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科研工作为鸢尾产业注入活力

花匠小妙招
2024-08-10 06:35

作者 | 王新悦

鸢尾属植物是我国具有资源优势的特色花卉，因观赏价值高、适应性强而广泛应用于城乡人居环境品质提升。近年来，我国鸢尾产业兴起，鸢尾在专类园、水岸湿地花园、水生态治理、家庭园艺中发挥着日益重要的作用。一些鸢尾种类还可作鲜切花和盆花，其根茎可入药，调制精油、酒水等，应用前景广阔，值得深入发掘。国内科研机构对鸢尾开展了一系列深入研究，从种质资源收集评价、观赏性状研究到新品种选育和商业化扩繁，为鸢尾产业发展注入了新活力。

北京林业大学

立足抗逆性育种与应用实际

北京林业大学高亦珂团队立足育种与应用实际，围绕培育抗逆性强、二次开花有髯鸢尾和适应性广的饰冠鸢尾、糖果鸢尾、拟鸢尾及其他无髯鸢尾，开展了一系列关键观赏性状研究，取得了丰厚成果，为缩短鸢尾属植物育种进程做出重大贡献。研究结果获得国家科学技术进步二等奖、北京市科学技术进步二等奖等奖励。3个连续开花有髯鸢尾品种获得国家林草局的新品种保护权。5个拟鸢尾新品种已通过国家林草局的新品种保护实质审查。14个有髯鸢尾新品种、12个糖果鸢尾新品种完成国际登录。

▲完成国际登录的糖果鸢尾新品种 ‘Fiery Rhapsody’

二次开花有髯鸢尾可在春季和秋季开花，具有两季观赏期，是园林绿化中不可多得的宝贵材料。团队以连续开花鸢尾品种为亲本，构建杂交群体，对关键表型性状的遗传参数进行分析，完成了鸢尾观赏性状主基因和多基因效应研究，揭示了有髯鸢尾观赏性状的遗传规律；以同胞家系的单次开花和连续开花个体为材料进行转录组测序，挖掘出连续开花关键候选基因，并初步提出鸢尾连续开花的调控网络，为进一步开展分子育种奠定基础。

▲拟鸢尾新品种‘梦蝶’

糖果鸢尾是野鸢尾和射干经不断杂交、回交繁育而得后代群体的统称。高亦珂团队收集野鸢尾和射干种质资源，构建了不同代际的糖果鸢尾群体，通过大量的田间实验，结合形态解剖学、细胞生物学等实验室工作，理清了野鸢尾、射干和糖果鸢尾各代开花性状的遗传规律。

野鸢尾和射干单朵花的开放时间、自然分布区均有部分重叠，两者人工杂交得到的糖果鸢尾变异丰富、育性良好，但在自然界却从未发现其天然杂种。团队研究发现，一天内开花时间的显著差异对野鸢尾和射干间的生殖隔离具有重要作用，并通过对花朵生物学、传粉生物学、生殖系统的研究解搭了在自然界未发现野鸢尾和射干天然杂种原因的问题。

为进一步探索糖果鸢尾形成单花期差异的分子机制，团队从F2群体中选择开放和闭合时间差异较大的个体进行转录组测序，筛选出了影响单花期的关键基因，为进一步开展糖果鸢尾单花期研究工作提供基础。

团队还开展了抗逆性强、耐盐碱的拟鸢尾育种，用拟鸢尾系品种与喜盐鸢尾杂交，获得耐盐碱、抗逆性强、观赏性高的拟鸢尾远缘杂交新品系。该系列特点是植株较高且不倒伏，花大、花色丰富，抗旱抗寒，具高观赏价值和广泛的应用前景，实审通过的5个新品种包含2个具有春色叶品种。

沈阳农业大学

耐寒鸢尾种质资源收集与利用

自2007年开始，沈阳农业大学毕晓颖团队围绕鸢尾种质资源收集、分类、评价与创新利用开展了广泛研究。在种质资源收集方面，课题组不间断地对辽宁、吉林、黑龙江及内蒙古等东北地区鸢尾属植物种类进行了全面、系统、大量考察，弄清了该区域内分布的鸢尾野生资源种类及现状，发现了窄叶粗根鸢尾、白花和黄花野鸢尾、白花燕子花等珍稀资源。目前，课题组共收集保存野生鸢尾资源190份，涵盖东北地区除乌苏里鸢尾以外的所有鸢尾种类，并对东北地区鸢尾属植物的观赏性评价、染色体数目及核型、孢粉学及花粉保存等方面进行了系统研究。2018年对我国特有种矮鸢尾开展迁地保存、繁殖生物学及濒危原因等方面的研究，为该种类的保护和利用提供了理论依据。

