香石竹遗传育种理论与实践

花卉经济已成为推动乡村振兴的新引擎，更是扮靓城市、美化家园必不可少的元素。2022年3月，文化和旅游部等六部门联合印发了《关于推动文化产业赋能乡村振兴的意见》，《意见》提出“到2025年，文化产业赋能乡村振兴的有效机制基本建立”。这预示着我国的花卉产业将迎来新的发展机遇，在广阔乡村大展身手的同时，也将为乡村振兴提供更多渠道与支撑。

2020年云南花卉种植面积12.67万公顷，综合总产值830.1亿元，亩产值4.4万元。长期以来，鲜切花在云南众多花卉产业类型中占据优势地位，种类以康乃馨、玫瑰、百合、洋桔梗、非洲菊等为主。2019年云南鲜切花种植以玫瑰和康乃馨为主，其中玫瑰产量占比50%，康乃馨产量占比30%。2020年云南鲜切花产量占全国总产量的50%以上，其中玫瑰产量占全国的70%，康乃馨产量占全国的90%。与此同时，云南花卉品种及原种长期被国外垄断，约85%的品种依赖进口。品种和技术是花卉行业的核心驱动力，加强新品种培育、提高自主创新能力，亟待得以重视。

2n配子也称为未减数配子，其染色体数目与体细胞染色体数目等同。2n配子的形成是有性多倍化的主要途径，是进行植物多倍体育种的有效方法。2n配子能克服种间及不同倍性水平间的杂交不亲和性，具有很高的适应性和杂合性。在香石竹中，环境因素对2n配子产生频率的影响及2n配子形成的细胞学、遗传学机制尚不清楚，这阻碍了利用2n配子进行香石竹多倍体育种的进程。

近十年来，我们一直致力于香石竹倍性遗传育种研究，从组织培养、细胞学研究到分子生物学研究，全方位地探讨香石竹2n配子的形成机制，致力于香石竹新品种的培育，现整理多年学术成果，编纂成本书。全书共分为16章，内容主要包括：香石竹2n配子形成的细胞学机制，香石竹2n配子形成的分子生物学机制，环境因素对香石竹2n配子形成的影响，香石竹4x2x杂交不亲和性研究，香石竹多倍体选育，石竹种间杂交，香石竹栽培管理，等等。

在编写过程中，尽管我们已尽最大努力，但限于学术水平及写作水平，不足之处在所难免，敬请读者批评指正并提出宝贵意见，以便今后修正、完善和提高。

编者
2022年6月

花卉经济已成为推动乡村振兴的新引擎，品种和技术是花卉行业的核心驱动力，加强新品种培育、提高自主创新能力是我国花卉产业亟待加强的重要方面。本书主要介绍香石竹栽培和育种相关的理论和技术，包含环境的影响、2ｎ配子的形成、小孢子败育、杂交不亲和性、多倍体选育、花粉活力、植物生长调节剂的影响、肥料的影响、转基因抗性芽分化、基因克隆和表达等，涉及组织培养、细胞学研究、分子生物学研究等内容。本书系统阐述了香石竹2n配子形成的分子机制，为香石竹多倍体育种奠定基础。

周旭红，工学博士，云南中医药大学研究员，硕士研究生导师。从事花卉遗传育种研究16年，主要围绕花卉栽培、新品种选育等方面开展工作。获云南省科技进步一等奖1项；主持国家自然科学基金地区基金3项、省基础研究重点项目1项；以第一或通讯作者发表国内外论文30篇，其中SCI检索10篇；出版《香石竹与洋桔梗栽培生产技术》等专著2部，参编专著3部。获花卉新品种27个，其中国家级新品种10个；以第一发明人获专利授权10项。

