桂花叶色变化机理及育种研究进展

doi:10.11924/j.issn.1000-6850.casb2023-0836

中国农学通报 ›› 2024, Vol. 40 ›› Issue (28): 42-50.doi: 10.11924/j.issn.1000-6850.casb2023-0836

桂花叶色变化机理及育种研究进展

涂勋良(), 蒋彧, 秦帆, 汪锦, 万斌()

四川省农业科学院园艺研究所/农业农村部西南地区园艺作物生物学与种质创制重点实验室，成都 610066

收稿日期:2023-12-08 修回日期:2024-06-18 出版日期:2024-10-05 发布日期:2024-09-29
通讯作者:
万斌，男，1969年出生，四川成都人，副研究员，研究方向：园艺（观赏）植物育种与栽培。通信地址：610066 四川省成都市锦江区静居寺路20号，Tel：028-84590789，E-mail：wanbin6287@163.com。
作者简介:
涂勋良，男，1987年出生，重庆綦江人，助理研究员，博士，研究方向：园艺（观赏）植物育种与栽培。通信地址：610066 四川省成都市锦江区静居寺路20号，Tel：028-84590789，E-mail：txl0103@163.com。
基金资助:
四川省财政专项项目“桂花种质资源创新及育种技术研究”(2016CYTS016); 四川省财政专项项目“桂花育种技术研究及种质资源创新”(2021XKJS037)

Advances in Leaf Color Change Mechanism and Breeding of Osmanthus fragrans

TU Xunliang(), JIANG Yu, QIN Fan, WANG Jin, WAN Bin()

Horticulture Research Institute, Sichuan Academy of Agricultural Sciences/Key Laboratory of Biology and Germplasm Improvement of Horticultural Crops (Southwest Regions), Ministry of Agriculture and Rural Affairs, Chengdu 610066

Received:2023-12-08 Revised:2024-06-18 Published:2024-10-05 Online:2024-09-29

摘要/Abstract

摘要：

笔者简述了彩叶桂的基本定义，并依据其叶色变化将现有新品种划分为纯色和复色（嵌合体）2种类型，阐述了彩叶中叶绿素、类胡萝卜素和花色素苷3种色素种类、含量及其比例变化规律，影响因素及叶色变化机理，总结了桂花杂交育种、诱变育种和基因工程育种技术的特点及应用现状，提出应加强彩叶桂基因功能分析和育种技术创新，获得具有优异性状、适应性强与观赏性佳的突破性新品种，推动彩叶桂育种工作持续发展。

关键词: 桂花, 叶色变化, 色素, 嵌合体, 育种

Abstract:

The author briefly outlined the fundamental concepts of the Osmanthus fragrans colour group and categorized the existing new varieties based on leaf coloration-emerging into two types of monochromatic and polychromatic (chimera). This article elaborated on the three types of pigments presented in the leaves-chlorophyll, carotenoids, and anthocyanins, their contents and ratios, as well as the influencing factors and leaf color change mechanisms. Furthermore, it summarized the characteristics and current applications of cross-breeding, mutation breeding, and genetic engineering in O. fragrans. It also suggested strengthening the functional analysis of genes involved in the O. fragrans colour group and innovation in breeding technology, to obtain breakthrough new varieties with superior traits, strong adaptability, and excellent ornamental qualities, aiming to propel the continuous development of the O. fragrans colour group breeding program.

Key words: Osmanthus fragrans, leaf color change, pigment, chimera, breeding

涂勋良, 蒋彧, 秦帆, 汪锦, 万斌. 桂花叶色变化机理及育种研究进展[J]. 中国农学通报, 2024, 40(28): 42-50.

TU Xunliang, JIANG Yu, QIN Fan, WANG Jin, WAN Bin. Advances in Leaf Color Change Mechanism and Breeding of Osmanthus fragrans[J]. Chinese Agricultural Science Bulletin, 2024, 40(28): 42-50.

