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研究花卉作物栽培的其他新成果

花匠小妙招
2024-08-10 14:47

研究花卉作物栽培的其他新成果

（一）探索其他木本花卉栽培的新信息

1．研究杜鹃花栽培的新进展

绘制成杜鹃花的高质量基因组图谱。2020年10月，北京林业大学林木分子设计育种高精尖创新中心，联合中科院植物研究所以及比利时、瑞典、加拿大等国专家组成的一个研究团队，在《自然·通讯》杂志上发表论文称，他们破译了杜鹃高质量的基因组图谱及其构成特点，揭示了花色形成相关的基因调控模式、关键的转录因子及结构基因，为杜鹃花关键性状遗传机制研究和高效分子设计育种技术，提供重要基础。

野生杜鹃花又名映山红、照山红、山踯躅和山石榴等，主要分布在我国东部。它是当前万余个园艺杜鹃花品种的原种，也是百余年来欧美日等国杜鹃花杂交育种的主要亲本。

该研究基于长读长测序技术，获得杜鹃花高质量的基因组组装和功能注释，并识别开花和花色相关的重要代谢调控通路。同时利用基于时间序列的基因共表达分析，揭示出与花色决定有关的等级基因调控网络，检测到MYB、bHLH和WD40三个转录因子家族成员，可能构成复合体从而共同决定着花色形成。

杜鹃花是著名花卉，我国十大名花之一，具有较高观赏价值。杜鹃花属包括约1千个野生种和3万多个栽培品种，因其丰富、多样的美丽花冠而闻名于世。多样的杜鹃花品种，在欧洲、北美和亚洲各国，作为盆栽植物和景观灌木的地位日益突出。仅在比利时栽培杜鹃花的年产量已达4000万盆。

尽管具有全球范围认可度和庞大的产业规模，但杜鹃花的选育途径还停留在基于表型性状的亲本选择与杂交，关键性状决定机制不明，高效精准的现代育种技术体系还未建立。解析高质量杜鹃花植物基因组，是杜鹃花功能研究和高效分子设计育种的前提基础，对杜鹃花产业发展有重要推动作用。

2．研究木槿花功能的新发现

发现木槿花提取物具有抗癌功能。2019年11月20日，韩媒报道，近日，韩国山林厅国立山林科学院，与忠北大学药学院李美京教授课题组共同组成的研究团队，在《植物化学通讯》杂志发表论文称，他们研究显示，在韩国国花木槿花中，发现了具有抑制肺癌细胞增殖效果的新抗癌物质。

报道称，研究团队从木槿花根提取物中，分离出6种抑制肺癌细胞增殖的天然化合物。并在此过程中，首次发现了迄今为止从未报告过的3种新物质。

研究人员对从木槿花中提取的6种天然物质进行分析后发现，它们可以抑制人体肺癌细胞株的增殖，特别是新发现3种物质中的1种物质，其抗癌效果较其他物质相比，极为显著。研究人员表示，此次研究结果正在韩国国内申请专利。

国立山林科学院森林资源改良研究科科长表示，此次研究结果，确认了木槿花药用材料开发的可能性，具有很大的意义。另一方面，今后也会通过木槿花研究，发掘新的功能性有用物质，同时继续进行培育研究。期待能对今后利用植物成分提取物来研究开发抗癌剂方面，做出巨大贡献。

（二）研究其他草本花卉栽培的新信息

1．牵牛花栽培与育种探索的新进展

⑴用金鱼草基因培育出黄色牵牛花品种。2014年10月，日本基础生物学研究所发表公报说，他们与鹿儿岛大学和三得利全球创新中心的同行合作，通过向牵牛花植入金鱼草基因，成功培育出了黄色的牵牛花品种。

日本江户时代的文献中，记载有“像菜花一样的黄色牵牛花”。但这一品种，却未能保留下来，现代人无缘得见，所以黄色牵牛花也被称为“梦幻牵牛花”。

牵牛花最初只开蓝花，经过多年的改良与培育，现已有红色、桃色、紫色、茶色、白色等多种颜色品种。一般来说，开黄色花需要植物体内有类胡萝卜素、橙酮等黄色色素，而牵牛花恰恰缺乏这些色素。研究人员注意到，在开黄花的金鱼草体内，有两种基因能利用奶油色色素查耳酮合成黄色色素橙酮，于是向开奶油色花的牵牛花品种植入这两个基因，成功使其开出了黄色的花，并使花瓣更为舒展。

⑵发现牵牛花种子可胜任星际旅行。2017年5月，法国国立农业研究所凡尔赛宫研究中心名誉植物学家戴维·特普弗，与法国巴黎-默东天文台退休物理学家释尼·里奇等人组成的一个研究小组，在最近出版的《天体生物学》杂志上发表论文称，他们一项新的研究发现，天然防晒剂能够帮助牵牛花的种子，在足以灼伤大多数人类皮肤的紫外线辐射剂量下幸存下来。研究人员指出，普通开花植物的耐寒种子，甚至可能在一次行星间的旅程中幸存下来。

这项研究始于10年前，当时宇航员把大约2000粒来自烟草植物和一种名为拟南芥的开花植物的种子，放在了国际空间站的外面。在558天里，这些种子暴露于高水平的紫外线、宇宙辐射和极端温度波动下，即这些条件，对于大多数生命形式而言都是致命的。

不过，当这些种子于2009年回到地球时，大约有20%的种子发芽并成长为正常的植物。特普弗表示：“种子非常适合储存生命。”