第一章绪论1

一、　多倍体育种2

二、　杂交障碍5

三、　2n配子的形成5
第二章香石竹2n配子的形成及环境影响19

一、　香石竹减数分裂2n配子的形成19

二、　环境对香石竹花粉活力及2n配子发生频率的影响21

三、　关于环境影响香石竹2n配子的讨论23
第三章香石竹4x2x杂交不亲和性研究25

一、　香石竹4x2x杂交育种25

二、　香石竹4x2x杂交花粉萌发、花粉管伸长和受精情况26

三、　香石竹杂交胚胎发育观察30

四、　香石竹杂交结实率和杂交后代的倍性34

五、　香石竹亲本和杂交子代的形态学特征36

六、　香石竹亲本和杂交子代的抗性38

七、　关于不同倍性香石竹杂交的讨论39
第四章低温条件下香石竹小孢子败育的细胞学研究42

一、　不同季节香石竹花粉活力42

二、　压片法观察香石竹小孢子发育过程43

三、　石蜡切片法观察香石竹小孢子发育过程45

四、　关于冬季香石竹花粉败育的讨论46
第五章石竹属植物染色体倍性、花粉活力及种间杂交结实率研究48

一、　石竹属植物染色体倍性48

二、　石竹属植物花粉活力49

三、　石竹属植物种间杂交结实情况50

四、　关于石竹属植物种间杂交的讨论51

五、　结论52
第六章香石竹×瞿麦种间杂交障碍53

一、　香石竹×瞿麦杂交亲本染色体倍性53

二、　香石竹×瞿麦杂交亲本花粉活力55

三、　香石竹×瞿麦杂交结实情况55

四、　香石竹×瞿麦杂交花粉萌发、花粉管伸长及受精情况55

五、　关于香石竹×瞿麦种间杂交障碍的讨论60

六、　结论61
第七章植物生长调节剂对香石竹生长发育的影响62

一、　复硝酚钠、DA6和肥料的配比62

二、　复硝酚钠、DA6在香石竹生长周期中对植株生长的影响63

三、　复硝酚钠、DA6对香石竹根长及各器官鲜质量的影响65

四、　复硝酚钠、DA6对香石竹花品质的影响65

五、　香石竹生长发育最适宜的植株生长调节剂66

六、　关于植物生长调节剂调节香石竹生长发育的讨论66
第八章肥料对香石竹生长和开花的影响68

一、　不同肥料的配比68

二、　不同肥料对不同品种香石竹生长指标的影响69

三、　不同肥料对不同品种香石竹开花的影响70

四、　关于香石竹施用不同化肥效果的讨论72
第九章LED灯补光对香石竹生物学性状的影响74

一、　LED灯补光的方法74

二、　LED灯补光对香石竹幼苗的影响75

三、　LED灯补光对香石竹开花植株营养生长的影响76

四、　LED灯补光对香石竹开花植株生殖生长的影响76

五、　LED灯补光对香石竹开花周期的影响77

六、　关于LED灯光照对香石竹生长发育影响的讨论77
第十章香石竹RNAi载体的转化体系对转基因抗性芽分化的影响79

一、　正交试验设计法选择最佳试验条件80

二、　农杆菌介导的转基因方法81

三、　香石竹农杆菌浸染实验结果82

四、　香石竹农杆菌浸染的最佳条件83

五、　关于香石竹农杆菌浸染实验的讨论85
第十一章香石竹DcPS1基因克隆和表达分析86

一、　DcPS1基因全长cDNA序列克隆87

二、　DcPS1基因序列比对及进化分析87

三、　DcPS1基因表达分析88

四、　关于DcPS1基因表达量及2n配子形成的讨论93
第十二章香石竹OSD1Like基因克隆和表达分析95

一、　OSD1Like基因全长CDNA序列克隆96

二、　OSD1Like基因序列特征分析及系统进化树99

三、　OSD1Like基因的表达分析103

四、　关于OSD1Like基因结构与表达的讨论105
第十三章香石竹DcRAD51D基因克隆和表达分析107

一、　DcRAD51D基因全长cDNA序列克隆108

二、　DcRAD51D氨基酸序列比对及进化分析108

三、　香石竹DcRAD51D生物信息学分析110

四、　DcRAD51D基因的荧光定量表达111

五、　关于RAD51D基因功能的讨论112
第十四章香石竹Dccdc20基因克隆和表达分析113

一、　Dccdc20基因全长cDNA序列克隆114

二、　Dccdc20氨基酸序列比对及进化分析114

三、　香石竹Dccdc20生物信息学分析116

四、　Dccdc20基因的荧光定量表达118

五、　关于Dccdc20基因功能的讨论120
第十五章香石竹DcSKP1基因克隆和表达分析121

一、　DcSKP1基因全长cDNA序列克隆122

二、　DcSKP1氨基酸序列比对及进化分析122

三、　香石竹DcSKP1生物信息学分析124

四、　DcSKP1基因的荧光定量表达分析125

五、　关于DcSKP1基因功能的讨论126
第十六章香石竹减数分裂相关基因功能研究128

一、　香石竹转基因植株DcPS1　RNAi产生2n配子129

二、　香石竹转基因植株OSDLa　RNAi产生2n配子132

三、　香石竹OSDLa、DcPS1和DcRAD51D相互作用134

四、　DcPS1正向调节OSDLa和DcRAD51D的表达水平136

五、　关于香石竹2n配子形成分子机制的讨论136
参考文献140

专业术语缩写词165

本书从宏观和微观两方面，系统的介绍了香石竹栽培和育种相关的理论知识，能有效的指导农业从业人员的科技水平，对促进我国花卉产业的发展具有重要意义和指导作用。花卉经济是推动乡村振兴的新引擎，本书中先进的新品种选育技术有助于打破外企的品种垄断，帮助广大花农取得了显著经济效益。