关于番茄育种现状与发展

关于番茄育种现状与发展前景技术报告生物科技学院10高种（1）班朱珍珍番茄育种番茄（LycopersiconesculentumMill）原产南美洲的热带密林。番茄在我国栽培历史较短,20世纪50年代初迅速发展起来，但已经发展成为主要的蔬菜之一。番茄除可鲜食和烹饪多种菜肴外，还可制成酱、汁、沙司等强化维生素C的罐头及脯、干等加工品，用途广泛。由于番茄适应性强、产量高、品质好和用途广泛，因此需要量逐年上升，无论国内、国外栽培面积都在不断扩大，栽培方式也日益多样化。目前美国、俄罗斯、意大利和中国为主要生产国，在欧美、中国和日本有大面积的温室、塑料大棚及其他保护设施栽培。一、种质资源由于番茄是一种严格的自花授粉植物，经过长期的驯化和选育，番茄的遗传背景逐渐变窄，因此，通过广泛的资源收集来丰富番茄的种质资源对番茄育种极其重要。国外早在1778年就开始了番茄的种质资源收集工作，近十多年来，IBPGR又先后多次对番茄的种质资源进行了大规模的收集.据IBPGR1987年报道，全世界共收集到番茄种质材料32000，到1990年则已经超过了40000份，这些材料主要收藏在11个研究单位。其中收藏量超过6000份的单位有亚洲蔬菜研究发展中(AVDCR)和美国国家种子(USDA).美国加州大学Rick所领导的研究机构番茄遗传贮藏(TGSC)也收集了3000多份番茄材料。我国自80年代以来，也先后组织了两次大规模的种质资源收集工作，两次共收集到各种番茄1912份。这些材料的收集与保存工作对于番茄出了突出贡献。（一）丰产性育种亩产量=单位面积株数×单株结果数×单果重提高光能利用为中心的“生理育种”高光效、低呼吸、低补偿点等。主要技术番茄是世界上重要的蔬菜作物之一，分为加工型番茄和鲜食型番茄，在各国的蔬菜栽培中均占有相当的比例。从发展趋势看，人们对番茄的需求量正在加大，据联合国粮农组织统计，1997年全世界番茄栽培为309.4ha，总产量达8487.3万ｔ。市场对其番茄果实大小、形状、颜色、品质、风味、耐储运性、上市时间等不断提出新的要求，而作为生产者还要考虑品种的抗病性、丰产性、熟性以及经济效益。以上这些毫无疑问都应成为番茄育种者的育种目标。综合国内外有关专家的观点及个人的理解，仅从传统育种技术和利用基因工程技术两个方面论述番茄育种研究进展。所谓传统育种技术就是指利用种群内基因重组原理通过筛选的办法来达到选育新品种的目的；而利用基因工程技术进行番茄品种特性改良，主要指种群间的转基因技术，从而获得抗病毒、抗虫、抗除草剂、抗冻、延长储藏期、改善风味、改变果色和育性等基因，这些都是通过常规育种技术难以达到的。1番茄适应性育种适应性包含的内容和范围很广，就目前而言，主要指番茄的耐弱光及抗寒性筛选研究。1.1耐弱光及短日照育种这是温室番茄适应性育种的一个重要方面，主要通过比较座果及花穗分化情况来筛选材料。1.2株型育种株型育种除了耐弱光温室栽培目的以外就是省工品种的选育。如早在20世纪50年代，英国人就发现了具有隐性基因Ts的突变中其侧枝的生长是受ＩＳ基因控制的，当番茄植株含有ＩＳ基因时就只长一个茎，这不仅能减少整枝打杈的劳力，而且有利于机械化栽培。1.3抗寒育种番茄抗寒筛选因加工番茄与鲜食番茄栽培条件和方式的不同而不同。加工番茄主要指能在早春直播抗低温，即较强的低温发芽与苗期抗寒能力。而鲜食番茄抗寒筛选方面，因为是温室栽培，除了要求幼苗有一定抗寒能力外，要求成株期在低温下有较好的座果能力。研究证明，在低温条件下，花粉质量和座果率在不同品种间有较大差异，通过比较这种差异可对成株抗寒性进行选择。单性结实番茄材料在低温下具有较强座果能力。国内外一些育种单位都在积极利用单性结实基因培育耐寒品种。1.4抗霜冻育种受冻组织死亡往往是在霜冻条件下受冻部位体液产生冰晶，冰晶不断增大，撕裂了液泡膜，挤压刺伤其他细胞器及其膜系统和细胞膜，最终导致细胞死亡。Hightower利用农秆菌将比目鱼体内抗冻蛋白（ＡＦＰ）基因转入番茄，发现转基因番茄不但稳定转录AFP的mRNA，还产生一种新的蛋白质。这种转基因番茄的组织提取液能有效地阻止冰晶的增长。转基因植株经温室鉴定，抗病力明显提高。1.5耐热育种番茄抗逆育种的一个重要内容是鉴定番茄耐热性，最可靠的方法是调查在高温条件下的座果情况，但费时费力。双列杂交分析初步表明，番茄座果的耐热表现为加性遗传。另外，番茄抗热分子生物方面的研究日益深入，已经成功地对若干个番茄热反应调控子（HSF）的基因进行了克隆和遗传定位，将来利用基因工程创造耐热材料的前景无疑非常广阔。1.6耐盐育种番茄在不同发育时期，具有不同的耐盐机制，其中对盐害最敏感的时期是种子萌发和幼苗生长期。目前国外已经筛选出一些在种子萌发期、营养生长期和开花期耐盐的番茄材料。1.7抗虫害育种主要指基因工程技术的应用。