我国黄瓜生产现状及发展对策

我国黄瓜生产现状及发展对策

在“15”期间，黄瓜育种研究首次被列入国家项目“863”。经过许多专业人员的努力，黄鼠尾育种在经济和社会上取得了显著成效。在加强材料创新的同时,育种目标转向多样化和专用化,加强了保护地长季节、出口、加工专用品种的选育。同时,育种方法和技术也得到了快速发展,分子标记辅助育种、单倍体育种和转基因研究取得重要进展。1近缘优势种的选育在搜集、整理、鉴定国内外黄瓜种质资源的基础上,通过常规育种与生物技术相结合,创新了一大批优良育种材料。其中包括露地耐热自交系、设施耐低温弱光自交系、单性结实雌性系、多抗育种材料、加工类型材料等等。值得一提的是,南京农业大学在利用近缘野生种资源拓宽黄瓜遗传基础方面取得了重要进展。陈劲枫等在获得甜瓜属种间杂种(2n=19,Cucumishystrix与华北型黄瓜北京截头杂交)的基础上,利用双二倍体种(CucumishytivusChenandkirkbride2n=38)与栽培黄瓜北京截头(2n=14)杂交,经胚拯救获得杂种植株,经染色体鉴定为2n=3x=26,从而确定为异源三倍体。异源三倍体黄瓜具有坐果率和单株产量高、果实无籽、单性结实能力强、耐弱光等特点。此外,还将甜瓜属异源三倍体与栽培黄瓜北京截头杂交,经胚拯救获得了两个2n=15的单体异附加系,RAPD分析证明附加了野生种Cucumishystrix的染色体,所获得的材料具有对根结线虫、蔓枯病、白粉病等多种病害的抗(耐)受性。2我国春、春、月不同品种、品种制备的春、草、草黄瓜品种“十五”期间黄瓜育种目标转向多样化和专用化,在继续培育露地耐热、春秋保护地品种的同时,加强了日光温室越冬长季节、出口、加工等专用品种的选育;在重视高产、抗病育种的同时,加强了生态育种和品质育种。实现了我国黄瓜品种的第四次更新换代,抗病性显著增强,品质大幅度提高。培育出的露地栽培黄瓜新品种耐热性强,抗4种以上黄瓜主要病害,商品性好,产量较“九五”同类品种增产10%以上。代表品种有中国农业科学院蔬菜花卉研究所育成的中农14号、中农118号,天津市黄瓜研究所育成的津优4号、津优40号,广东省农业科学院蔬菜研究所育成的粤秀1号,长沙市蔬菜研究所育成的湘黄瓜4号、湘黄瓜6号,山东省泰安市菜篮子科技园育成的99-15、河北省唐山市农业科学院育成的华南型黄瓜9801,吉林省蔬菜花卉研究所育成的华南型黄瓜吉杂8号等。培育出的春秋保护地品种有中农10号、中农12号、中农16号、津优10号、津优11号、津优12号、甘丰8号,以及青岛市农业科学院和黑龙江省农业科学院的华南型黄瓜翠绿、绿春等。培育出的适于日光温室越冬长季节栽培的专用华北型黄瓜新品种,耐低温弱光能力突出,主要品种有山农5号、北京101和北京102、济杂3号、津优30号、津优31号、津育5号、新世纪、甘丰11号,以及中国农业科学院蔬菜花卉研究所最新育成的中农21号等。此外,还有适宜冬春茬温室栽培的新品种津优20号等。育成了具有我国知识产权的优质、适于出口的无刺小果型鲜食黄瓜(水果型迷你黄瓜)杂交新品种。