廣東省菜育種研究進展

廣東省菜育種研究進展

蔬菜（心臟病科）。菜薹風味獨特,生育周期短、復(fù)種指數(shù)高,也是廣東省栽培面積最大和市場供應(yīng)最主要的蔬菜。菜薹品種的選育方法主要有系統(tǒng)選育法、誘變育種、雜種優(yōu)勢利用、組織培養(yǎng)、分子標記輔助選擇育種以及抗性及品質(zhì)育種。本文就目前廣東省菜薹育種發(fā)展現(xiàn)狀與存在問題進行簡要的論述。1栽培方法1.1用優(yōu)良品種選育系統(tǒng)選育法最早在20世紀60年代廣州市冼村菜農(nóng)對四九菜心的選育(張衍榮,1997),即根據(jù)育種目標對品種內(nèi)的不同株系進行多次選擇、比較鑒定,篩選出優(yōu)良的品種。目前用該方法育成并通過廣東省品種審定的品種有油綠粗薹菜心(李桂花等,2010)、四九-19號菜心、遲心2號、遲心29號、油青12號早菜心、綠寶70天菜心、特青遲心4號等。該方法直接根據(jù)植株的后代與原始群體的表現(xiàn)差異對具有優(yōu)良性狀或目標性狀的群體進行選育,但育種時間長,如果是連續(xù)的單株選擇,又會造成近親交配,后代生活力下降(胡延吉,2003)。1.2rapd分析誘變育種是利用理化因素誘發(fā)變異,通過選擇育成新品種的方法。廖飛雄等(2003a)將60Co-γ射線輻射菜薹種子和菜薹莖尖,利用離體培養(yǎng)技術(shù),發(fā)現(xiàn)對種子的適宜輻射劑量是200Gy左右,經(jīng)催芽的種子為50~100Gy,離體培養(yǎng)的莖尖為40~70Gy。將油綠50天菜心和油綠80天菜心兩個品種利用空間誘變處理,經(jīng)RAPD分析原種與定向選育5~6代的變異株系發(fā)現(xiàn),原種與突變后代在DNA水平上存在差異,說明突變體基因發(fā)生了點突變或染色體互換、缺失(張金艷等,2010)。誘變育種可以在合適的誘變劑下產(chǎn)生點突變,實現(xiàn)某一缺點的改變,但該品種的其他優(yōu)良性狀也發(fā)生改變。另外,誘變育種的有利變異頻率低,且多為隱性,后代性狀鑒定困難,在育種過程中要遵循細胞遺傳學原理進行篩選。對以種子為誘變材料的選育,由于其在M1代為變異的“嵌合體”,故需要4~5代鑒定選擇(陳大成等,2001)。因此,誘變育種仍然要和其他育種方法結(jié)合才能實現(xiàn)品種的改良,而組織培養(yǎng)有利于保持和積累染色體變異,將誘變與組織培養(yǎng)結(jié)合起來,可以大幅度提高易位染色體頻率(夏承志和張玲華,2006)。如菊花等花卉利用輻射與組織培養(yǎng)相結(jié)合的手段來加速篩選過程,已經(jīng)取得了很好的效果(趙月芬和李斌麒,1990;丁慧清等,1992)。1.3回交轉(zhuǎn)育研究據(jù)統(tǒng)計,在已發(fā)現(xiàn)的雄性不育材料中,約10%的核不育材料、70%以上的細胞質(zhì)雄性不育材料都是通過種間或?qū)匍g雜交獲得的。研究表明,具有相同或者相近染色體組的種間雜交親和性較強,容易得到雜種(劉忠松等,2001;徐書法等,2004)。蕓薹屬植物的A、C兩個染色體組之間存在著較密切的同源性(Lagercrantz&Lydiate,1996;Cheungetal.,1997;郄麗娟等,2007)。劉勝洪等(2006)也認為菜薹(2n=20,AA)和普通白菜(2n=38,AACC)有AA組染色體相同,且其種間雜交有低度育性,其后的研究表明:在BC3代的群體植株測定中,不育比率為94.60%,接近BC2代植株不育率水平,說明在不斷的回交過程中,植株的不育率越來越高并相對穩(wěn)定。梁紅等(1994a,1994b)用甘藍和菜薹雜交,并用胚培養(yǎng)獲得了雜交后代,甘藍×菜薹的雜種后代較接近菜薹,表現(xiàn)偏父遺傳。這就為蕓薹屬間的不育源向菜薹中轉(zhuǎn)育創(chuàng)造了可能性,其不育源多的基本上存在于甘藍型油菜和普通白菜中。