中国农业大学球宿根花卉科研团队

中国农业大学球宿根花卉科研团队所在的观赏植物栽培生理与生物技术实验室，隶属于中国农业大学观赏园艺与园林系。从20世纪80年代中期开始，从事菊花、华北地区野生花卉、郁金香、唐菖蒲、百合等球宿根花卉的研究已有30多年。目前实验室的学术带头人是义鸣放教授，现有研究人员5人，其中教授1人，副教授4人，研究生10人。围绕这些球宿根花卉的引种驯化、良种筛选、快速繁殖、栽培技术和发育生理、逆境生理与分子生物学等方面开展应用技术和应用基础的研究。主要研究及其成果如下：

一、应用技术研究与成果

1.早花型切花大菊品种的培育

20世纪80年代，在孙自然教授带领下承担了农业部“菊花切花新品种选育”项目的研究，通过常规交杂历时5年培育出光周期不敏感、能在“十一”前后自然开花、观赏性状优良的切花大菊新品种（品系）‘樱唇’、‘金潮’、‘银月’等10余个，并在北京周边地区推广应用，还在国庆节期间参与了天安门广场花坛的布置。这些新品种在1989年的第二届和1997年的第四届中国花卉博览会上，分别获得科技进步二等奖和科技成果三等奖。

2.华北地区野生花卉引种和栽培技术研究

1985年受中国花卉协会委托，在孙自然教授主持下开展了农业部课题“华北野生花卉资源调查和引种驯化”的研究，实地调查并记载了有观赏价值的野生花卉45科200余种，通过部分种的引种驯化与评价，初步筛选出适宜在华北地区作园林绿化、室内盆栽和切花观赏以及适作干花的不同野生花卉种类，并进行了大力推广，著名的干切花材料二色补血草就是从那时开始流行的，此课题在1987年第一届中国花卉博览会上荣获科技成果一等奖。进入90年代，我们通过参加国家林业局农发基金项目“北京野生花卉商品化生产”继续开展相关科研，在昌平基地引种栽培北京地区野生花卉20余种，并重点研发建立了观赏和商品性俱佳的二色补血草、黄花补血草的组培快繁体系和干切花批量生产与销售体系。此成果在2001年获得了北京人民政府颁发的北京市农业技术推广二等奖。

3.唐菖蒲优质栽培和花期调控技术研究

20世纪90年代，通过参加农业部“日光温室蔬菜花卉促成栽培技术”、河北省科委“优质唐菖蒲种球生产及周年供应的产业化技术”、上海市科委（与上海花卉良种试验场合作）“唐菖蒲优质种球周年供应和切花促成栽培”课题，对唐菖蒲发育生理、开花生理、休眠生理进行了较系统和全面的研究，探索出适宜不同地区和不同设施类型的促成栽培技术。并主持研制了3个农业部标准：《唐菖蒲新品种DUS测试指南》、《菊花新品种DUS测试指南》和《球根花卉（一）郁金香、唐菖蒲、水仙质量标准》。

进入21世纪，在农业部行业科研专项 “主要切花育种、栽培和采后技术的开发、集成与示范”的资助下，通过与广东仲恺农业工程学院园艺系的周厚高教授合作，将荷兰引进的部分新品种在广州市郊种植，观察和比较其在华南地区的适应性，并研发出了华南地区唐菖蒲露地反季节切花和种球生产的体系和技术规程。还研发和建立了唐菖蒲茎尖脱毒技术、脱毒球苗快繁体系和常见病毒的检测技术。

4.华北地区日光温室百合优质栽培技术研究

在农业部行业科研专项 “主要切花育种、栽培和采后技术的开发、集成与示范”和农业部“948”引进项目“主要花卉节本增效精准化生产技术的引进与创新”的资助下，与北京盛斯通生态科技有限公司合作，在其南口百合设施生产基地，开展了百合新品种引进和适应性评价、百合种球脱毒与快繁、日光温室东方百合切花生产中的营养诊断、新型生长调节剂ALA和加施氮素对百合生长发育的影响等多项研究。掌握了华北地区百合设施切花反季节栽培的营养吸收规律，初步确定了其营养诊断指标；研发与建立了百合茎尖脱毒技术、脱毒球苗快繁体系和常见病毒的检测技术；开发了磁共振活体监测百合种球解除休眠的技术等等。

