百里香育种策略研究

百里香育种策略研究林冬青20071040110摘要：百里香属植物为世界重要的芳香植物和药用植物资源。百里香属植物在全世界有400多个种[1,2]和若干变种。我国关于百里香属植物种类的记载尚不统一,多数记载为11个种、2个变种[1,3]，我国野生百里香属植物资源丰富，进一步研究和开发利用该属植物意义重大，前景广阔。本文仅对百里香的育种策略进行阐述。关键词：百里香；育种策略；研究百里香属(ThymusLinn.)是唇形科最重要的8个属之一，因其植株在花期时具强烈芳香气味而得名。全球百里香属植物有数百种，自然分布于东半球的非洲北部、欧洲和亚洲温带,为世界重要的芳香植物和药用植物资源。百里香茎叶为西方饮品中珍贵的香辛调味料，其精油因成分独特一直是芳香油中的精品，在医院、传统日用化工及精细化工等领域广泛应用。由于其天然的抗菌和抗氧化等特性，近年来又成为食品加工业中的人工合成添加剂如保鲜剂、抗氧化剂、稳定剂等的理想替代品。基于其众多优良特性，国际上对百里香属植物的研究与开发方兴未艾。1生态习性及种质资源1.1百里香的生物生态学特性百里香（ThymusquinquecostatusCêlak.）又名地椒、麝香草，为唇形科植物。半灌木。茎斜上升或近水平伸展；不育枝从茎基部或直接从根茎长出，通常比花枝少，疏被向下弯曲的疏柔毛；花枝多数，彼此靠近，高3—15厘米，从茎上或茎的基部长出，直立或上升，具有多数节间，节间最多可达15个，通常比叶短，稀有与之相等或比叶长，在基部的先出叶通常脱落、花序以下密被向下弯曲的疏柔毛，毛在花枝下部较短而变疏。叶长圆状椭圆形或长圆状披针形，稀有卵圆形或卵状披针形，长7—13毫米，宽1.5—3（4.5）毫米，稀有长达2厘米，宽8毫米，先端钝或锐尖，基部渐狭成短柄，全缘，边外卷，沿边缘下1/2处或仅在基部具长缘毛，近革质，两面无毛，侧脉2（3）对，粗，在下面突起上面明显，腺点小且多而密，明显；苞叶同形，边缘在下部1/2被长缘毛。花序头状或稍伸长成长圆状的头状花序；花梗长达4毫米，密被向下弯曲的短柔毛。花萼管状钟形，长5—6毫米，上面无毛，下面被平展的疏柔毛，上唇稍长或近相等于下唇，上唇的齿披针形，近等于全唇1/2长或稍短，被缘毛或近无缘毛。花冠长6.5—7毫米，萼筒比花萼短。花期8月（见图1和图2）。图1百里香图2百里香花序百里香属植物在全世界有400多个种和若干变种。我国关于百里香属植物种类的记载尚不统一,多数记载为11个种、2个变种,即百里香(Thymusmongolicus)、斜叶百里香(Thymusinaequalis)、异株百里香(Thymusmarschallianus)、阿尔泰百里香(Thymusaltaicus)、短节百里香(Thymusmandschur-icus)、显脉百里香(Thymusnervulosus)、黑龙江百里香(Thymusamurensis)、长齿百里香(Thymusdis-junctus)、拟百里香(Thymusproximus)、短毛百里香(Thymuscurtus)、地椒(Thymusquinquecostatus)、展毛地椒(Thymusquinquecostatusvar.przewalskii)和亚洲变种(Thymusquinquecostatusvar.asiaticus),若将产于西藏地区的线叶百里香[4](Thymuslinezris)统计在内,则我国有12个种。百里香产于山东，辽宁，河北，河南，山西；生于山坡，海边低丘上，海拔600-900米。喜成片生于向阳的沙质土的山坡，干燥或湿润的环境均能生长，是颇具开发价值的香料、药用与观赏植物。目前，国内百里香主要用作芳香植物提取香精和药用原料，在园林中的应用比较少。朝鲜，日本也有。1.2百里香的利用价值1.2.1成分百里香的茎叶中富含百里香酚(Thymol)、芳樟醇(Linalool)、干芹酚(Catvacrol)、龙脑、对伞花烃果酸等营养成分、微量元素，甚至抗氧化、抗菌素等。