课题组于2007年首次系统研究了我国原产耐寒野生无髯鸢尾种子休眠与萌发特性，明确了不同种类鸢尾的种子休眠类型，并获得了打破休眠、提高萌发率的最佳方法，对该属野生资源的合理开发利用具有较高的经济价值和科学意义。同年开展了鸢尾组培技术研究，建立了野鸢尾和德国鸢尾组培快繁最佳体系。而后，相继开展了鸢尾远缘杂交、无融合生殖和染色体加倍研究。在鸢尾种间杂交亲和性、野鸢尾和射干属间杂交后代遗传规律及花色形成机理等方面进行了深入研究。2019年完成了野鸢尾多倍体诱导，首次获得四倍体野鸢尾植株，对该资源的利用具有重要意义。

▲糖果鸢尾‘辉煌’

▲糖果鸢尾‘草莓糖’

多年来，课题组开展了卓有成效的杂交育种工作。自2011年培育出4个鸢尾新品种并在我国率先进行鸢尾品种国际登录后，截至目前共培育出鸢尾新品种42个。尤其是在糖果鸢尾品种创新上取得了丰硕成果，培育出的新品种具有花期长、花色丰富、生长势强、抗逆性强的特点，如具有亮丽花色的‘草莓糖’和‘辉煌’，适宜在东北、西北、华北地区栽种，可广泛应用于盆栽、切花、园林绿化、科普教育等。

2016年，由于在鸢尾种质资源研究及新品种选育方面的突出贡献，沈阳农业大学园艺学院被国际园艺学会命名与登录委员会任命为鸢尾品种国际登录的中国权威机构，毕晓颖被任命为鸢尾品种国际登录中国权威登录专家。

浙江大学

鸢尾属植物的保护和可持续利用

浙江大学夏宜平团队自2010年起系统开展鸢尾属植物科研工作，在资源收集与保存、开花生物学、快繁体系构建、越冬浅休眠特性、新品种培育等方面取得了一系列重要进展，为鸢尾属植物的保护和可持续利用提供了重要的理论和实践支持，其中针对常绿鸢尾越冬浅休眠性状揭示与关键基因挖掘的研究极具创新性和特色。团队长期致力于鸢尾类花卉在城乡绿化、生态修复、乡村振兴等领域的推广应用，为丰富植物和景观多样性做出了积极贡献。

在鸢尾植物野生资源和园艺品种的收集和保存方面，该团队通过宿根花卉种质资源圃建设、与杭州植物园和研发企业开展合作等形式，目前已收集鸢尾属野生种质18份、园艺品种148个；构建适合华东地区的鸢尾属植物评价体系，对收集的种质资源进行适应性、观赏性和繁殖性评价，为后续的鸢尾属植物生物学性状研究、种质创新和园林应用提供了科学依据和资源基础。

▲花菖蒲‘夏禾之夕’

▲花菖蒲‘夏日海浪’

针对开花和传粉生物学的研究，对野生鸢尾中小花鸢尾和园艺品种路易斯安那鸢尾居群进行定点观测，并运用授粉特性分析、杂交指数估算、人工控制授粉试验等方法对其花部特征和繁育系统进行了研究，旨在为资源保护和利用提供理论依据。采用荧光SSR分子标记，将获得的高多态性分子标记位点与开花性状进行关联分析，有效获得鉴定鸢尾两季开花性状的优良SSR分子标记，这对于两季开花鸢尾杂交子代早期鉴定和相关研究具有重要意义。

此外，该团队通过外源植物生长调节剂和组培等方式构建有髯鸢尾、花菖蒲等的快繁体系，首次将植物生长延缓剂调环酸钙和矮壮素应用到促进有髯鸢尾的根茎芽萌发研究，通过促进侧芽萌发提高有髯鸢尾根状茎的无性繁殖系数，其中低浓度调环酸钙处理可将侧芽萌发率提高至对照组的4.33倍。该研究将加速有髯鸢尾的国产商品化生产进程。