图/表 6

参考文献 66

[1]	中国科学院《中国植物志》编委会. 中国植物志[M]. 北京: 科学出版社, 1992:107.
[2]	BERG R G, TREHANE P, BRICKELL C D, et al. International code of nomenclature for cultivated plants- 1995 (ICNCP or Cultivated plant code)[J]. Science, 1995, 125(2):489.
[3]	臧德奎. 桂花品种分类研究[D]. 南京: 南京林业大学, 2004.
[4]	朱立新, 李光晨. 园艺通论[M]. 北京: 中国农业大学出版社, 2015:48.
[5]	姜卫兵, 庄猛, 韩浩章, 等. 彩叶植物呈色机理及光合特性研究进展[J]. 园艺学报, 2005, 32(2):352-358.
[6]	向民, 段一凡, 向其柏. 木犀属品种国际登录中心年报(1)彩叶桂品种群的建立[J]. 南京林业大学学报(自然科学版), 2014(1):186-187. doi: 10.3969/j.issn.1000-2006.2014.01.034
[7]	江军, 谭志明, 王海涛, 等. 彩叶桂花新品种‘虔南桂妃’[J]. 园艺学报, 2015, 42(6):1219-1220. doi: 10.16420/j.issn.0513-353x.2014-0517
[8]	李清莹, 罗方亮, 冯园园, 等. 桂花新品种‘罗彩2号’[J]. 园艺学报, 2020, 47(S2):3079-3080.
[9]	李东泽, 罗方亮, 冯园园, 等. 桂花新品种‘罗彩18号’[J]. 园艺学报, 2021, 48(S2):2963-2964.
[10]	郑力群, 张路, 罗方亮, 等. 桂花新品种‘罗彩19号’[J]. 园艺学报, 2021, 48(S2):2965-2966.
[11]	臧德奎. 桂花新品种‘永福彩霞’[J]. 园艺学报, 2018, 45(8):1629-1630. doi: 10.16420/j.issn.0513-353x.2017-0904
[12]	姬红利, 陈日才, 陶秀花, 等. 彩叶桂花新品种‘永福金彩’[J]. 园艺学报, 2022, 49(S1):165-166.
[13]	罗永松, 罗惠文, 江军, 等. 彩叶桂花新品种‘紫嫣公主’[J]. 林业世界, 2018, 7(3):105-107.
[14]	李东泽, 罗方亮, 冯园园, 等. 桂花新品种‘罗彩16号’[J]. 园艺学报, 2022, 49(5):1179-1180. doi: 10.16420/j.issn.0513-353x.2020-0271
[15]	崔祺, 罗方亮, 胡绍庆, 等. 桂花新品种‘罗彩17号’[J]. 园艺学报, 2020, 47(S2):3081-3082.
[16]	涂祖霞, 王远会, 杜华平, 等. 彩叶桂花新品种‘银碧双辉’[J]. 南方农业, 2017, 11(22):1-2.
[17]	禹霖, 李建挥, 柏文富, 等. 桂花新品种‘彩虹’[J]. 园艺学报, 2018, 45(5):1017-1018. doi: 10.16420/j.issn.0513-353x.2017-0765
[18]	涂勋良, 万斌, 秦帆. 彩叶桂花新品种‘四季芳华’[J]. 园艺学报, 2020, 47(10):2071-2072.
[19]	FIEDOR L, ZBYRADOWSKI M, PILCH M. Tetrapyrrole pigments of photosynthetic antennae and reaction centers of higher plants: Structures, biophysics, functions, biochemistry, mechanisms of regulation, applications[J]. Advances in botanical research, 2019, 90:1-33.
[20]	BEALE S I. Green genes gleaned[J]. Trends in plant science, 2005, 10(7):309-312. pmid: 15951223
[21]	NIYOGI K K. Safety valves for photosynthesis[J]. Current opinion in plant biology, 2000, 3(6):455-460. pmid: 11074375
[22]	NAMBARA E, MARION-POLL A. Abscisic acid biosynthesis and catabolism[J]. Annual review of plant biology, 2005, 56(1):165-185.
[23]	HAN Y, WANG X, CHEN W, et al. Differential expression of carotenoid-related genes determines diversified carotenoid coloration in flower petals of Osmanthus fragrans[J]. Tree genetics & genomes, 2014, 10(2):329-338.
[24]	CHEN X, YANG X, XIE J, et al. Biochemical and comparative transcriptome analyses reveal key genes involved in major metabolic regulation related to colored leaf formation in Osmanthus fragrans ‘Yinbi Shuanghui’ during development[J]. Biomolecules, 2020, 10(4):549-273.