由于廣東省內(nèi)菜薹的遺傳資源基礎(chǔ)狹窄,導致菜薹種類至今還未發(fā)現(xiàn)可以利用的雄性不育源。目前主要利用回交轉(zhuǎn)育的方法將親緣關(guān)系較近的甘藍型油菜和普通白菜中的不育源轉(zhuǎn)入菜薹中。廣州市蔬菜科學研究所彭謙等(1989)以甘藍型油菜湘油A不育源為母本,以菜薹及普通白菜為父本,通過種間雜交和連續(xù)回交,選育出菜薹胞質(zhì)雄性不育系和相應(yīng)的保持系以及早、中、遲熟父本自交系,基本上實現(xiàn)了三系配套。劉自珠等(1996)利用甘藍型油菜湘油A不育源與四九-19號菜心回交轉(zhuǎn)育得到的菜薹不育系,利用臺山白菜×馬耳白菜F3中不育株再與四九-19號菜心雜交,從其自交后代中得到的可育株作保持系,經(jīng)4代回交轉(zhuǎn)育得到菜心胞質(zhì)雄性不育系002-8-20A,陸續(xù)配制出多個雜種一代新品種,其中早優(yōu)1號、早優(yōu)2號、中花雜交菜薹已在生產(chǎn)上推廣應(yīng)用;同時對其恢復(fù)保持關(guān)系進行了研究,研究結(jié)果表明菜薹胞質(zhì)雄性不育系易找到恢復(fù)系而難找到保持系,是一個恢復(fù)品種廣譜的雄性不育系。后經(jīng)數(shù)代種植發(fā)現(xiàn),該不育材料的農(nóng)藝性狀分離較大,葉片伸長、葉柄較長、側(cè)芽多,而且該不育系的不育源中帶有波里馬細胞質(zhì)雄性不育(PolCMS)遺傳物質(zhì),導致選育出的不育材料中的不育性不穩(wěn)定,在溫度變化中出現(xiàn)微量花粉,育性恢復(fù)。這對雜交種的生產(chǎn)及品種的種植都極為不利,因此,對該不育性穩(wěn)定的改造也成了菜薹雜種優(yōu)勢利用的重點工作。1.4菜的選育和生理特性蕓薹屬植物的花器官組織培養(yǎng)分化能力以及子葉、下胚軸、根切段、莖段作外植體通過愈傷組織再分化成芽(井忠平等,1989)的研究結(jié)果表明,可以用組織培養(yǎng)來對菜薹現(xiàn)有品種的某些性狀進行改良。張?zhí)m英等(1994)以萌發(fā)3~4d(長約4cm)的菜薹無菌苗的下胚軸為材料,經(jīng)原生質(zhì)體培養(yǎng),得到了完整的植株。張鵬等(1995)配合使用AgNO3與ABA,在離體培養(yǎng)條件下培養(yǎng)49-19、60D和70D3個菜薹品種,研究發(fā)現(xiàn)子葉-子葉柄再生能力最強,可以獲得高頻率的植株再生。陳卓斌和吳梅珍(1998)以雄性不育株的幼嫩葉片作為外殖體,以MS為基本培養(yǎng)基,短期內(nèi)能獲得大量試管苗。廖飛雄等(2003b)對不同品種菜薹的莖尖離體培養(yǎng),結(jié)果認為BA0.8mg·L-1以上、NAA不超過0.5mg·L-1能獲得較好的增殖效果,而KT和ZT單一使用效果較好。菜薹的耐熱性可以用羥脯氨酸含量來衡定(廖飛雄和潘瑞熾,2001a),因此可以用逆境下離體組織的耐羥脯氨酸特性進行新品種選育。廖飛雄和潘瑞熾(2003c)在離體菜薹種子、莖尖和愈傷組織篩選耐羥脯氨酸變異的研究中,經(jīng)0.3mg·mL-1的羥脯氨酸3~4個周期對菜薹莖尖和愈傷組織篩選后,可獲穩(wěn)定抗性株系,種子萌發(fā)后的幼苗在濃度1.0mg·mL-1的羥脯氨酸上,經(jīng)4個世代連續(xù)篩選可獲抗性株系,而濃度3.0mg·mL-1的羥脯氨酸可用于幼苗的前期淘汰。廖飛雄和潘瑞熾(2004)利用離體60天特青,篩選出的一個耐羥脯氨酸品系Hypr01,在人工氣候箱模擬栽培高溫逆境下,Hypr01和未經(jīng)選擇的60天特青相比,有較強的耐熱性。離體培養(yǎng)不僅能夠快速得到目的性狀的菜薹材料,而且可以將優(yōu)良性狀的單株迅速保存并快繁,從而為菜薹育種減少一定的時間。但是對于優(yōu)良性狀的純合,就不得不用小孢子、花粉培養(yǎng),這正是目前菜薹育種工作中比較欠缺的。