越冬休眠是宿根植物抵御不良环境的重要策略，在全球变暖加剧的背景下，越来越多的植物因越冬休眠障碍影响到翌年的正常发育和开花结实。团队首次发现以鸢尾属植物为代表的部分单子叶植物不同于以往的休眠研究模式植物，其越冬仅具有浅休眠甚至不休眠，不需低温打破休眠，并从形态、生理和分子水平提供了证据，挖掘出调控鸢尾浅休眠的关键基因。

通过产学研结合，夏宜平团队长期与杭州市园林绿化股份有限公司合作开展鸢尾属新种质创制研究，已获得大量的优良杂交子代并持续进行性状观测，并获得鸢尾国际登录新品种7个。通过3～5年的观测、记载和筛选，确定潜力株系15个，目前正在进行鸢尾新品种权申请，期望增添具中国特色的鸢尾新品种。

东北林业大学

寒地鸢尾种质创新取得突破

东北林业大学园林学院王玲、范丽娟团队多年来对鸢尾、百里香、落新妇、香柏等寒地园林花卉、观赏树木资源开展调查、收集、引种驯化、育种及应用基础研究，尤其在寒地鸢尾育种上取得一系列创新性成果。主持科技部资源基础调查专项课题1项，鸢尾相关国家自然科学基金项目2项，以及其他省市等基金项目多项，从寒地鸢尾种质创制到推广系列成果满足实践需求，拥有繁殖技术的发明专利5项、制定行业地方标准6项，促进寒地鸢尾规模化、标准化生产，为乡村振兴、人居环境改善、苗木企业产业基地建设做出重要贡献。

▲溪荪新品种大花的‘东林King’（左）与矮化的‘东林迷你粉’（右）

团队的寒地鸢尾资源调查收集涵盖东北地区所有种类，建成寒地鸢尾种质资源圃。同时进行寒地鸢尾种质创新，培育了24个花色、花型新品种，从国外引进并筛选出抗寒鸢尾40多个品种，极大地丰富了寒地园林绿化花卉种类。选育出的新品种抗寒性极强，可耐-35℃的低温，可在东北、华北地区进行广泛应用。溪荪矮化新品种‘东林迷你粉’为国际首创矮化鸢尾种类，株高30厘米，可应用于盆栽，市场前景看好。‘婷蝶’花朵蓝色，花葶长度达1.2～1.4米，是切花的理想材料。‘东林King’花朵直径为溪荪原种的3倍以上，花大，形态美观，是大花鸢尾的典型代表。创建的鸢尾遗传转化体系为开展鸢尾基因工程育种奠定了基础。

▲适合切花应用的‘婷蝶’和双色品种‘奇幻紫’

立足产业需求，团队研发了鸢尾无菌苗生产、杂交育种、组织克隆、促分蘖和栽培技术，有效破解寒地鸢尾产业化发展中的重要技术瓶颈，制定的地方标准达到国内领先水平，增强寒地鸢尾产业的竞争力。选育的多个鸢尾新品种已在泰来示范基地进行推广示范。

上海植物园

种质创新与推广成果丰硕

上海植物园从1980年就开始收集引种鸢尾科植物，2005年开始集中对鸢尾属植物开展种质保护、综合评价和创新利用研究。近年来，肖月娥团队先后主持国家林业和草原局、科技部、上海市科委、上海市农委等的鸢尾专项课题8项，已逐渐形成从种质收集、遗传育种到产业化技术研究等为一体的种质创新体系。

上海植物园现已收集我国野生鸢尾属种质资源41种，占我国鸢尾总种数的75%。收集耐湿热鸢尾450个，筛选出长三角地区适生的鸢尾品种300余个，发表科技论文30篇（其中SCI论文7篇），出版学术专著《湿生鸢尾》《花菖蒲》《迁地保护植物志（鸢尾科卷）》，编制标准1部，授权专利1项。

▲花菖蒲‘达普罗’

▲蝴蝶花新品种‘晓蝶’