利用部位为接近开花期的枝叶。1.2.2利用1)药用百里香具有祛风解表、行气止痛、防暑避暑、补肝明目、滋胃润肺、祛风止痛、利尿排水、抗病毒、杀菌、通经、抗痉挛、驱蠕虫、升血压、刺激白血球、增强抵抗力。2)轻工日用品百里香是提取香油的重要原料,其香气清新、淡雅,在国际市场上深受欢迎。百里香能刺激毛发再生,治疗脱发,清洁毛细孔、治疗头皮屑、青春痘和油脂分泌过剩。可用于香水、香皂、化妆品、牙膏、盥用水、洗发水、洗涤剂等日用工业品。3)食用调味品直接食用,可采集鲜品作菜、馅、汤的调味品;可制成干制品、酊剂、流浸膏作为食品加工业的调味品。4)园林观赏百里香花小繁多、花冠淡紫色、美丽而柔和、花期长、植株成簇状匍匐生长,耐干旱、耐瘠薄、耐寒，是黑龙江省不可多得的优良地被植物。也可簇植于岩石旁,或与其他植物搭配成花境。同时也可作为香味儿植物盆栽。5)蜜源植物百里香是优良的蜜源植物，可用于生产高级蜂蜜。2育种目标2.1改良观赏特征2.1.1花色小灌木，花较小，花型若能变大些，则更具观赏价值。此外花色的变化，如复色等仍是花色育种的目标。2.1.2叶色百里香目前只有野生的，尚未有花叶、彩叶品种，若能进行合理繁育，能增加其观赏性。2.2丰产百里香除观赏、食用外，其茎叶中富含百里香酚(Thymol)、芳樟醇(Linalool)、干芹酚(Catvacrol)、龙脑、对伞花烃果酸等营养成分、微量元素，甚至抗氧化、抗菌素等。利用部位为接近开花期的枝叶。选育丰产的百里香有利于提高其经济效益。3育种的主要方法与技术3.1人工种植栽培历史百里香植物的栽培历史，最早可以追溯到波斯国的早期，当时主要用于园艺观赏。其现代规模化栽培的历史并不长，仅有将近20年的时间。最早的规模化栽培开始于瑞士，其采用严格的有机栽培措施。欧洲在百里香的人工栽培和开发利用方面走在了世界的前面，获得了可观的经济效益。由于百里香产品风行全球，百里香的种植区域也不断扩大，除欧洲外，大洋州、北美、北非、亚洲都有引种。我国许多地区也已经引种百里香，如福建、安徽、上海、河南及北京，但未见大规模的人工种植。3.2常见的繁殖方式百里香可以进行种子繁殖和无性繁殖。种子繁殖比较容易操作，因而在生产上被广泛采用，但要考虑种子发芽率和某些品种特性等问题。播种期在秋季至春季之间，选用泥炭为基质，并加入20%便于排水的细砂，搅拌均匀。由于百里香的生长速度慢，并不需要太多的肥料，加入5%~10%的腐熟有机肥即可，将配好的基质充分浇湿之后，以撒播为宜，播种后放在荫凉的地方，温度控制在23℃~25℃，发芽前基质需保证充足的水分，发芽后长出2~3片叶时，宜先移植在直径为2cm的纸筒苗盘中，充分发育后即长到4~5片叶时，再换至9cm盆定植。百里香的无性繁殖主要有扦插法、压条法、分株法、组织培养及克隆生长等。扦插法具有易生根、繁殖速度快和有利于保持品种特性等特点，因而是一种较理想的繁殖方法。用于扦插的插穗以3~5节并带顶芽的柔嫩枝条为宜，不带顶芽的枝条或已木质化的枝条用于扦插时，生根速度慢，产生根系也较少[4]。使用适宜浓度的植物生长调节剂(如IBA、ABT生根粉等[5]处理插穗,可以起到促进生根的作用。扦插于5~7月进行,然后在秋季定植。压条法即使枝条接触地面，自动长出根系，直接切取就是独立的一棵植株，较适合家庭园艺种植者采用。分株法待株高5cm时可分苗1次，也可于苗高10~15cm时，直接定植大田。分株于3~4月进行，将母株分成4~6等份，每一株丛应保证有4~5个芽，并带有须根,即可分栽。3.3组织培养在百里香的组织培养中，茎尖、嫩茎段[14]和嫩芽都可以作为外植体；一般认为改良MS培养基比M培养基更有利于百里香的生长，但也有相反的研究结果[7]。促进芽增殖的培养基有MS+IAA0.1mg/+6-BA1.0mg/L、MS+IAA1.0mg/L+6-BA1.mg/L、MS+IAA0.5mg/L+6-BA1.0mg/L[6]和MS+2,4-D2.0mg/L+BA0.5mg/L[7]等；促进根增殖的培养基有MS+IAA2.0mg/L[6]等。