[25]	SHAN L, LI L. Carotenoid metabolism: biosynthesis, regulation, and beyond[J]. Journal of integrative plant biology, 2008, 50(7):778-785. doi: 10.1111/j.1744-7909.2008.00708.x
[26]	DHAMI N, CAZZONELLI C I. Environmental impacts on carotenoid metabolism in leaves[J]. Plant growth regulation, 2020, 92(3):455-477.
[27]	胡可, 韩科厅, 戴思兰. 环境因子调控植物花青素苷合成及呈色的机理[J]. 植物学报, 2010, 45(3):307.
[28]	姜卫兵, 徐莉莉, 翁忙玲, 等. 环境因子及外源化学物质对植物花色素苷的影响[J]. 生态环境学报, 2009, 18(4):1546-1552. doi: 10.16258/j.cnki.1674-5906(2009)04-1546-07
[29]	ZHANG K M, YU H J, SHI K, et al. Photoprotective roles of anthocyanins in Begonia semperflorens[J]. Plant science, 2010, 179(3):202-208.
[30]	GOULD K S. Nature’s Swiss army knife: The diverse protective roles of anthocyanins in leaves[J]. Journal of biomedicine and biotechnology, 2004(5):314-320.
[31]	KOWALCZYK E, KRZESIÑSKi P, KURA M, et al. Anthocyanins in medicine[J]. Polish journal of pharmacology, 2003, 55(5):699-702. pmid: 14704465
[32]	CÂMARA J S, LOCATELLI M, PEREIRA J A M, et al. Behind the scenes of anthocyanins- From the health benefits to potential applications in food, pharmaceutical and cosmetic fields[J]. Nutrients, 2022, 14(23):5133.
[33]	JOSHI Y, GOYAL B. Anthocyanins: A lead for anticancer drugs[J]. International journal of research in pharmacy and chemistry, 2011, 1(4):1119-1126.
[34]	李明银, 何云晓. 植物遗传嵌合体及其在观赏植物育种中的应用[J]. 植物学通报, 2005, 22(6):641-647.
[35]	汪勇. 桂花实生苗本砧嫁接及其单干大苗培育技术[J]. 安徽林业科技, 2013(2):73-74.
[36]	刘占军, 刘海琳, 刘济祥, 等. 桂花嫁接砧木选择试验研究[J]. 河南林业科技, 2009(3):19-21.
[37]	LJUBOJEVIĆ M, ZORIĆ L, MAKSIMOVIĆ I, et al. Anatomically assisted cherry rootstock selection[J]. Scientia horticulturae, 2017, 217:197-208.
[38]	HROTKÓ K. Potentials in Prunus mahaleb L. for cherry rootstock breeding[J]. Scientia horticulturae, 2016, 205:70-78.
[39]	HROTKÓ K. Progress in cherry rootstock research[J]. Acta horticulturae, 2008, 795:171-178.
[40]	杨廷桢, 王骞, 弓桂花, 等. 苹果早果矮化砧木新品种‘Y-2’的选育[J]. 果树学报, 2016, 33(12):1584-1587.
[41]	杨廷桢, 高敬东, 田歌, 等. 苹果早果矮化砧木——‘Y-1’的选育[J]. 果树学报, 2013(6):1083-1085.
[42]	姜林, 于福顺, 张翠玲, 等. 苹果矮化砧木新品种‘青矮1号’[J]. 园艺学报, 2012(1):191-192.
[43]	姜淑苓, 欧春青, 王斐, 等. 梨矮化中间砧新品种‘中矮4号’的选育[J]. 果树学报, 2016, 33(5):633-636.
[44]	姜淑苓, 欧春青, 王斐, 等. 梨矮化砧木新品种‘中矮3号’[J]. 园艺学报, 2012, 39(12):2525-2526.
[45]	孙叶, 刘春贵, 李风童, 等. ⁶⁰Coγ射线辐照对春兰‘雪山’的诱变效应[J]. 分子植物育种, 2016(10):2762-2768.
[46]	李玉岭, 张元帅, 毛秀红, 等. ⁶⁰Co-γ辐射对北美红花七叶树的诱变效应[J]. 甘肃农业大学学报, 2023, 58(3):145-152.
[47]	尚伟, 李齐向, 周辉明, 等. 红掌愈伤组织辐射诱变及突变体的筛选[J]. 福建农业学报, 2017, 32(7):710-714.
[48]	崔广荣, 张子学, 张从宇, 等. 蝴蝶兰NaN₃离体化学诱变及再生植株RAPD检测[J]. 热带作物学报, 2010, 31(4):592-599.
[49]	崔广荣, 张子学, 张从宇, 等. 蝴蝶兰EMS离体化学诱变及再生植株RAPD检测[J]. 激光生物学报, 2010, 19(5):603-610.
[50]	常圣鑫, 黄素荣, 徐世松, 等. 三角梅扦插枝化学诱变育种[J]. 热带作物学报, 2019, 40(2):238-246. doi: 10.3969/j.issn.1000-2561.2019.02.005