1.5最佳反應(yīng)體系的確立及擴增分子標記是檢測種質(zhì)資源遺傳多樣性的有效工具(胡延吉,2003),該方法是通過基因定位,找到與目標基因緊密連鎖的分子標記,然后通過分子標記,間接地對目標性狀進行選擇。王麗等(2006)用改良的CTAB法提取菜薹基因組,并優(yōu)化了RAPD反應(yīng)體系。孫雪梅等(2007)以菜薹為材料,確立了適合菜薹ISSR-PCR分析的最佳反應(yīng)體系和PCR擴增參數(shù),應(yīng)用該反應(yīng)體系和反應(yīng)參數(shù)從15條ISSR引物中篩選出5條引物可供菜薹ISSR-PCR反應(yīng)分析。目前分子標記技術(shù)已經(jīng)越來越廣泛地運用在各種葉菜類育種工作中,而分子標記在菜薹的輔助育種上的應(yīng)用,則很少見到報道。1.6菜的品質(zhì)和優(yōu)化廣東氣候高溫高濕,病害對菜薹的品質(zhì)性狀的危害很大,病毒病是菜薹栽培中的主要病害,而田間以TuMV及其復(fù)合毒株為主(李學文,1989)。華南農(nóng)業(yè)大學植保系以四九菜心、60天特青等35個菜薹品種為鑒定材料,經(jīng)病毒病接種后篩選出60天特青為最耐病的原始材料,經(jīng)單株選擇選出代號為8722的中花菜薹,對其進行優(yōu)質(zhì)、豐產(chǎn)、耐病毒病的系統(tǒng)選育,選出8722菜薹新品種。鄭巖松(1996)利用芥蘭與菜薹進行遠緣雜交和回交,從遠緣雜種后代中選擇出抗TuMV的菜薹品種,而且遠緣雜種后代對TuMV的抗性水平取決于輪回親本的抗性水平。菜薹品質(zhì)主要包括商品外觀形態(tài)、營養(yǎng)和風味(張華和劉自珠,2010),優(yōu)質(zhì)的四九菜心營養(yǎng)成分中每100g菜薹食用部分的能量為89kJ、粗纖維0.91g、粗蛋白2.15g、粗脂肪0.69g、碳水化合物1.65g、VC52.16mg,并富含P、Fe等14種礦質(zhì)營養(yǎng)元素,總氨基酸含量達275mg·g-1,包含以軟脂酸為主的9種飽和脂肪酸和以亞麻酸為主的4種不飽和脂肪酸,其可食用部分的總黃酮達1.73mg·g-1,但不含有生物堿類化合物(楊暹等,2002)。梁承愈等(1994)通過研究菜薹生長發(fā)育的內(nèi)部結(jié)構(gòu)后認為優(yōu)質(zhì)菜薹的標志是近莖端上段始終具分裂能力,其維管束小,未木質(zhì)化;當維管束木質(zhì)部大于韌皮部時,菜薹的品質(zhì)上段較好;而當莖薹基部皮層與髓部薄壁組織明顯疏松時,細胞間隙多而大、維管束多而密,次生木質(zhì)部比例大,品質(zhì)變劣,無食用價值。菜薹炭疽病在廣東普遍發(fā)生時間是每年的4~9月,不僅影響菜薹的外觀和內(nèi)在品質(zhì),而且減產(chǎn)嚴重(張華等,2000)。目前菜薹多以品質(zhì)育種為研究重點,而將抗性與品質(zhì)育種相結(jié)合方面重視較少。2菜的生長和組合優(yōu)勢面對層出不窮的育種手段,廣東省菜薹育種方法仍顯得較為傳統(tǒng)。廣州市農(nóng)業(yè)科學研究院在20世紀90年代,利用現(xiàn)有的不同菜薹材料雜交,培育出油綠50天、綠寶60天、油綠701等菜薹新品種;同時該單位的研究人員對菜薹高代自交系間組合優(yōu)勢表現(xiàn)進行了測定,并選育出早優(yōu)3號菜薹。而在雜種優(yōu)勢,特別是在菜薹不育系的選育、基因工程的運用方面,選育的品種都未在生產(chǎn)上廣泛應(yīng)用。2.1生長和發(fā)育的菌株廣州市農(nóng)業(yè)科學研究院雖然用PolCMS甘藍型油菜湘油A為不育源培育出菜薹不育系002-8-20A,后代繁育發(fā)現(xiàn)其不育性不穩(wěn)定,仍然沒有大量的投入生產(chǎn)。PolCMS的不育性在多數(shù)材料中都不穩(wěn)定,隨著回交保持代數(shù)的增加和環(huán)境的改變都會產(chǎn)生一些微量花粉(Burnsetal.,1991;唐章林等,1997)。