFLP標記條帶既有雙親共有條帶又有母本與父本的特有帶，還有少量個體出現(xiàn)雙親沒有的條帶。這些結果表明，雜交后代確實是雙親雜種，不僅遺傳親本特征，而且產(chǎn)生變異，從而確定這22株為真雜種。SSR是基于PCR技術上的一種應用較廣的分子標記方法。它具有含量豐富、多態(tài)性高、共顯性等優(yōu)點。桃聯(lián)安等[48]針對云南割手密(Saccharumspontaneum)82-114(簡稱云割82-114)豐產(chǎn)、強生勢的種質(zhì)特性, 利用福州果蔗(百眉蔗)與云割82-114雜交獲得99-67, 利用99-67與云瑞99-248雜交獲得03-1、03-3、03-12、03-16等18個雜交后代, 利用03-16與ROC10雜交獲得04-65,利用03-12與云瑞03-122雜交獲得04-66等優(yōu)良創(chuàng)新種質(zhì)。通過SSR分子標記對云割82-114的創(chuàng)新優(yōu)良后代進行雜種真實性鑒定，發(fā)現(xiàn)其中有4個后代具有父本的特征帶，從而確定這些植株為真雜種，為甘蔗新品系的選育提供優(yōu)良的創(chuàng)新種質(zhì)。

5 鼠尾草屬植物種質(zhì)資源和遠緣雜交育種展望

鼠尾草屬(Salviaspp.)為唇形科(Lab iatae)一、二年生以及常綠的多年生草本植物、亞灌木和灌木, 全世界有1 000多種, 主要分布于熱帶或溫帶地區(qū)。我國約有該屬植物83種25個變種9個變型, 分布于全國各地,尤以西南地區(qū)最多[49]。

在鼠尾草屬植物類群中, 最令人矚目的是它的藥用價值, 其中許多植物在很久以前就被應用于臨床治療。據(jù)資料記載, 我國藥用鼠尾草植物有50種之多, 占我國鼠尾草屬植物種類的60%，在全國各地都有種植。如甘西鼠尾草(Salviaprzewalskii)、黃花鼠尾草(S.flava)、粘毛鼠尾草(S.roborowskii)、錫金鼠尾草(S.sikkimensis)等全草藥用, 主要功效作為排膿生肌與活血調(diào)經(jīng),是藏藥中活血化瘀良藥；丹參(S.miltiorrhiza)主要應用在中醫(yī)臨床，用來治療心血管系統(tǒng)疾病。近年研究還發(fā)現(xiàn)，該藥材中含有多種化學成分，對血小板聚集有明顯的抑制作用。隨著人類對自然資源開發(fā)利用程度與水平的不斷提升, 鼠尾草屬植物具有很好的開發(fā)前景與較高的經(jīng)濟價值。

當然，鼠尾草屬很多植物也具有較高的觀賞價值。它們生長勢強，耐低溫，花期長且集中，且具芳香，被稱為新優(yōu)草本花卉?？膳柙灾糜谕ピ喝缡a生鼠尾草(S.umbratica)、毛地黃鼠尾草(S.digitaloides)、藍花鼠尾草(S.farinacea)等均可做盆栽；多年生種類可以在林下或草坪上成片栽培，形成花海，或模擬自然界中林緣多種野生花卉交錯生長的狀態(tài)，栽植在綠地邊緣、河湖岸邊、風景區(qū)等道路兩旁、擋土墻及建筑物墻基等處，形成花境。如淡紫色或粉紅色的紫花圓苞鼠尾草與藍紫色的云南鼠尾草(S.yunnanensis)、紫紅色的甘西鼠尾草搭配，花開時節(jié)，形成一方藍紫色的夢境；花為橙黃、白、深藍及紫色的橙色鼠尾草(S.aerea)、開黃色花的犬形鼠尾草以及開藍紫色或紫色花的雪山鼠尾草(S.evansiana)，混合栽植，花香就能從7月一直持續(xù)到10月份；也可在草坪、花壇園林景點布置，如多年生的一串紅、蔭生鼠尾草、彩苞鼠尾草、黃花鼠尾草、藍得迷人的草原鼠尾草(S.pratensis)等以及一年生的荔枝草(S.plebeia)、朱唇(S.coccinea)等都是良好的花壇植物材料。

目前，通過遠緣雜交進行雜種品種選育、群體改良等方面的應用已受到重視，也成為植物生殖發(fā)育研究的熱點，但是鼠尾草屬植物種質(zhì)創(chuàng)新和利用研究相對落后，不過已有人進行一串紅品種鑒定和種質(zhì)資源親緣關系分析的研究，為鼠尾草屬植物的進一步研究提供一定的理論基礎。

