[00116493]牡丹远缘杂交新品种培育与种苗高效繁育关键技术创新及应用

牡丹是世界名花和中国特色花卉。然而由于牡丹远缘杂交亲和性差、传统方法繁殖系数低、试管苗生根困难,致使选育的晚花、新花色、长花期与长花枝等新奇特类型少、种苗繁育技术落后,远远不能满足产业发展需求。为此在国家“863”计划、国家自然科学基金等19个项目的资助下,围绕牡丹远缘杂交和种苗高效繁育等关键技术,持续20年攻关,取得以下系列成果。 1.解析了牡丹远缘杂交亲和性差的细胞学、生理学及分子机制,突破了牡丹远缘杂交育种关键技术。明确了花粉在柱头上出现扭曲、肿胀现象且产生强烈的胼胝质反应以及受精后胚乳解体是牡丹远缘杂交不亲和、胚败育的细胞学原因;柱头花柱存在高含量ZR、IAA、GA3且POD和SOD处于高活性时,有利于花粉-柱头识别、花粉萌发和受精作用,而高水平的ABA与杂交不亲和性相关;首次克隆与远缘杂交不亲和相关功能基因6个,明确了PlABCF3与PlSPL3在牡丹远缘杂交不亲和中的功能。建立了包括延迟授粉、点涂授粉液、杂种胚挽救、牡丹2n花粉诱导及花粉贮存等在内的牡丹远缘杂交技术体系。 2.以种质资源发掘为基础,培育晚花、新花色（橙、黄）、长花期和切花新品种7个。收集全部牡丹9个野生种,以及1362个牡丹、芍药品种,建立了国内保存最丰富的牡丹种质资源库。以培育晚花、长花期、新花色、长花枝牡丹新品种为目标,基于研发的远缘杂交技术,开展了牡丹组间、亚组间杂交,培育晚花（5月上中旬）、长花期（单株花期＞15天）、新花色（橙、黄）远缘杂交新品种4个,实现花色与花期的双突破;培育长花枝、花美的切花新品种3个,有效弥补了牡丹切花品种的不足。 3.首次阐明了酚类物质在牡丹试管苗根系发生过程中的作用机制,建立了牡丹试管苗高效繁育技术体系。针对牡丹试管苗生根率低、移栽成活率低的世界性难题,首次明确了酚类物质与牡丹试管苗根系发育的关系,揭示了在PPO催化下,二元酚配合IAA形成吲哚-3甲醛,进而促进根原基形成的生理学、细胞学机制,以此研发了基于二元酚的牡丹试管苗生根培养基和光温等环境调控在内的生根培养技术体系,显著提高了生根率、生根质量及移栽成活率;发掘出与牡丹不定根发生相关的PsARRO-1、PsIAA、PsARF、PsWRKY41和PsSOD 5个基因,解析了牡丹生根的分子机制。 4.揭示了牡丹体细胞胚早期发生的细胞学及分子机制,突破了牡丹体胚发生及花托间接再生关键技术。明确了体胚发生的5个关键时期,系统开展了不同培养基、培养方式、培养条件等对体细胞胚发生的影响,构建了牡丹体胚间接再生体系及愈伤组织的同源基因遗传转化体系。建立了牡丹花托愈伤组织及分化不定芽技术体系,不定芽分化率高达90%以上。挖掘出与牡丹体胚发生密切相关的PsSERK等8个基因并进行了功能解析,为分子育种奠定了基础。 5.研发了牡丹生根剂、牡丹“双层双促播种育苗技术”、牡丹“根接快速繁殖技术”、和“高位嫁接繁殖技术”,解决了牡丹不定根发生困难、杂交种播种和种苗嫁接成活率低等问题。 本项目获 5项授权专利,14项成果通过科技部、国家自然基金委等组织的项目验收,培育牡丹新品种 7个,在国内大面积推广,经济社会效益显著。