其中,适于温室长季节栽培的品种有中农19号(中国农业科学院蔬菜花卉研究所,2005年获得植物新品种保护权)、京研迷你2号(北京市农林科学院蔬菜研究中心)、春玉黄瓜(上海市农业科学院园艺研究所,2004年通过上海市农作物品种审定委员会审定)、绿珍1号、绿秀1号;适于露地栽培的品种有吉农4号等;适于出口、少刺类型黄瓜杂交新品种中农9号、中农15号(中国农业科学院蔬菜花卉研究所,2005年获得植物新品种保护权)、莱发2号、绿衣天使等。另外,还育成了加工专用黄瓜品种,如宁佳1号、小天使1号(山东省农业科学院蔬菜研究所)等。3遗传规律的研究3.1黄瓜抗性主要表现为表现自身的基因组织病害是影响黄瓜生产的主要因素之一,只有了解黄瓜对病害抗性的遗传规律,才能有目的地设计出育种方案,将不同的抗病基因综合到优良个体中。黄瓜霜霉病和白粉病的抗性遗传机理较为复杂,以往的研究报道多数认为霜霉病的抗性受多基因控制,白粉病抗性也受隐性多基因控制。张素勤研究表明霜霉病抗性是由2个主基因和多个微效基因共同控制的,感病对抗病为部分显性。另外通过3个白粉病抗感杂交组合后代分析得出黄瓜白粉病抗性是由两对加性-显性-上位性主基因+加性-显性-上位性多基因控制的,感病对抗病为部分显性。在白粉病抗性育种中,应充分考虑主基因的抗性。与此不同,张桂华等认为黄瓜对白粉病的抗性由单隐性基因控制,感病相对抗病为不完全显性。顾振芳等试验表明,黄瓜叶片中叶绿素含量与黄瓜品系对霜霉病的抗性呈正相关,与气孔密度呈负相关。魏国强等报道黄瓜对白粉病的抗性与植株组织中的过氧化物酶(POD)、多酚氧化酶(PPO)、过氧化氢酶(CAT)活性以及酚类物质含量密切相关。不同抗性黄瓜品种对白粉病的抗性与PPO活性、酚类物质含量可能存在一定的正相关。此外,刘殿林等研究表明黄瓜枯萎病抗性为数量遗传,抗性为显性基因控制,抗病性表现出中亲与超亲优势。顾兴芳等鉴定了国内外57份材料或杂交种的黄瓜花叶病毒(CMV)、西瓜花叶病毒(WMV)、西葫芦黄化花叶病毒(ZYMV)抗性,发现我国多数材料抗WMV、ZYMV,中抗CMV,而源自欧美的材料大多不抗这3种病毒病。同时发现不同来源的材料对WMV和ZYMV的抗性高度相关。3.2黄瓜抗氧化酶系统的基因型分析黄瓜苗期的子叶面积、真叶面积、株高、茎粗等形态指标是鉴定黄瓜耐低温弱光的重要指标。顾兴芳等研究了保护地黄瓜苗期性状的遗传规律,结果表明,苗期子叶面积、真叶面积、地上部鲜质量、株高和下胚轴长度的遗传基本符合加性-显性模型,单株子叶面积、真叶面积和地上部鲜质量的遗传以显性效应为主,株高和下胚轴长度的遗传以加性效应为主,并认为控制这些性状的基因可能是寡基因或寡基因组。李建吾等在保护地低温弱光的条件下研究了黄瓜苗期子叶面积、真叶面积、株高、茎粗、下胚轴长、地下干质量、地下鲜质量、全株鲜质量、下胚轴鲜质量、叶干质量、地上部鲜质量等11个性状的配合力,结果表明,这11个性状的遗传主要被加性效应和非加性效应控制。同时研究了低温弱光逆境条件下,黄瓜苗期叶片中丙二醛(MDA)含量、超氧化物歧化酶(SOD)活性、叶绿素(Chl)含量、可溶性糖含量、电导率的配合力变化。结果表明,MDA含量的一般配合力方差达极显著水平,其遗传以加性效应为主;可溶性糖含量和电导率的一般配合力方差达到显著水平,遗传以加性效应为主;SOD活性和Chl含量的特殊和一般配合力方差均达到极显著水平,加性和非加性效应同等重要。