菊花学名为Dendranthema grandiflorum,为菊科,而菊属约有一百至二百种,为多年生草本植物。主要分布于北半球之亚洲及欧洲大陆,少部分种类分布于南非。
菊花原产于中国,是我国传统名花之一,已有三千年栽培历史。后来传到日本,于十七世纪传入欧洲,十九世纪传到美洲。近代由于欧美及日本仍不断改良、选育菊花品种,除积极从世界各地引进菊花品种为种原,采用传统杂交育种外,又利用诱变育种、基因转殖等新技术,因此新品种不断出现,数量遽增,目前巳达几千种。由于育种技术的进步,以及对菊花生态习性的了解,和栽培技术不断的研究改进,菊花已由传统栽培,逐渐转变为利用设施或温室的精致栽培。
菊花是欧美国家三大花卉之一,在中国台湾及日本则为最重要切花花卉作物。菊花所以成为经济栽培花卉,原因是菊花切花瓶插寿命长,其花色、花型多且变化大,容易进行产期调节,又可以全年栽培。菊花除了切花外,尚可做为盆花或花坛植物,是利用范围相当广泛的花卉。
菊花为中国台湾地区历年来栽培面积最大的切花作物,有1,600公顷,年产量达三亿余支。除供应国内市场外,亦外销日本、香港及东南亚等地,并曾有一年数千万支之外销实绩。虽然目前本省菊花栽培品种琳琅满目,但均为国外引进,尚无针对中国台湾亚热带气候栽培的优良品种育成,以致近年来在国际强大竞争压力下,出口量日趋衰退。近年来,品种专利渐受重视,在我国加入世界贸易组织,农业迈入国际化之际,为使我国菊花产业得以永续发展,育成本土性之菊花新品种为当务之急。
生长与开花习性
菊花经杂交育种选拔的结果,以在秋冬季开花的秋菊为主。除了具有耐热或耐寒性的特殊品种外,多数品种的生长适温为摄氏10至30度之间。在自然界中,菊花因季节气候的变化,会有不同的生长形态,如在开花后进入冬季低温气候时,菊花会形成丛生状态,而经低温春化作用打破休眠后进入幼年期,其节间伸长、叶数渐多,然后进入感光期,此时菊花即可用日长控制调节花芽分化以至开花,若维持长日状态,则不会开花或延迟开花。
菊花属短日植物,于日照时间渐短的秋冬季,在自然条件下会行花芽分化及开花。商业栽培上常利用菊花此种开花习性,于夜间进行人工电照,抑制花芽形成,延迟开花;或以黑幕遮光进行短日处理,提早开花期,达成全年栽培的目的。但中国台湾因夏季炎热,并无短日处理之栽培模式。
温度及日长除了会影响菊花的开花习性外,也会影响开花日数的长短、花型、花序等性状,现在栽培的菊花是经多年多种亲本杂交育种而来,生育所需气温与日长条件殊多不同,需做田间观察试验,才能了解其生长与开花习性。
中国台湾的菊花品种,多由农民自行引进种植,依对光周反应之不同,如短日时间只要六至十一周,花朵就能盛开者属早生品种;如需短日十二至十五周的品种则为晚生品种;一般商业性栽培品种以九至十一周为主。
由于菊花产业的育苗作业及栽培技术已渐臻成熟,并可采用多样化的品种轮替,达到周年栽培生产以供应消费所需。可是多年来中国台湾地区所种植的菊花品种均由国外引进,缺乏自有适地适栽的优良品种,且近年来国际间对农业智慧财产权及新品种权益的保护日益重视,未来国外新品种的取得,将日趋严苛。有鉴于此,台中区农业改良场近年来积极投入菊花新品种的研发工作,除以优良亲本进行传统杂交育种外,并利用放射线进行诱变育种,增加遗传变异性,同时进行外来基因转殖,以开发新品种。
新品种开发
菊花新品种育成有多种途径,如传统杂交育种、自然芽条变异之选拔、利用放射线或化学药剂诱变育种、进行体细胞变异、原生质体培养及利用生物技术基因转殖等。由于菊花是世界三大切花之一,为要掌握此广大市场先机,各研究机关及育种公司莫不卯足全力,进行开发菊花新品种。
传统杂交育种 杂交育种是选取亲本杂交以组合不同基因型最基本的方法,为菊花改良使用最广泛的育种方法。菊花杂交育种常需培育大量的后代,以增加选获结合双亲最优良性状后代的机会。杂交亲本之一为欲改良亲本,另一是具有改良亲本所缺乏之优良性状,亲本之选择原则为:符合目标花型之亲本;符合目标花色之亲本;开花期是属早生或晚生,早生品种之后代通常产生较多早生后代,晚生品种大多数产生中间型后代,部分为早生及部分晚生后代;花瓣型与花瓣数,双亲花瓣数均少的品种,其后代花瓣数大多较少,欲选重瓣花,则至少有一亲本须为重瓣花品种。