[51]	王凯. 秋水仙碱诱导山丹丹试管苗多倍体研究[D]. 延安: 延安大学, 2020.
[52]	鲜小林, 潘远智, 陈睿, 等. 桂花OfF3'H基因的克隆与表达分析[J]. 分子植物育种, 2019, 17(7):2094-2100.
[53]	张超, 罗云, 王艺光, 等. 桂花15-顺式-ζ-胡萝卜素异构酶基因(Z-ISO)的克隆及表达分析[J]. 农业生物技术学报, 2016, 24(10):1512-1521.
[54]	母洪娜, 孙陶泽, 徐晨, 等. 桂花(Osmanthus fragrans Lour.)4-香豆酸辅酶A连接酶(4CL) 基因克隆与表达分析[J]. 分子植物育种, 2016, 14(3):536-541.
[55]	徐秀荣, 马燕, 臧德奎. 桂花查耳酮合酶chs基因的克隆及序列分析[J]. 中国农学通报, 2016, 32(1):118-124. doi: 10.11924/j.issn.1000-6850.casb15070012
[56]	LIU J W, HU H M, SHEN H M, et al. Insights into the cytochrome P450 monooxygenase superfamily in Osmanthus fragrans and the role of OfCYP142 in linalool synthesis[J]. International journal of molecular sciences, 2022, 23(20):12150.
[57]	YAN X, DING W, WU X, et al. Insights into the MYB-related transcription factors involved in regulating floral aroma synthesis in sweet Osmanthus[J]. Frontiers in plant science, 2022, 13:765213.
[58]	DING W, OUYANG Q, LI Y, et al. Genome-wide investigation of WRKY transcription factors in sweet osmanthus and their potential regulation of aroma synthesis[J]. Tree physiol, 2020, 40(4):557-572. doi: 10.1093/treephys/tpz129 pmid: 31860707
[59]	欧阳绮霞, 丁文杰, 吴秀怡, 等. 桂花RAP2-12基因的克隆与表达模式分析[J]. 西北植物学报, 2020, 40(8):1267-1276.
[60]	HAN Y, LU M, YUE S, et al. Comparative methylomics and chromatin accessibility analysis in Osmanthus fragrans uncovers regulation of genic transcription and mechanisms of key floral scent production[J]. Horticulture research, 2022, 9:uhac096.
[61]	JIANG C Z, CHEN J C, REID M. Virus-induced gene silencing in ornamental plants[J]. Methods in molecular biology, 2011, 744:81-96.
[62]	DENG X, ELOMAA P, NGUYEN C X, et al. Virus-induced gene silencing for Asteraceae- A reverse genetics approach for functional genomics in Gerbera hybrida[J]. Plant biotechnology journal, 2012, 10(8):970-978.
[63]	BRODERICK S R, JONES M L. An optimized protocol to increase virus-induced gene silencing efficiency and minimize viral symptoms in Petunia[J]. Plant molecular biology reporter, 2014, 32(1):219-233.
[64]	TASAKI K, TERADA H, MASUTA C, et al. Virus-induced gene silencing (VIGS) in Lilium leichtlinii using the cucumber mosaic virus vector[J]. Plant biotechnology, 2016, 33(5):373-381.
[65]	HSIEH M H, LU H C, PAN Z J, et al. Optimizing virus-induced gene silencing efficiency with Cymbidium mosaic virus in Phalaenopsis flower[J]. Plant science, 2013, 201(1):25-41.
[66]	YAN H, SHI S, MA N, et al. Graft-accelerated virus-induced gene silencing facilitates functional genomics in rose flowers[J]. Journal of integrative plant biology, 2018, 60(1):34-44. doi: 10.1111/jipb.12599