明確親緣關系的遠近有助于遠緣雜交育種工作的成功。楊建玉等[50]采用AFLP分子標記技術對北京地區(qū)鼠尾草屬植物的7個種23份樣本進行親緣關系分析，結果表明在遺傳距離為0.32的水平下,23份鼠尾草屬植物樣本歸為7個組，即一串紅(S.splendens)組、藍花鼠尾草(S.farinacea)組、朱唇組、雪見草(S.plebeia)組、丹參(S.miltiorrhiza)組、蔭生鼠尾草(S.umbratica)組和羅馬尼亞鼠尾草(S.officinalis)組。藍花鼠尾草、朱唇、雪見草、丹參、蔭生鼠尾草、羅馬尼亞鼠尾草與一串紅的親緣關系依次變遠；在一串紅種內(nèi),自選品種(系)與商品種親緣關系較遠。王維婷等[51]利用SRAP分子標記技術對48個不同來源的丹參種質(zhì)進行遺傳多態(tài)性的分析,并對其進行類群的劃分，表明不同丹參種群間遺傳距離與空間距離之間的關系較復雜,不同地區(qū)間丹參種質(zhì)的遺傳分化不均衡。隨著丹參種質(zhì)馴化程度的增加,種質(zhì)間的遺傳距離有所增加。這些研究為在以后對北京地區(qū)以及其他地區(qū)的鼠尾草屬植物開展種間和種內(nèi)遠緣雜交育種，獲得性狀優(yōu)良的雜交后代研究提供理論基礎,也可以減少育種工作的盲目性。

綜上所述，人工遠緣雜交已經(jīng)在作物新品種選育中發(fā)揮重要作用，包括提高產(chǎn)量、改良品質(zhì)、增強對生物和非生物脅迫的適應性和抵抗力等方面，但鼠尾草屬的遠緣雜交育種工作仍處在起步階段，相對在人工遠緣雜交以及分子生物學技術上鼠尾草屬遺傳改良和輔助育種上的應用尚淺。因此，綜合運用多種方法，有效提高遠緣雜交親和性，特別要注重受精前后生殖障礙克服方法(如幼胚拯救、雜種染色體加倍等) 的結合，以獲得大量可供篩選的后代群體,將有助于鼠尾草優(yōu)良觀賞性狀的定向選擇。

目前，生物技術育種有誘變育種、轉基因技術育種、細胞雜交育種、細胞工程育種等。眾多科研人員都采用這些技術進行科研工作，取得較好的成果，對植物改良和種質(zhì)創(chuàng)新具有很高的應用價值，但這些技術物種及基因型間存在差異，遺傳性狀不穩(wěn)定，在實際應用中會有很大的障礙，但是常規(guī)育種卻可以得到基因型純合的定型品種；在理論上，該方法主要是加性效應和部分上位效應起作用，固定遺傳性狀非常好；常規(guī)育種每年直接從生產(chǎn)田或種子田內(nèi)植株上收獲種子，非常簡單；常規(guī)育種是在同種植物內(nèi)利用育種手段獲得優(yōu)良性狀的特定植物品種，組成更良好的雜交組合,以此不斷育成新系。如兩者相互結合，而不是此消彼長的，把它們作為育種的主要技術手段同時發(fā)展，相互促進。生物技術育種作為一種新興的技術手段也會憑借其獨特的優(yōu)越性在育種上發(fā)揮越來越重要的作用。常規(guī)育種手段已在過去和現(xiàn)在的育種中具有相當重要的作用，也必將是未來很長一段時間內(nèi)植物育種中不可缺少的手段。 針對國內(nèi)鼠尾草育種研究薄弱的現(xiàn)狀，未來研究的方向和重點首先應確定育種目標，篩選親合力高的雜交組合，揭示雜交不親和的分子機理，建立受精后的胚挽救技術體系，以有效的手段進行鼠尾草屬內(nèi)種間雜交，為鼠尾草屬的雜交育種工作提供研究資料，最終開辟國內(nèi)外鼠尾草育種新途徑，實現(xiàn)資源創(chuàng)新，使其能更廣泛地應用于醫(yī)藥、食品、香料、化妝品工業(yè)及觀賞領域。最后，應嘗試開展多個物種間的復合雜交研究，構建多屬間或多種間的遠雜種，以實現(xiàn)有益性狀的聚合。

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Status and Prospect of Plants’ Distant Hybridization Breeding

ZHANG Mei-ling1, CHEN Hong-wei2, WANG Hong-li1, LIU Ke-feng2*et al

(1. College of Landscape, Beijing University of Agriculture, Beijing 102206; 2. Urban and Rural Development College, Beijing University of Agriculture, Beijing 102206)

The distant hybridization can effectively break interspecific and intergeneric isolation of plants. In order to obtain new germplasm resources, further broaden the genetic basis of cultivars, distant hybridization improve the production potential and cultivate new varieties with strong specificity. However, various barriers often exist in plant distant hybridization and severely influence the utilization of these excellent germplasm resources. Therefore, this paper presents a detailed review on the significance and application of distant hybridization, types of incongruity barriers, means of overcoming incongruity barriers, and identification methods. On the basis of this, the prospects of Salvia spp. distant hybridization breeding were forecasted.

Distant hybridization; Application; Reproductive barrier; Hybrid identification

國家自然科學基金項目(31100509)；北京農(nóng)學院科研質(zhì)量提高項目(GZL-2013007)。

張美玲(1988- )，女，山西大同人，碩士研究生，研究方向：園林植物栽培生理與生態(tài)。*通訊作者，研究員，碩士，從事土壤肥料及花卉栽培、引種選育、工廠化標準育苗方面的研究。

2014-11-21

S 184

A

0517-6611(2015)01-011-07