二、应用基础的研究与成果

      进入21世纪以来，在3个国家自然基金、2个国家教委博士点基金、1个北京市自然基金和多个省部级科研项目资助下，开展了百合、唐菖蒲等球根花卉发育生理、逆境生理和分子生物学等方面的应用基础研究。

主要研究及其进展如下：

（一）百合耐热性和花发育的机理研究

1. 热激转录因子参与百合热胁迫响应的机理解析

热激转录因子在植物耐热反应中起着中心调控作用。针对百合品种耐热性差的问题，以耐热的麝香百合品种‘白天堂’为材料，克隆了热激转录因子A家族的LlHSFA1和LlHSFA2，分析了其转录激活活性。LlHSFA1与LlHSFA2的表达均受到热激的诱导，LlHSFA1的表达存在“上升-下降”的波动，而LlHSFA2的表达虽然晚于LlHSFA1，但表达量一直很稳定且处于较高水平。通过BiFC和酵母双杂试验证明LlHSFA1和LlHSFA2可以形成异源多聚体调控下游基因的表达。异源转化试验表明两个基因均能够提高拟南芥植株的耐热性。还在百合中分离鉴定了两个百合热激转录因子A3的同源基因LlHsfA3A和LlHsfA3B。分别转化拟南芥植株，提高了拟南芥的基础耐热性和获得性耐热性。这些试验结果证明热激转录因子A类基因在百合热胁迫响应过程中发挥着重要作用。

2. LoMYB80转录因子在百合花药发育过程中的作用

为解决百合花粉污染问题，进行了百合花药发育及其相关调控基因的研究。本实验室从东方百合‘Siberia’花药中分离得到的LoMYB80基因。它属于R2R3 MYB家族成员，序列中具有保守一个44氨基酸序列。亚细胞分析表明该蛋白定位于细胞核中。转录激活试验表明LoMYB80具有转录激活活性且该活性区域位于其氨基酸序列的C端最后70个氨基酸中。qRT-PCR结果表明LoMYB80在花药中特异性表达，在花蕾10 cm和4 cm时期表达量较高。LoMYB pro: GUS过表达拟南芥发现，GUS在花发育的6至10阶段能够检测得到。LoMYB80能够回补拟南芥突变体ms188的种子的育性和产生正常的花粉。这些结果显示LoMYB80参与百合花药的发育和花粉的形成。

（二）唐菖蒲球茎发育和休眠机理以及唐菖蒲病害发生机制的研究

1.唐菖蒲种球休眠的机制解析

针对唐菖蒲球茎的发生发育和休眠及其解除机制尚不明晰的问题，经转录组测序挖掘出与球茎休眠解除相关的基因及其通路。通过对转录组DEGs的GO富集分析发现ABA和细胞分裂素CKs相关基因大量富集，并且通过外施ABA和细胞分裂素处理，发现二者在调控球茎休眠解除中具有拮抗作用。沉默了ABA失活代谢基因CYP707A1能够抑制CKs合成和信号转导基因的表达，从而延迟球茎休眠的解除；而沉默了CK合成相关基因IPT 和CYP735A，则导致ABA失活代谢基因表达下调，ABA合成基因GhNCED和信号基因GhABI5表达上调，从而抑制了球茎的萌发。