类型		现有品种
纯色	红色系	虔南贵妃^[7]、罗彩2号^[8]、罗彩18号^[9]、罗彩19号^[10]、永福幻彩、永福紫炫、闽农桂冠、珍珠彩桂、罗彩1号、罗彩3号、罗彩4号、罗彩6号、罗彩11号、罗彩20号、罗彩26号、罗彩29号、罗彩30号、罗彩31号、罗彩34号、罗彩40号、罗彩46号、罗彩50号、闽彩12、闽彩19
纯色	黄色系	永福彩霞^[11]、永福金彩^[12]、紫嫣公主^[13]、罗彩16号^[14]、罗彩17号^[15]、永福粉彩、永福绚彩、朝阳金钻、罗彩7号、罗彩8号、罗彩12号、罗彩13号、罗彩15号、罗彩22号、罗彩23号、罗彩24号、罗彩27号、罗彩36号、罗彩38号、罗彩44号、罗彩45号、罗彩47号、罗彩48号、罗彩49号、闽彩10、闽彩13、闽彩25、闽彩28
复色（嵌合体）		银碧双辉^[16]、彩虹^[17]、四季芳华^[18]、云田彩桂、金玉桂花

类型		现有品种
纯色	红色系	虔南贵妃^[7]、罗彩2号^[8]、罗彩18号^[9]、罗彩19号^[10]、永福幻彩、永福紫炫、闽农桂冠、珍珠彩桂、罗彩1号、罗彩3号、罗彩4号、罗彩6号、罗彩11号、罗彩20号、罗彩26号、罗彩29号、罗彩30号、罗彩31号、罗彩34号、罗彩40号、罗彩46号、罗彩50号、闽彩12、闽彩19
纯色	黄色系	永福彩霞^[11]、永福金彩^[12]、紫嫣公主^[13]、罗彩16号^[14]、罗彩17号^[15]、永福粉彩、永福绚彩、朝阳金钻、罗彩7号、罗彩8号、罗彩12号、罗彩13号、罗彩15号、罗彩22号、罗彩23号、罗彩24号、罗彩27号、罗彩36号、罗彩38号、罗彩44号、罗彩45号、罗彩47号、罗彩48号、罗彩49号、闽彩10、闽彩13、闽彩25、闽彩28
复色（嵌合体）		银碧双辉^[16]、彩虹^[17]、四季芳华^[18]、云田彩桂、金玉桂花

色素种类		呈色
叶绿素	叶绿素a	蓝绿色
叶绿素	叶绿素b	黄绿色
类胡萝卜	胡萝卜素	橙黄色
类胡萝卜	叶黄素	黄色
类黄酮（花色素苷）	花青素	红色（酸性）
类黄酮（花色素苷）	花黄素	蓝色（碱性）