而余纪柱等研究结果显示,在弱光条件下,黄瓜茎粗、子叶面积、叶面积、比叶面积、地上部鲜质量、全株干质量6个性状的遗传不符合加性-显性模型,存在基因间互作效应;下胚轴长和比下胚轴长2个性状的遗传符合加性-显性遗传。所测8个性状的狭义遗传力均较低,遗传以非加性效应为主。出现这样不同的结果,可能是试验条件不同所致。顾兴芳等研究表明,黄瓜低温下相对发芽势、相对发芽指数、相对胚根长度这些性状的遗传符合加性-显性模型,以显性效应为主,控制各性状的显性基因可能为寡基因或寡基因组。而低温下相对发芽率的遗传不符合加性-显性模型,控制该性状显性基因的组数可能有2个,并存在上位作用。于拴仓等探明黄瓜耐热性遗传符合加性-显性模型,以加性效应为主,显性效应不显著;广义遗传力和狭义遗传力均较高。3.3bt基因对黄瓜品质的影响黄瓜苦味是影响黄瓜品质的重要因素,顾兴芳等以3种不同苦味类型(营养部分与果实均苦BiBiBtBt,仅营养部分苦BiBibtbt及营养部分与果实均不苦bibibtbt)的纯合黄瓜自交系为试材,通过对其后代F1、F2、BC1P1、BC1P2表现型分离比例的分析,得出控制黄瓜植株营养部分苦与不苦的基因Bi/bi在后代表现为独立遗传,不受控制果实苦味基因Bt/bt的影响,纯合的bi基因对Bt基因存在隐性上位作用;当Bibi为杂合状态,即使控制果实苦味的基因Bt不存在,果实也会出现苦味,但苦的程度较含Bt基因的轻,出现苦味瓜的比例也低。孙小镭等报道黄瓜嫩果皮色与果皮色素总含量随绿色的加深而增加,深绿皮70~80mg·g-1,绿皮、黄绿斑驳41~55mg·g-1,浅绿皮20mg·g-1左右,黄白皮、白皮5mg·g-1以下。色素主要由叶绿素和类胡萝卜素组成。研究证实叶绿素含量遗传受2对加性-显性主基因+加性-显性多基因(E-2模型)控制。主基因中加性效应明显,第1对主基因的加性效应显著高于第2对主基因的效应值。李伶利等对加工类型黄瓜5个主要品质性状的一般配合力和特殊配合力进行了研究。认为,加工类型黄瓜可溶性总蛋白质含量和肉径比的遗传均符合加性-显性模型,而可溶性总糖含量的遗传则存在上位效应。从基因效应上看,可溶性总蛋白质含量及肉径比均以加性效应为主,显性效应均较低。可溶性总蛋白质含量的狭义遗传力较低,对该性状的选择只能在高世代进行。而肉径比的狭义遗传力较高,对该性状的选择可在较早世代实施。刘春香等研究表明,反,顺-2,6-壬二烯醛、反,顺-2,6-壬二烯醛/反-2-壬烯醛的比值和可溶性糖3个性状对黄瓜风味影响较大,它们的狭义遗传力都不高,其中反,顺-2,6-壬二烯醛/反-2-壬烯醛的比值狭义遗传力最高,受基因的加性效应作用大,受基因的非加性效应的影响较小;反,顺-2,6-壬二烯醛的广义遗传力虽然较高,但狭义遗传力较小,基因的非加性作用较大;可溶性糖的广义遗传力和狭义遗传力差异很大,受基因的非加性效应作用较大,应重视特殊配合力的选择和杂种优势的利用。黄瓜果实中的特征芳香物质反,顺-2,6-壬二烯醛分别与香气、甜度、综合口味、感官总分等感官检验项目呈显著正相关,反式石竹烯与香气、甜度、综合口味等相关性显著,可溶性糖含量与感官检验的甜度和综合口味呈显著正相关。3.4产量和发育的关系在产量遗传分析方面,顾兴芳等分析了春露地黄瓜早期产量及总产量的配合力,证实两个性状的遗传基本符合加显模型,均以加性效应为主。