综述：不育植物品系在城市环境中入侵性和致敏性植物管理中的作用

本综述系统探讨了不育植物品系在城市绿化中的应用潜力与挑战，聚焦其通过抑制花粉和种子扩散来降低致敏性（如花粉过敏）和入侵风险（如生物安全）的核心价值，同时剖析了生态权衡（如传粉者资源减少）、技术路径（如CRISPR/Cas、多倍体诱导）及社会经济效益（如长期维护成本），为城市规划者提供兼顾生态安全与社会可持续性的实践框架。

　　

引言

全球城市化进程加速，至2050年城市人口预计达72%，推动了对可持续园艺策略的迫切需求。城市植被在提供生态系统服务（如遮荫、污染物吸附）的同时，也带来入侵物种扩散和花粉致敏等公共健康风险。不育 ornamental cultivars（观赏栽培种）通过抑制有性繁殖，成为平衡美学价值与生态安全的关键工具。

城市致敏植物

空气颗粒物污染与花粉过敏原的协同效应加剧了城市呼吸系统疾病负担。风媒植物（anemophilous plants）如柏科（Cupressaceae）、悬铃木（Platanus acerifolia）和桉树（Eucalyptus）是主要致敏源，其花粉符合Thommen五原则：含致敏物质、产量大、空气传播性强、分布广泛。城市化与气候变化延长花粉季，增加致敏负荷。单一物种种植和雄性二倍体偏好（如银杏Ginkgo biloba♂）进一步放大风险，而多样性种植可有效分散花粉暴露浓度。

城市入侵植物

城市扰动生境为外来物种提供生态位，约36%城市植物为非本地种。入侵植物（IAPs）通过竞争资源、杂交渐渗（如遗传稀释）和动物传播（zoochory）破坏本地生物多样性。观赏植物贸易是主要引入途径，而城市废弃地、河岸带成为入侵“温床”。不育品系通过抑制种子和营养繁殖，降低传播压力，但需警惕杂交导致的育性恢复风险。

植物不育性的生物学基础

不育性可分为结构型（花器官畸形）、孢子发生型（小孢子败育）和功能型（花粉无活性）。雄性不育（male sterility）常见于600余种植物，多由花药发育异常、减数分裂缺陷或激素失衡（如生长素auxin、茉莉酸JA）引起。细胞质雄性不育（CMS）和核基因突变（GMS）是育种常用机制。雌性不育（female sterility）在园艺中用于培育无籽果实（如西瓜Citrullus lanatus三倍体），但应用较少。多倍化（如四倍体诱导）和基因组编辑（如CRISPR/Cas9靶向育性基因）是人工诱导不育的核心技术。

不育植物的开发与实践

传统育种与生物技术结合加速不育品系选育。三倍体设计（如Populus tremula × alba杂交种）通过染色体不平衡分离彻底抑制育性，但可能伴随生长势减弱。化学诱变（如秋水仙素colchicine处理）和辐射诱变（如γ射线）可创造不育突变体。CMS/Rf系统广泛用于F₁杂交种生产，但需注意克隆繁殖导致的遗传多样性下降。城市案例显示，不育悬铃木和无籽月季（Rosa sterilis）显著减少街道种子污染和过敏投诉，但需持续监测病原易感性。

应用潜力与生态权衡

不育品系在短期观赏植物（如菊Chrysanthemum morifolium、凤仙Impatiens walleriana）中效益显著，降低维护成本并延长花期。但对于木本植物（如Paulownia tomentosa），长期可能伴随活力下降和抗逆性减弱。关键权衡包括：

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  传粉者影响：完全不育品种剥夺蜂类食物资源，需搭配蜜源植物补偿；
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  基因多样性：克隆繁殖导致遗传同质化，增加病虫害爆发风险；
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  文化价值：无果实设计可能削弱植物的感官与文化象征意义。

规制与社会经济维度

全球规制框架碎片化：欧洲对GMO相关不育品系审批严格，而亚洲更注重商业应用。公众对生物技术作物的接受度影响推广，需通过示范项目增强信任。经济上，初期育种成本较高，但长期可通过减少入侵控制、过敏管理和修剪成本实现回报。数字孪生（digital twins）和公民科学有助于模拟生态影响并提升社会参与。

未来方向

基因组编辑、合成生物学和AI预测将提升不育性设计的精准度。多学科协作需整合生态监测、成本效益分析和政策 harmonization，确保不育品系成为城市绿色基础设施中兼具安全性与韧性的组件。

结论

不育植物品系是城市植被管理的双刃剑，其成功依赖于：

1. 1.
   生态上，搭配多样性种植以维持传粉网络；
2. 2.
   技术上，结合传统育种与前沿生物工具确保稳定性；
3. 3.
   社会上，通过透明沟通化解文化阻力；
4. 4.
   经济上，验证长期节约以驱动产业投入。
   唯有综合策略方能使不育性从概念转化为可持续城市绿化的基石。