色素种类		呈色
叶绿素	叶绿素a	蓝绿色
叶绿素	叶绿素b	黄绿色
类胡萝卜	胡萝卜素	橙黄色
类胡萝卜	叶黄素	黄色
类黄酮（花色素苷）	花青素	红色（酸性）
类黄酮（花色素苷）	花黄素	蓝色（碱性）

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[1]	李学庆, 冯国军, 刘大军, 刘畅, 闫志山, 杨晓旭. 细菌性疫病对菜豆光合特性和生理指标的影响[J]. 中国农学通报, 2024, 40(4): 132-139.
[2]	陈建晨, 董丽英, 刘沛, 汤翠凤, 宋杰, 向锦茜, 刘树芳, 余磊, 杨勤忠. 粳稻品种稻瘟病田间抗性鉴定与评价[J]. 中国农学通报, 2024, 40(27): 102-107.
[3]	任文静, 司劲超, 陈立, 杨丽梅, 庄木, 吕红豪, 王勇, 季家磊, 张扬勇. CRISPR基因编辑技术加速蔬菜作物遗传改良[J]. 中国农学通报, 2024, 40(24): 107-115.
[4]	陈薇薇, 冯鹏睿, 张永清, 合佳敏, 高雪梅, 张翊萌, 申岳鑫. 藜麦研究态势与发展趋势分析[J]. 中国农学通报, 2024, 40(22): 8-16.
[5]	吴丽, 王永芬, 余宏伟, 丁明碧, 白亭亭, 李舒, 郑泗军. 物理诱变技术在提升有益微生物拮抗香蕉真菌病原菌方面的研究进展[J]. 中国农学通报, 2024, 40(18): 115-124.
[6]	孟嘉楠, 段海燕. 稻米品质研究进展[J]. 中国农学通报, 2024, 40(16): 1-6.
[7]	高星, 赵婷婷, 钟乐源, 杨佳维, 王浩任, 沈晶月, 史倩倩. 秦岭报春花属种质资源及其利用研究进展[J]. 中国农学通报, 2024, 40(16): 89-95.
[8]	杨松敏, 姜潇, 程梦雅, 王顺顺, 段燕如, 陈和明, 彭东辉. 火焰兰属间杂交育种研究进展[J]. 中国农学通报, 2024, 40(13): 76-82.
[9]	张小红. 高光效、耐弱光甘薯研究进展[J]. 中国农学通报, 2023, 39(8): 1-6.
[10]	杨海峰, 李梦荷, 王雅丽, 董彦琪, 顾国兵, 王泽, 孙玉镯, 申思洋, 张栩. 基于文献计量学的中国2000—2021年CRISPR技术研究态势分析[J]. 中国农学通报, 2023, 39(6): 41-51.
[11]	李博雅, 冉隆贤, 施李鸣, 张克诚, 葛蓓孛. 葡萄霜霉病研究进展[J]. 中国农学通报, 2023, 39(4): 125-131.
[12]	张婧, 曲继鹏, 万洪深. 2个小麦种质材料育种相关性状的初步分析[J]. 中国农学通报, 2023, 39(35): 1-8.
[13]	郑聪慧, 徐振华, 王玉忠, 张蔓蔓, 杜克久, 李向军, 刘春鹏. 四种臭椿不同叶位叶片色素组成及分布变化[J]. 中国农学通报, 2023, 39(32): 56-65.
[14]	张于, 邳植, 李胜男, 吴则东. 甜菜生物育种的研究进展及未来展望[J]. 中国农学通报, 2023, 39(31): 7-12.
[15]	韩梅梅, 段青青, 谭延肖, 张绍丽, 李腾飞, 李华, 张超, 常培培, 王静静, 张自坤. 辣椒主要病害抗病育种研究进展[J]. 中国农学通报, 2023, 39(14): 27-32.