例如,适合周年栽培的菊花品种,应具备尽可能接近理想遗传型的性状:于营养生长期具有强顶芽优势;顶芽及侧芽于短日时能立即且快速地分化花芽;于长日条件下具有高叶片分化率与叶片数;节间长,且于短日环境中节间伸长快速;于短日下花芽发育极快速,花梗适当伸展;对温度钝感反应,即在高于或低于摄氏15.6度时,稍微或不会延迟开花;插穗易发根,并可耐至少十天之低温贮藏;花茎及花梗强度强、吸水性佳;具有大而水平展开的叶片;粉红色花;同品种具生长整齐性,于栽培时植株间互相竞争性低。
首次选拔非常重要,除表现较佳之幼苗保留外,其余均应舍弃,以避免后续庞大的人力物力支出。因此,早期选拔的误判可能导致优良基因型的遗失,通常需要同时种植一些固定品种以供比较。而影响选拔的因素有:环境因素、重复数、畦边效应、植株竞争、种植密度等。
于菊花杂交后裔选拔方面,质量的性状是呈非连续变异,受环境变异影响较小,个体选拔效果较高。数量的性状系呈连续变异,受环境变异影响较大,常由多对遗传因子数控制同一性状,且在单一因子中又有微效因子之作用,故选拔效果不高。需以性状的遗传力作为选拔之依据,性状遗传力大的个体选拔效果大。
在杂交育种方面,为要育成适合亚热带地区日长、温湿度之特性,可保持采收后新鲜度及品质,以及可耐贮运的品种,台中区农业改良场经初选百余个杂交优良后代,进行周年栽培及开花习性调查,并复选出四个优良秋冬品系,于一九九八年冬季在菊花主要产地进行区域试作。初步调查评估发现,大白色花94180品系之叶型、花型及色泽等,颇具日本市场发展潜力,将进行后续区域及品种比较试验,可望于近年内陆续建立国内自有菊花品种。
诱变育种 营养繁殖作物利用诱变,可增加体细胞遗传变异,具有改良品种的潜能,尤其在观赏植物上已被广泛应用,因为所诱导之任何突变体,只要具有观赏价值者,都可直接利用,或以无性繁殖、组织培养大量繁殖利用。例如,诱变所产生的任何颜色变化,如具有商业价值,即可无性繁殖利用。诱变的主要优点是:能快速获得植物体细胞变异,虽然亦可能造成其它性状突变,但是,针对育种者所期望之性状加以选拔,亦可在短时间内选获目标品种。诱变成功的个体经由营养繁殖,可成为商品化的营养系。
台中区农业改良场除进行菊花的传统杂交育种外,亦进行诱变育种,开发花卉新品种。自一九八○年代起,菊花的放射线诱变育种,即陆续有多位学者进行研究,并选拔出体细胞变异品系。菊花一般以插穗无性繁殖,利用γ射线照射花芽分化中之菊花成株,可诱变出花色或花瓣变异的突变体。体细胞变异常在花瓣上显现,易为肉眼观察,而利用颜色突变花瓣进行组织培养,可以诱发不定芽,获得非镶嵌体之植株,然后进行田间观察及比较试验,选拔出合于育种目标的品种。如果利用菊花幼苗进行γ射线照射1,000雷得(rad 为辐射吸收剂量的单位)后,诱导产生突变芽体,以致产生突变枝条,产生不同颜色之突变花,此种异常花易为肉眼观察,然后利用枝条营养繁殖,即可得到突变颜色的新品系。
在菊花诱变育种方面,利用菊花黄秀芳、黑心黄、荷兰白、哈雷、桃姬、红美人及花世界等品种,照射γ射线,诱导菊花产生体细胞突变,黄秀芳仅观察到少数突变,黑心黄则未发现任何突变。突变花瓣配合组织培养技术,培养产生个体,并初选出红美人品种有十个突变品系,桃姬品种有二个突变品系,哈雷品种有二个突变品系,进行品系观察与评估其应用潜力。
国内菊花育种工作起步虽较晚,惟近来台中区农业改良场已陆续建立杂交育种及诱变育种技术基础,并已初选许多优良后裔进行品系试验及市场评估,未来将加强多花型夏菊耐热品系、冬菊低温钝感品系及多样化新花色品系之选育,以育成适合中国台湾气候之自有品种,同时,建立中国台湾菊花育种及品种检定制度。
植物细胞、组织或器官培养属生物技术领域,可应用于园艺作物的改变或繁殖,尤其在遗传特性的改变或一些突变种优良性状的筛选、维持与增殖。植物组织培养是将植物体的一小块组织,在无菌状况下,置于培养基上或培养液中培养,这块组织称为培植体。培植体最好是属于外皮层或分裂组织,能无限分裂生长细胞。植物细胞发育,其培养基需要含有一些植物生长荷尔蒙,其条件依不同植物与植株部位的组织而异。
基因转殖的主要目的为克服传统育种方法的困难,例如,无法用杂交方法育种或种原中无目标基因,且目标基因具商业价值。菊花虫害严重,生育期中使用很多的农药,而且外销菊花不能被检测出含虫卵,因此,利用基因转殖方法可获得抗虫植株。