目前发现应用于提高植物抗虫性的基因主要有两类，一类简称Ｂｔ基因，另一类简称Pi基因，但由于其表达能力不够强，应用暂时受到限制。1.8抗除草剂育种实验证明转基因植株可以将有毒的除草剂转化为非毒性的乙酰化形式，使转基因植株能有效地抗除草剂。2番茄品质育种番茄品质主要包括果实的商品品质、风味品质以及营养品质3个方面。2.1商品品质果实的商品品质体现在果实的形状、大小、颜色、硬度以及耐储性等方面。果实的形状、大小、颜色由于消费习惯和消费方式不同，世界各国间的要求也不尽相同。另外，据报道通过转基因育种，使果实中类胡萝卜素的生物合成被抑制97%以上，番茄红素的合成量也很低，仅为正常植株的2%。转基因的植株的花冠为淡黄色，果实为黄色。加工番茄要求着色均一致。2.2果实硬度番茄从采收到销售需经过很多环节，这就要求番茄具有较强的耐挤压和抗损伤能力。因此，果实的硬度显得至关重要。目前一般是通过比较果实果肉厚度，种子腔大小，再结合手感握测来筛选果实硬度高的品种。2.3耐贮运性由于番茄品种间果实贮存期的长短差异较小，通过系选很难达到理想效果，因此人们把研究重点转移到两个成熟突变基因上，即成熟抑制基因rin（ripinginhibitor）和不成熟基因nor（nonripening）。其原理，一是通过抑制多聚半乳糖醛酸酶（ＰＧ）的活性来抑制细胞壁果胶的降解，使果实抗软化。另一种是通过抑制乙烯的生成，提高果实耐受"成熟过度"的能力。目前，特别是成熟抑制基因已经开始被应用到育种实践中。2.4营养品质和风味品质果实的营养品质主要取决于果实中矿物盐和维生素的含量，尤其是VC、VA的含量，提高这些营养成分的含量也是番茄育种中不可忽视的方面。影响果实风味品质的因素很多，目前尚无法根据一定指标进行改良。过去，育种家希望通过传统方法提高果实的含糖量，从而改良品质，但是由于碳代谢的复杂性和缺少基因型的多样性使育种方法难以突破。目前有关学者正致力于提高工程植株Monellin基因表达的研究。3抗病育种番茄栽培范围广，危害番茄的病害种类多。通过传统的病害抗原的筛选和新的生理小种及株系研究是目前最行之有效的方法之一。据美国加州大学CharlesRick（1995）调查，几乎所有的番茄病害都可以在近缘野生种中找到相应的抗源，近半数的抗病基因已经通过杂交转入到普通番茄中。番茄叶霉病病菌分化最快，已知的和已经被利用的抗病基因数也最多。20世纪90年代以来又陆续发现了一些抗早疫病的资源材料，并发现早疫病抗病基因表现为加性或是上位效应。最近在中国台湾省筛选出了抗晚疫材料，具有较大的潜在利用价值。为更有效的提高品种的抗病性，育种上将至少两个未被侵染的抗病基因转育到一个品种中。基因工程技术对抗病毒育种的效果将更显著。在国内外，对ＴＭＶ、ＣＭＶ、ＴＳＷＶ都有相关的转基因研究，并且获得了对其抗性水平达到中抗到高抗的转基因番茄植株。4雄性不育性育种对于自花授粉作物，利用雄性不育系配制杂交种子是最为有效的方法。但自然发现不育系和恢复系的选育和转育都十分困难，且周期长，效率低。通过基因技术使ＲＮＡ降解，导致花粉败育，从而培育出雄性不育的工程植株，可为番茄的杂交制种提供方便。5单倍体育种花药（粉）为外植体组织培养可以获得单倍体，而即使是杂合体起源的单倍体加倍后也可立即纯化，从而大大缩短育种周期。随着花药（粉）培养技术的改进，单倍体利用有可能成为未来蔬菜杂种优势利用中自交系培育的有效手段。6体细胞杂交育种利用原生质融合进行体细胞杂交，可以突破物种间有性杂交的障碍，使不同物种的基因组合在一起，创造新的育种材料和类型。总之，传统育种技术还将在相当长的时期作为育种的主流技术存在下去，而随着番茄基因工程的发展，将创造出更多新的基因型，基因工程技术在番茄新品种选育中具有广阔应用前景，以其补充传统育种方法的不足。发展前景中国成世界第三大番茄酱生产出口国，中国番茄加工总装备能力和产量９０％都在新疆，处理能力达到５.５万吨，中国成为继美国、意大利之后世界第三酱生产及出口大国。据新疆维吾尔自治区对2004年１至１０月，新疆生产建设兵团加工番茄２０多个国家出口６.１４万吨，已占欧洲市场份额的７０％份，新疆番茄酱出口就达到１.１７亿美元，比去年同期增加３１００美元。新疆温差大，日照长，降件为大规模种植番茄和成色好，营养丰富，“红色产业”之一。国内的番茄育种水平与国外相比仍存在一定的差距，我国番茄平均单产仍然低于世界平均5-10年间我国番茄育种应重点加强以下方面的研究：1、进一步收集和鉴定各种番病、抗逆的资源材料。到目前为止，我国番茄种质资源鉴定、开发研究仍然十分薄弱，如果不改变这种状态很难达到世界先进水平。2、重点培育具有多抗性品种和耐不同逆境条件。露地品种应抗2—3种以上主要病害，保护地品种应抗3—4种以上主要病害。要培育适合于冬春保护低温弱光的品种、适合于越夏栽培耐