韩建明等通过对8个黄瓜自交系产量构成的灰色关联和相关分析得出,决定黄瓜自交系产量的因素是果长、果肉厚、果横径、单株瓜数、单株产量和早期产量。钱忠英等以全雌性黄瓜自交系为材料,分析了株高、叶面积、茎节数、单果质量和产量等5个性状的配合力,表明株高、叶面积、茎节数和单果质量的广义和狭义遗传力均较高,可以早期选择,比较容易稳定;而产量的广义和狭义遗传力都较小,说明产量性状易受环境的影响,在育种过程中应注意高代选择。相关分析表明,产量和单果质量、瓜条数呈极显著正相关,和叶面积、株高呈显著正相关,和茎节数不相关。王志峰等研究表明,黄瓜瓜长与单瓜质量、株高与节间长、节数与第1雌花节位呈极显著正相关;节数与节率、瓜长与瓜把比呈极显著负相关。何晓明等证实华南型黄瓜的果横径、单果质量、果肉厚与产量呈极显著或显著相关;果横径对产量的直接影响最大,果长次之,这两个性状可以作为华南型黄瓜高产育种的主要选择性状;果实可溶性固形物是相对独立的性状,与其他性状的相关性均不显著;对果实品质的选择不会对产量产生不良影响。中国农业科学院蔬菜花卉研究所黄瓜育种组发现的叶色突变体9110Gt,其幼苗叶片金黄色性状是由叶绿素降低引起的,由单一隐性基因控制(暂定名为v-1),并且绿色对金黄色为不完全显性。连锁遗传分析表明v-1与bi(营养器官无苦味)有连锁,连锁距离约为33.9cM。而与雌性基因F、暗色果皮基因D、果色一致基因u、小刺基因ss、绿色果皮基因dg(暂定)之间不存在连锁关系。陈远良等从新泰密刺中也发现了“芽黄”突变体,经分析该性状受一对隐性基因控制,命名为yh。控制这两个突变体叶色的基因是否相同,有待深入探讨。马德华等报道黄瓜茎叶表面皮毛性状由一对核基因控制,有毛为显性(Gl),无毛为隐性(gl),无毛基因对果瘤基因存在隐性上位作用。曹辰兴等报道黄瓜银杏叶性状(叶缘上卷、叶片较小且呈匙状)为一对核基因控制的隐性性状,银杏叶为隐性,普通叶为显性。陈惠明等最新报道发现控制黄瓜雌雄同株的强雌性的两个基因,Mod-F1和Mod-F2(暂定名),能增强雌性的表达,与已报道的F和M基因独立遗传。4生物技术在黄瓜育种中的应用4.1分子标记技术4.1.1抗霜霉病基因的扩增和测序张桂华等以黄瓜抗感白粉病亲本及其F2分离群体为试材,采用BSA方法获得两个与白粉病抗病相关基因紧密连锁的AFLP标记,连锁距离为5.56cM。目标片段的大小分别为238和236bp,且两个片段的差异仅为两个T碱基的插入或缺失。张素勤找到了1个与控制黄瓜霜霉病和白粉病的感病QTLs均紧密连锁的显性AFLP标记:E25M63-103,从分子水平说明黄瓜霜霉病和白粉病的某个感病QTLs是连锁的。丁国华筛选得到与抗霜霉病基因dm连锁不十分密切的CsRGA3标记。在dm和CsRGA3之间还检测到黄瓜白粉病抗病基因pm的存在,显示了dm和pm存在连锁关系。这与张素勤的结论一致。顾兴芳等找到了与Bt基因紧密连锁的两个显性AFLP标记:E23M66-101和E25M65-213,两个标记与Bt基因的遗传距离分别为5和4cM,并且位于Bt基因的两侧,可用于无苦味黄瓜的分子标记辅助育种。陈劲枫等利用RAPD技术获得黄瓜全雌性特异的片段B111000。