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花色創新

 

花色創新

 

改變植物性狀的方法從古至今可分為下列幾種:


1. 雜交育種:

  傳統花色選殖是利用雜交(hybridization)方式,困難點在於特定育種株可用之基因有限,即一物種所包含之花色變異很有限,即使能以雜交方式進行花色改良,又常因與不良性狀的連鎖作用(linkage),導致雜交品種可能會喪失原有品種的優良特性。此外,雜交只能在同物種間進行,想在不同物種間傳送基因,例如把冬瓜抗病毒病基因傳到西瓜裡去,用傳統育種技術更是做不到,如果想要把動物基因轉移到植物身上去,那更是天方夜譚。

2. 誘變(mutagenesis):

  用來創造植物變異或新性狀的好方法,亦可用來創造新花色。然而,誘變僅能對一物種已有的基因造成變異,沒辦法無中生有;假如對原本就缺乏花色合成途徑之花卉進行誘變,結果也是枉然的。此外,誘變處理是逢機發生的,經常會產生許多不可預期的性狀變異,必需花費更多的時間、人力來選殖目標株。

3. 轉殖基因技術:

  理論上,利用生物技術可將異源基因轉移至任一缺乏此基因之目標物種,提供新性狀。假如能夠充分了解目標花卉之色素生合成基因的功能及產物,探討其色素生合成之障礙,即可利用生物技術,將特定之花色基因,由另一物種分離、構築,再轉移至此目標作物品種,突破種間雜交之障礙,創造新的花色品種。
  基因轉殖試驗可利用多種方法,其中最常見的是「基因槍」(gene gun)。其操作原理簡單地說,是將攜帶特殊基因之DNA,吸附在「金」粒子(golden partical)上,然後在一個密閉真空的機器裡,利用氦氣急速推動,打入植物材料(例如葉片、莖節、鱗片、莖頂、癒傷組織等等)的細胞核中,使這外來的DNA中帶有特殊基因之片段,嵌入植物體本身染色體的DNA裡,成為植物染色體之一部份,這個步驟就稱之為「轉殖」。之後這些經過基因轉殖的細胞,逐漸發育成為植株,於是外來的基因便會在這些轉殖植物體上表達出來,進而達到基因改造的目的。

  植物基因轉殖的應用範圍,包含了改變花卉作物的花色、花型、香味、產期、產量、抗蟲、抗病、耐逆境、花卉保鮮及抗老化、甚或使其生產藥物或蛋白質等,以下則針對基因轉殖的應用作一些簡單的介紹。
  創新花色花卉具有怡情養性、美化人生的效果。而花色是決定花卉作物產業及商品價值之重要因素之一。台灣有許多花卉作物如晚香玉、台灣鐵炮百合及文心蘭等,因可供利用的花色種原有限,育種家所能育出之花色亦受限制,雖然其花型優美高貴或是具有香味,但可供消費者選擇之品種顏色太少,而無法大眾化銷售。部分花卉如菊花、蝴蝶蘭、百合等,雖然花色種類已相當多,卻缺乏特定花色之品種,如藍、紫色系列。因此,改變花色甚至創造新花色,增加其商品價值,已成為花卉作物品種改良之重要目標。
  影響花瓣顏色之主要成份為,葉綠素(chlorophyll),胡蘿蔔素(carotenoids)及花青素(anthocyanins)等,特別是花青素,通常會有數種花青素與類黃素(flavonoids)共同存在於表皮細胞之液泡內,決定最終之花色表現。


參與花青素生合成之基因種類頗多,依其產物之作用機制可分為下列四群:


1. 花青素及類黃醇主成份合成基因,如chalcone synthase (CHS),chalcone isomerase (CHI)等。


2. 花青素之甲基化或羥基化基因,如methyl transferases,flavonoid 3'-hydroxylase (F-3'H)。


3. 花青素之糖化(glycosylation)或醯化(acylation)基因,如dihydroflavonol reductase (DFR),UDP-flavonoid glucosyl transferase (UFGT)。


4. 參與花色變化而不影響花青素之化學結構之基因,如控制花芽分化與開花之基因及各種調節基因等。

   這些複雜的基因作用及各種色素成分之共色性(co-pigmentation)的共同作用,將決定最終之花色。 例如,將可生產藍色及紫色之飛燕草素(delphinidin)的藍色基因(blue gene, flavonoid 3', 5'-hydroxylase)分離,並轉移至無此產物之花卉,將可創造出藍色或紫色花之新花卉品種。因此,以生物技術輔助花卉育種,將是創造新花色品種的新途徑。

 

改變花型 -- 重瓣花


  有一個Agamous(AG)的基因,在植物中若此基因失去功能,花朵的雄蕊與雌蕊皆會變成花瓣,因而形成重瓣花。以百合花為例,雖然色彩豐富、花形美麗,但雄蕊之花藥常困擾消費大眾,若能改造出沒有雄蕊且重瓣的百合花,應會更受消費者青眛。

 

控制開花時間


  每種植物都有特定的開花時間,而開花時間是受外界環境因子,如光照長短與溫度高低,及本身內在因子,也就是基因,兩者交互控制的。因此,植物可能因為某個基因失去作用而造成提早或延遲開花的結果。例如從阿拉伯芥中被選殖出來的LEAFY基因,此基因能促進開花時間的提早,若將之轉入白楊樹,使其大量表現,則原本需十幾年才會開花的白楊樹,可以縮短至六個月就開花。因此,若能善用調控開花時間之基因,我們就可以任意地調節產期或花期,以降低產銷失衡的情形。


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