上海植物园以高抗性、高观赏价值为育种目标，通过人工杂交育种方法，已获得花菖蒲和糖果鸢尾两类鸢尾为主的优良株系1000余份。已国际登录鸢尾新品种37个，这些新品种大多数特色鲜明，极具园林推广应用价值。比如花菖蒲新品种‘达普罗’，该品种耐湿热，耐寒，花量大，重瓣大花型，其蓝色花瓣上有醒目的白色脉纹，犹如一幅《神奈川冲浪里》名画。花菖蒲‘明月’抗性好，繁殖能力强，花色整体为白色，但旗瓣边缘有一圈蓝色的线条，花朵清新别致。近年来，团队通过不懈努力，又率先在花菖蒲与黄菖蒲远缘杂交上取得突破。

肖月娥团队在上海长兴岛郊野公园、金山区吕巷镇和青浦区章堰科技农业园分别建立鸢尾种苗繁育及示范基地，总面积超过150亩，致力于鸢尾新优品种引种栽培示范、构建鸢尾产业化配套技术，开展鸢尾市场化推广、技术咨询与培训，储备优质鸢尾种苗100余万株。团队每年都会组织鸢尾专题展，对鸢尾品种、文化、技术进行科普宣传。研究成果已在上海、浙江、江西、云南等10余个省市进行推广，指导上海地区建成8个鸢尾专类园，取得了良好的景观效益和社会效益。2017～2023年间，团队与6家企业单位签订了技术服务合同，提供鸢尾种植、种苗生产等方面的技术指导，实现成果转化收入超过100万元，积极服务于生态城市建设和乡村振兴等重大工程。

苏州农业职业技术学院

注重特色种质创新与推广应用

苏州农业职业技术学院在球宿根花卉研究上具有明显优势，在新品种选育、快繁技术、新品种示范推广等方面积累了丰富经验，苏农“一枝花”品牌享誉省内外。始建于2005年的球宿根花卉资源圃占地420亩，其中仅鸢尾科植物就收集保存了来自巴西、荷兰等国家和地区及国内江苏、安徽、辽宁、四川等省的近500种（品种）。苏州农业职业技术学院也是全国最早开展常绿水生鸢尾育种和组培生产的单位之一。朱旭东团队在鸢尾种质资源收集的基础上，选育出一系列观赏价值高、抗逆性强且养护水平低的鸢尾属种质资源和新种质，育成一批鸢尾新品种。其中，‘紫霞’‘黄玉’‘蓝纹白蝶’3个路易斯安那鸢尾新品种已通过江苏省农作物审定委员会审定，‘九天玄女’‘金舞曲’2个德国鸢尾在美国鸢尾协会完成新品种登录。

▲苏州农职院鸢尾室外种质资源圃

朱旭东团队开展了不同品种盛花期表型特点分析、不同品种基因组大小检测、不同品种染色体核型分析、开发鸢尾ISSR分子标记等研究。通过对鸢尾种质资源的评价和荷兰鸢尾鳞茎发育关键基因的挖掘，建立了荷兰鸢尾组培及离体研究模型，以便探明外源添加剂对荷兰鸢尾离体鳞茎发育的影响及其生理生化机制，以及离体鳞茎发育的分子调控路径及关键基因。对部分筛选出的优异鸢尾种质进行了评价，建立了快繁和栽培管理关键技术，制定了江苏省地方标准1项《路易斯安那鸢尾种苗生产技术规程》，申请国家专利3项。

团队开展的鸢尾新品种选育与关键配套栽培技术研究为鸢尾的推广应用奠定了坚实的基础，建立了鸢尾组培苗、分生苗、实生苗生产技术体系，通过校企合作建立种苗生产基地近1000亩，年产种苗1200万株，开创了常绿水生鸢尾应用于全国水体绿化和环境治理的先河。早在2005年，宁波莲苑生态农业有限公司从学院引种7个花色的常绿水生鸢尾，每年可生产上百万株鸢尾苗供应市场。杭州晨航环境工程有限公司在2008年从学院引种常绿水生鸢尾，同时签订鸢尾组培苗供应协议，加快了常绿水生鸢尾推广速度，开展多种鸢尾的种质资源收集、保存和新品种选育、新技术研发及应用推广。同时，常州夏溪花卉市场有关企业也来引进种植，常绿水生鸢尾开始在大江南北推广开来。