但是，科学家刚刚开始了解这些种子是如何存活下来的。如今，10年后，他们仔细研究了其中一些太空旅行种子的脱氧核糖核酸(DNA)。科学家着眼于那些没有人试图发芽的种子，它们在离开地球之前便已经在基因组中插入了一小段遗传密码。这段编码让研究人员测试了暴露在太空中的DNA的结构和功能，进而发现两组DNA都存在退化现象。研究人员指出，一些DNA的结构单元可能发生了化学融合过程，在这一过程中，遗传密码往往会失活。他们推测，被波长很短的紫外线损坏的种子，如果能够随着生长修复DNA损伤，则有可能发芽。

然而，研究人员想看看一粒种子到底能够承受多大的虐待。在实验室后续试验中，他们把牵牛花、烟草和拟南芥等3种植物的种子，暴露在高剂量的紫外线下。最终，他们认为，牵牛花的种子可能基于它们较大的外壳、坚韧的种皮，从而有能力在土壤中存活超过50年。

研究人员发现，只有牵牛花的种子，在暴露于大约是通常用来消毒饮用水剂量600万倍的紫外线下之后依然能够发芽，而这一剂量会杀死更小的烟草和拟南芥的种子。

研究小组指出，包含黄酮类(一种可作为天然防晒剂的在红酒和茶叶中常见的化合物)的一个保护层可能与牵牛花种子的这种超强生命力有关。特普弗说，给动物喂食含有高黄酮类化合物的饮食，可能会提高它们抗紫外线的能力，从而使它们更适合于星际旅行。

2．矮牵牛花生理现象探索的新进展

⑴破解矮牵牛花蓝色之谜。2014年1月，一个由植物学家组成的研究小组，在《细胞报告》杂志网络版上发表论文称，世界各地大多数苗圃架子上摆放的鲜花，招展着自己五颜六色的花瓣：黄色、白色、粉色、紫色、红色和绿色。但是，蓝颜色的花即很不常见。现在，他们不仅发现一些矮牵牛花会开出蓝色花瓣，而且已经探明了其中的原因。

研究人员说，这些花，与那些人们熟知的经典红色和紫色矮牵牛花不同。他们发现，蓝色矮牵牛花发生了基因突变，使这种植物细胞中的两个“泵”失灵。

在正常情况下，这些泵能够确保花瓣细胞内的大隔层，保持与一杯咖啡相当的酸度。离开这些泵，花瓣隔室的酸性降低，花瓣化学成分的变化会改变光在花瓣上的反射路径，这就赋予花朵呈现出迷人的蓝色。这项研究成果，可能引导出设计玫瑰和兰花等其他植物品种的新方法，使它们生长出稀有的蓝色花瓣。

⑵发现能帮助矮牵牛花释放花香的关键蛋白。2018年6月，植物生物学家芬米拉约·阿德贝辛、弗朗西斯卡·埃贝尔和乔纳森·格申松等人组成的研究小组，在《视角》杂志发表论文称，他们发现了一种关键蛋白，它能帮助矮牵牛花释放花香。

尽管花朵释放的化合物常常沁人心脾，但它们的意义远不只是宜人的气味；挥发性有机化合物对吸引传粉和播散种子动物、抵御地表上下食草物种和病原体、植物间信号传导都起着不可或缺的作用。在有些情况下，它甚至会干扰竞争植物的生长和成功繁育。然而，它是否通过跨越植物细胞膜做主动转运，还是仅通过简单扩散，则仍然未知。

阿德贝辛用处于脱苞期的某一天，及第二天开花期的矮牵牛花的RNA测序数据，来确认蛋白表达的转变，这两个时期分别是矮牵牛花挥发性有机化合物释放量最低和最高的发育阶段。当矮牵牛花过渡至挥发性有机化合物高释放状态时，研究人员发现了PhABCG1蛋白，预计它有助于挥发性有机化合物的跨细胞膜转运，其表达几乎全部处于绽放花朵的花瓣之中。

研究人员发现，当他们把PhABCG1的表达水平降低70%～80%时，挥发性有机化合物的释放总量会减少52%～62%。这些发现表明，PhABCG1充当的是一种挥发性有机化合物跨越细胞膜的关键性转运蛋白，尽管其它转运蛋白还有待发现。

3．金鱼草花基因组测序研究的新进展

合作破译金鱼草花基因组密码。2019年1月，有关媒体报道，中科院遗传与发育生物学研究所薛勇彪研究员主持，该所梁承志为主要成员的研究团队，与英国等科学家一起，发布了金鱼草花全基因组精细图谱，展示了金鱼草花的进化历程，或为揭开其迷人花色提供线索。

金鱼草花经历数千万年的进化，花色日益多样，观赏价值越来越高，终于形成今日所见的艳丽形象。其绽放之时，花瓣裂为上下两唇，上唇为对称的两裂，下唇3裂，酷似一条金鱼，也因此得名为“金鱼草”。

研究人员说，他们完成了一个近乎完整的金鱼草花栽培品种JI7的基因组序列，结合遗传图谱辅助组装策略得到了金鱼草花8条染色体的分子序列，注解得到含有37，714个蛋白质编码基因和800个microRNA基因，基因组图谱的覆盖度达97.12%。

在这个过程中，研究人员惊喜地发现，大约5千万年前，金鱼草花的祖先发生了特殊的全基因组复制事件，这促使了它获得新的性状：两侧对称，而这个时间与蜜蜂大规模出现的时间是一致的。这也说明，金鱼草花作为一种虫媒植物，其进化及变异与蜜蜂具有密切关系。