2. 唐菖蒲籽球发育机制探讨

唐菖蒲切花生产依赖于高品质的种球，而籽球决定了种球的商品化繁殖。针对唐菖蒲种球退化严重的问题，研究了不同种植期对唐菖蒲匍匐茎和籽球的生长发育的影响，发现5月底种植最有利于籽球数量和重量的增加。进而研究探讨了脂氧合酶（LOX）对唐菖蒲籽球形成和膨大的影响，发现LOX1可能是通过影响茉莉酸类化合物的生物合成途径从而对唐菖蒲籽球的生长发育进行调控。还发现在球茎膨大和籽球发育过程中，光合作用产物的碳水化合物以蔗糖为主要形式向地下部运输，新球可溶性糖、蔗糖和籽球还原糖比重均快速上升。通过VIGS手段沉默淀粉合成限速酶AGPase的大小亚基GhAGPL1/S1 基因，导致新球中淀粉合成受阻，淀粉含量降低以及新球重量下降；籽球中淀粉合成也受抑制，籽球重量和数目显著降低。研究结果表明淀粉合成基因GhAGPL1/S1具有提高球茎质量以及促进籽球发育的功能。

3. 唐菖蒲VIGS体系建立和NPR1基因功能分析

针对我国唐菖蒲生产中病害发生严重，且抗源材料匮乏的实际问题，为了深入了解唐菖蒲内源免疫机制，以开发新的保护策略，克隆了唐菖蒲NPR1（病程相关基因非表达子1）及其启动子，以及转录因子TGA2，采用生物信息学、qRT-PCR、亚细胞定位、病毒介导的基因沉默（VIGS）和拟南芥遗传互补等技术分析和验证了候选基因的功能。

（1）唐菖蒲病毒介导的基因沉默体系的建立

从唐菖蒲中分离PDS基因保守序列，命名为GhPDS (登陆号：KC344859)。

利用负压侵染法，获得了明显的光漂白表型。沉默植株中，GhPDS的转录水平受到显著抑制。成功在唐菖蒲上建立了病毒介导的基因沉默体系。

（2）NPR1在唐菖蒲抗病过程中的功能解析

从唐菖蒲中分离出了NPR1以及TGA2基因全长序列。GhNPR1 (登陆号：KJ769203)全长为2243bp，开放读码框1767bp，编码588个氨基酸; GhTGA2 (登陆号：KC344858)全长为1925 bp，CDS为1296bp，编码431个氨基酸。经过同源性比对发现，唐菖蒲TGA2与拟南芥TGA2同源性最高，达到66.7%。实时荧光定量PCR分析表明，GhNPR1基因在叶片中表达量大约是籽球和根中表达量的一半，在花中表达量最低，说明GhNPR1基因为系统性表达；GhNPR1基因的表达受水杨酸诱导，1mM水杨酸处理12h，GhNPR1表达水平比对照提高了3.8倍。烟草亚细胞定位及双分子荧光互作（BIFC）结果表明，GhNPR1定位在细胞核及细胞膜上；而GhTGA2主要定位在细胞核内。GhNPR1和GhTGA2之间存在互作。 将GhNPR1基因转到拟南芥npr1突变体中，利用丁香假单胞菌番茄变种P.s.t DC3000侵染转基因植株，该基因能恢复突变体抗病性。沉默唐菖蒲GhNPR1基因，降低了对车轴草弯孢唐菖蒲变种的抗病性。研究结果表明，唐菖蒲GhNPR1基因在水杨酸诱导的系统获得性抗病性中具有重要功能。

以上主要研究成果为我国主要球根花卉产业的技术提升和可持续发展提供了有力技术支持，为通过基因工程技术改良球根花卉的可育性和抗逆性具有重要的理论和实践意义。在国内外学术刊物上发表论文100余篇，其中被Journal of Experimental Botany，Plant and Cell Physiology 等SCI收录的20余篇。主编和副主编《唐菖蒲》、《球根花卉》、《花卉学》、《观赏百合》等专著10余部。主持编制国家标准、行业标准各3项。指导硕士研究生98人、博士研究生23人，联培博士后出站1人。

目前主要学术骨干

        游捷副教授      张钊副教授    何俊娜副教授             吴健副教授

              在广东指导农户百合切花生产

     研究团队部分成员

在广州升威公司进行唐菖蒲切花、种球生产技术规程的研讨

陪同美国专家参观北京盛斯通生态有限公司百合基地