▲常绿水生鸢尾沟渠污染治理

近几年团队还研发了《一种林下套种荷兰鸢尾的方法》，编制了“枇杷-鸢尾高效生态复合栽培技术规程”，为荷兰鸢尾新品种的选育和鸢尾产业的规范化、标准化发展提供了强大的技术支撑。筛选的‘底格里斯’‘金色美丽’‘阿波罗’等荷兰鸢尾切花品种，有效提高了鸢尾的种植效益，延长产业链。新品种、新技术的推广应用和“枇杷+鸢尾”“乡土树种+鸢尾”的荷兰鸢尾的创新模式应用，为助力美丽中国、美丽乡村建设发挥了重要作用。以往种植鸢尾的目的相对单一，而现在通过采剪鲜切花，按每亩产鲜切花3万～5万支，每支4元的市场价格计算，每亩仅鲜切花的销售收入就达到12万～20万元。新品种、新技术在扬中市知青滩家庭农场、苏州市东山镇果树基地和金庭镇杰翔园等项目的推广应用，取得显著的经济效益、生态效益和社会效益。

加强本土化研究和产业化技术开发

我国分布有鸢尾属植物60种，其中21种为我国特有，约占世界鸢尾属植物总种数的20%。近20年来，国内鸢尾研究和产业方兴未艾。2017年，上海植物园在中国园艺学会球宿根花卉分会的支持下，组织举办了第一届全国鸢尾学术研讨会，并成立了第一届球宿根花卉分会鸢尾专家委员会。上海、浙江、云南等地涌现出多个鸢尾专类苗圃。这些工作对推动我国鸢尾产业发展起到了重要作用。

但是，我国鸢尾研究起步较晚，鸢尾产业发展的专业化、规模化、标准化等均显不足。迄今，全球鸢尾育种与产业化仍集中在荷兰、英国、美国、日本、俄罗斯和澳大利亚等国。美国鸢尾协会为全球唯一新品种登录权威机构。上海植物园科研中心主任肖月娥介绍说，全世界每年可培育出上千个鸢尾新品种，而我国鸢尾育种工作开始于20世纪90年代，截至今年4月，已登录的鸢尾品种共371个，就自主培育的品种数量而言，与国外仍然存在巨大差距。同时，我国培育的鸢尾新品种特色不突出，市场竞争力较弱，且缺乏配套的规模化生产技术，因此绝大多数新品种尚未进行商业化开发。目前，我国种苗、切花生产和园林应用的鸢尾全部为国外培育的品种。

肖月娥认为，下一步应加大对鸢尾本土化研究的力度，努力实现从鸢尾资源大国向种业强国转型。一是加强鸢尾种质资源尤其是我国特有鸢尾遗传资源的收集和保护，持续开展独具特色的鸢尾新品种创制和产业新技术开发；二是强化科研创新与成果转化激励制度，加强对鸢尾生产企业和爱好者的引导，切实提高企业自主创新能力和专业化水平；三是加大鸢尾产业化和商品化研究，提高新品种示范应用力度，加强社会宣传，推动鸢尾产业链的拓展与融合。

关于鸢尾科研工作，浙江大学园林研究所所长、鸢尾专委会顾问夏宜平提出几点建议：一是开展全国范围内的鸢尾属植物野生种质资源分布的系统调查，鼓励进一步申请新品种国际登录和品种权，开展鸢尾类品种评价体系研究；二是加强中国原产鸢尾属植物的基因组研究和分享，挖掘重要性状的关键调控功能基因，为鸢尾属植物研究提供更好的基础条件；三是鼓励各科研单位尽快建立鸢尾属植物的遗传转化体系，尽早实现重要功能基因的同源验证，从表观形态到生理机制，再到分子机理，不断提高鸢尾学术研究水平，提升鸢尾在球宿根花卉乃至观赏植物中的地位和影响力。

在产业带动发展方面，他建议系统开展全国鸢尾产业现状调研，动态把握产业发展，更好地为全国鸢尾产业的合理布局和健康发展提供支撑；摸清国内鸢尾产业发展的瓶颈问题，为科研选题提供依据，使科研能更好地服务产业；鼓励商业化育种，争取育出好品种、大花品种；进一步加强鸢尾类花卉在生态修复、乡村振兴服务中的积极贡献；大力弘扬鸢尾文化，体现鸢尾兼具东方审美与现代赏花需求为一体的特色。