娄群峰等筛选得到了与黄瓜全雌性F基因连锁的AFLP标记TG/CAC234,该标记分子量234bp,与全雌性位点的连锁距离为6.7cM,并将该标记转化为操作简便、表现稳定的SCAR标记SA166。4.1.2遗传图谱和ss-pcr扩增“十五”期间,我国科研工作者构建了2张黄瓜遗传图谱,其一是张海英等利用黄瓜重组自交系为作图群体构建的包含9个连锁组群、共有234个分子标记的连锁图谱,其中包括141个AFLP标记、4个SSR标记和89个RAPD标记,覆盖基因组长度727.5cM,平均图距3.1cM。应用该图谱对控制黄瓜耐弱光的数量性状基因(QTL)进行了研究,将影响叶面积增长量的5个QTL分别定位在LG1、LG7和LG9连锁群。其二为李效尊等利用F2群体构建的包含77个SRAP标记和79个RAPD标记的遗传图谱,分属4个大的连锁群和5个小的连锁群,总长度1110.0cM,平均间距为13.7cM。并将侧枝基因(lb)定位在一个大的连锁群上,其两侧标记是OP-Q5-1和OP-M-2-2,与lb的间距分别是9.3和15.9cM;将全雌性基因(f)定位在一个小的连锁群上,其两侧标记是OP-Q5-2和BC151,与f的间距分别是13.8和13.6cM。4.1.3黄瓜属间分子遗传距离及聚类分析分子标记技术以其准确性高、速度快、周期短而较多地应用于黄瓜种质亲缘关系分析和种质资源多样性检测方面。常见的分子标记有RAPD、AFLP等。张海英等利用RAPD技术分析了华北型与欧洲温室型品种的杂交后代的遗传漂移情况,根据供试亲本材料差异位点谱带在F2的分离情况,进行了初步的遗传分析以及F2个体的基因型分析。刘殿林等同样采用RAPD技术对黄瓜基因组DNA进行多态性研究,分析了39份黄瓜材料的遗传差异。结果表明,不同材料间的遗传距离(D)在0.064~0.592之间。夏立新等通过RAPD分析计算出黄瓜亲本间分子遗传距离,园艺性状与分子遗传距离间以抛物线的相关系数最优,其中坐瓜率、收获始期与分子遗传距离的抛物线相关系数存在着显著相关性。陈劲枫等对黄瓜属的22份材料的亲缘关系进行了研究,综合109个SSR位点和398个RAPD条带,将22份材料聚类分析为2群:CS群(黄瓜、西南野黄瓜及野黄瓜)和CM群(甜瓜、菜瓜、野生小黄瓜及非洲角黄瓜)。庄飞云等也利用RAPD技术对黄瓜属材料进行了亲缘关系分析,23份材料被聚类为黄瓜、近缘野生种、种间杂交种和甜瓜亚属种4类。李锡香等利用29个RAPD引物分析了66份来源和类型不同的黄瓜种质基因组DNA,结果表明,不同引物所揭示的种质多样性差异很大。长江以南黄瓜种质的遗传多样性高于长江以北,华南型种质的遗传多样性高于华北型种质。王志峰等利用AFLP技术对包括80份山东黄瓜地方品种和24份其他地区品种的遗传亲缘关系进行了研究。山东黄瓜地方品种与日本品种和欧美品种分属不同类群或亚类群,华南型黄瓜与山东黄瓜地方品种的遗传距离远远小于同欧美型黄瓜的遗传距离,说明日本黄瓜与欧美型黄瓜亲缘关系较远,这为日本黄瓜起源于中国提供了佐证。李锡香等以8对引物对70份不同来源的野生和栽培黄瓜种质基因组DNA进行AFLP分析,供试黄瓜种质的平均期望杂合度为0.376,中国种质的平均期望杂合度为0.387,明显高于国外种质的0.291。供试黄瓜种质分为三大种群:西双版纳黄瓜组群、印度野生黄瓜组群和栽培黄瓜组群。