廣州市農(nóng)業(yè)科學研究院得到的菜薹不育系與PolCMS不育系一樣存在一定溫度下產(chǎn)生可育花粉,這主要是取決于來自父本的細胞核(楊光圣和傅廷棟,1987),而通過篩選缺乏溫度敏感基因的保持系,可育成不育性穩(wěn)定的不育系(傅廷棟等,1989)。唐章林等(2010)以PolCMS不育系為母本,與(甘藍型油菜×羽衣甘藍)×甘藍型油菜復(fù)合雜交高世代群體單株成對雜交、連續(xù)回交,獲得了不育性徹底、對環(huán)境溫度變化鈍感且育性穩(wěn)定的甘藍型油菜CMS不育系DA,并認為育性穩(wěn)定的根本原因可能是DA攜帶有對溫度鈍感的不育基因。因此通過廣泛測交復(fù)合雜交高世代的群體單株,可能解決不育系的溫敏問題。2.2葉自身抗性測定菜薹品種的抗性降低會使其產(chǎn)量減少、品質(zhì)等級下降,而抗病性的形成是病原體與寄主間一系列的生物、生理和生化等相互作用的結(jié)果,這就要求菜薹原始材料的收集要在雜交近緣種、野生種甚至不同屬植物中進行。就外形而言,一般葉色較淺的早熟黃葉菜薹品種的抗病性較強,葉色較深的早熟油青和中熟品種次之,葉色深綠的中遲和遲熟品種抗病性較弱(張華等,2000)?？剐暂^強的菜薹品種,需從抗性較強的菜薹材料中選育。在雜交育種中所用的抗病親本特別是野生種,一般是纖維或酸含量高、品質(zhì)風味差等,而且遺傳基礎(chǔ)比較復(fù)雜,不同株系的抗性也有較大差異,因此有必要對現(xiàn)有材料進行抗性與品質(zhì)性狀初步評價(柳李旺等,2001),在雜交方式上需要分別采用復(fù)式雜交或多代回交,考慮到后代群體分離較大,其育種的規(guī)模和年限也相應(yīng)較長(陳大成等,2001)。2.3菜優(yōu)化育種的潛力通過基因工程將功能基因轉(zhuǎn)入菜薹植株中,可以方便快捷地得到功能基因的特定功能,極大地簡化田間選育的工作強度和縮短育種時間。曹必好等(2008)以菜薹帶柄子葉為外植體,利用根癌農(nóng)桿菌導入法將TA29-barnase基因轉(zhuǎn)化菜薹中,獲得的轉(zhuǎn)化植株具有雄性不育的特性,與其他菜薹雜交獲得的F1植株在生長勢和產(chǎn)量方面表現(xiàn)優(yōu)勢,表明開展菜薹優(yōu)勢育種具有一定的潛力。肖旭峰等(2008)通過RT-PCR法克隆并獲得了兩個決定菜薹開花的關(guān)鍵基因BrcuFLC和BrcuFRI,分析表明BrcuFLC基因在早、晚熟菜薹品種的表達量隨真葉數(shù)增加而逐步減少,在莖、葉中的表達強,花次之,根中較弱;BrcuFRI則在早、晚熟菜薹品種的所有階段表達量都較低,而在根中的表達量明顯高于莖、葉和花。另外,肖旭峰等(2010)研究了與菜薹開花有關(guān)的基因片段BrcuFCA在不同時空表達的特性,推測菜薹主要的抽薹開花途徑不是春化和FRI-依賴途徑,而很可能是自主開花途徑。張魯斌等(2010)首次從菜薹中克隆了苯丙氨酸解氨酶(PAL)基因的全長cDNA,命名為BcPAL1,該基因編碼的氨基酸序列與十字花科類植物的PAL聚為一支,兩者具有較近的親緣關(guān)系?；蚬こ桃呀?jīng)在育種中顯示了強大的便利,為廣東省菜薹育種的運用提供了一條新的方法和思路。但該法主要以理論研究為主,對菜薹的實際育種指導較少。3廣東省菜育種存在的問題目前,系統(tǒng)選育法、誘變育種、雜種優(yōu)勢利用、組織培養(yǎng)、分子標記輔助選擇育種以及抗性育種在菜薹育種工作中已選育出很多菜薹新材料。目前,廣東省菜薹品種仍是常規(guī)種,并以系統(tǒng)選育方法為主,但長期的使用造成遺傳資源枯竭、后代選育品種缺乏新的抗性基因,品種缺乏競爭優(yōu)勢。因此要利用多種育種手段為菜薹新品種的選育服務(wù)。3.1菜與菜的生長特性現(xiàn)有的菜薹不育源主要從含有PolCMS的甘藍型油菜不育材料中導入,創(chuàng)造的菜薹不育系含有甘藍型油菜的部分特性,為菜薹雜交種的推廣帶來了弊端