以上所有培养基均为pH5.8-6.0，培养温度(24士2)℃，光照度40—6012smmol，光照时间151dh。生长与分化情况如下：（1）无菌材料的获得在生长良好健壮、无病虫害的优良母株上剪取均匀大小的顶芽和腋芽，冲洗表面，再用洗涤灵水浸泡摇晃10一15min，再冲洗30min，在无菌条件下用70%-75%酒精消毒30~60s，再用0.1%HgCl2+80%吐温浸泡8min，然后用无菌水冲洗3-5次，切去材料与药液接触伤口，接种于培养基(l)上。15~20d后，基部开始萌动，发出2-4个新芽。（2）增殖培养将初代培养萌发的嫩茎剪成单芽茎段接种于培养基(2)内，培养10一15d后基部开始萌动，1周后萌动部分长出丛生芽。当丛生芽长到3-5m时，可剪下转入新鲜培养基(2)中继续培养，增殖芽数平均达到57，50d为1个继代增殖周期。（3）生根培养将继代增殖的生长健壮的嫩茎剪成约1cm长的茎段，接入培养基(3)中。培养25d时，每株平均生根数达到2.0条，平均根长9.5mm，生根率100%。（4）炼苗与移栽当幼根在生根培养基上长到2-3cm时，在室温下炼苗2d后，除去玻璃瓶的封口膜继续炼苗3-5d，然后取出组培苗，水洗去除根部的培养基，转入含水量为70%左右的无菌营养土[(河沙+草炭)：园土=3：1]中，盖塑料薄膜保湿5-7d，保持温度25℃左右、湿度80%-90%，每天喷水1-2次，中午适当遮阴，半个月后移栽到大田。试验统计，移栽后成活率达到60%以上。3.4克隆生长1)克隆生长是指在自然条件下产生新的、具有潜在独立生长能力的、基因型一致的分株的过程，并由此构成克隆植物无性系的等级系统(基株-分株系统-分株)，并使其具有克隆性所赋予的多样的生活史、资源获取和空间占据方式(宋明华和董鸣,2002)。由于资源的异质性和干扰的随机性在自然界中广泛存在,克隆植物只有采取相应的生态对策才能抵御生存风险,提高其生态适应性和种群适合度。百里香的母株与子代相比，在总生物量、构件生物量及构件数量等方面均占有绝对优势,而且分株具有植物体型大、结构复杂的特点。生长状态良好的百里香母株能不断产生新的、具有潜在独立生长能力的分株来拓展自己的生存空间，并且通过生理整合作用为子株提供必要的养分支持，从而增强子株入侵相邻生境、适应和改变恶劣环境的能力,提高种群的适合度。有学者将这种以母株做后盾,通过生理整合作用增强子株竞争能力，支持子株入侵和改造新的生境的方式称为“步步为营的生境改造方式”(张运春等,2001)。2)生长、繁殖和维持是生物体最基本的功能特征,共同构成植物体的生活史过程。由于可供分配的资源有限,在某种结构功能中资源分配的增加必然导致其它结构功能中的资源分配减少。因此,在生长、繁殖和维持之间的权衡(Trade-off)成为生活史进化的基础。克隆植物在生物量分配格局上的差异,一方面反映了克隆植物在不同生境适应过程中对生长策略所进行的调整,另一方面也反映出克隆植物在资源有限的条件下,在克隆生长过程中对关于自身生存和发展的各项功能所做出的一种权衡，并反映出生物量分配格局与克隆生长的关系。在百里香无性系中，母株根的生物量在其总生物量中所占的比例最大并明显高于子代,而子代叶的生物量在其总生物量中所占的比例最大并明显高于母株,说明母株对吸收器官根的生物量投资最大，显示出母株对吸收功能的投资更多，作为年长成熟的分株,母株在生存发展过程中将有限的资源更多地用于对水分和无机盐吸收等基本生存条件的维持；而子代对光合器官叶的生物量投资最大，显示子代对碳水化合物等干物质生产的投资更多,处于青年时期的子代分株,在发展过程中将有限的资源更多地用于植物自身的生长和壮大。相互连接在一起生长的百里香无性系构成了一个更大的生命系统,在这个系统中对有限资源的分配也存在一个权衡过程,权衡的结果是整个基株的利益最大化。有研究显示相互连接的分株间,养分和水是由