2005年王志峰等用15个形态性状指标和11对AFLP引物组合对新泰密刺、长春密刺和山东密刺等15份密刺类黄瓜品种遗传亲缘关系进行了研究。新泰密刺、长春密刺和山东密刺聚为一组。但新泰密刺和山东密刺遗传差异较小,与长春密刺遗传差异较大。4.2芽再生及其功能不少研究工作者对黄瓜组织培养的影响因素作了探讨多数研究结果表明,外植体类型、基因型及植物生长调节剂对诱导黄瓜植株再生有显著影响,子叶节是最佳的外植体材料,硝酸银对黄瓜离体子叶培养芽再生具有促进效应[83,84,85,86,87,88,89]何晓明等建立了子叶及下胚轴离体培养体系,通过由愈伤组织分化不定芽途径获得再生植株。郭德章等通过黄瓜子叶原生质体培养,产生大量体胚并再生成植株。在黄瓜单倍体和多倍体培养方面,杜胜利在国内首次建立了一整套通过未受精子房离体培养产生黄瓜单(双单)倍体植株的技术体系,再生频率达25%。雷春等通过射线辐射花粉授粉并结合胚培养,从3个基因型中获得了单倍体植株,同时发现辐射剂量、亲本基因型、授粉组合对坐果率和单倍体产生率有一定影响。陈劲枫等获得了异源三倍体黄瓜的离体繁殖的培养基配方。4.3冷诱导转录因子基因的转化和复配目前在黄瓜上的转基因方法有农杆菌介导法、基因枪法、花粉管通道法和电激法等,其中农杆菌介导法为主要方法。“十五”期间,研究和建立了黄瓜高效遗传转化体系,并通过农杆菌介导将CMV-CP、CBF3、Cor15A、Chi、Glu、CTB/CS3、RS、t-PA等基因导入黄瓜基因组。何铁海等利用抗CMV病毒外壳蛋白CP基因经农杆菌感染介导转化黄瓜子叶,初步将CMV-CP基因导入黄瓜细胞。王蕙中等获得转WMV-2cp基因的黄瓜再生植株。金红等将抗除草剂基因bar以农杆菌共浸染法导入到黄瓜父本品种M1子叶中,经历愈伤组织分化、芽诱导和生根等过程获得落地转化株系,通过特异性引物的PCR鉴定,13个株系扩增出bar基因片段。T0自交获得T1转基因植株,经除草剂巴士达1000倍液喷施处理,其中84%表现为较高的抗性。邓小燕等将拟南芥冷诱导转录因子CBF3基因,与CaMV35S启动子和Nos终止子融合后构建成植物表达载体Pbinp-35S-CBF3。通过农杆菌介导转化黄瓜子叶,获得了具有卡那霉素抗性的黄瓜再生植株。经PCR检测鉴定,表明CBF3基因已整合到黄瓜基因组中。张兴国等将冷诱导启动子RD29A分别控制下的拟南芥CBF3冷调控转录因子基因和Corl5A抗寒基因构建植物表达载体,通过农杆菌介导,导入黄瓜基因组,创制出耐寒黄瓜新材料白吉刚等将拟南芥生长素结合蛋白基因克隆在pBI121的35S启动子和Nos终止子之间,得到植物表达载体p35EZ。通过根癌农杆菌介导的方法转化黄瓜,获得了经PCR鉴定、Southern和Northern杂交检测的转基因植株,转基因植株单性结实能力增强。陈丽梅以黄瓜子叶为外植体,利用农杆菌介导法将荧光素基因(luc)和ATT1基因(编码合成角质层所需的细胞色素P450氧化酶,使角质层增厚)导入黄瓜,获得了阳性转基因植株。林建丽通过黄瓜离体子叶不定芽再生体系,以农杆菌为介导,实现了花生白黎芦醇合酶基因(RS)对黄瓜的转化,并获得抗性芽。于静初步探索了将霍乱毒素B亚单位(CTB)和毒素大肠杆菌的优势抗原之一CS