生物技術(shù)在蔬菜育種中運(yùn)用概述

盛 鵬 邵 權(quán) 李一源

（云南農(nóng)業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，云南 昆明 650031）

改革開(kāi)放以后，為了能夠讓更多的人“吃飽”，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力成為我國(guó)發(fā)展中的一大要事。近些年來(lái)，不少新興技術(shù)開(kāi)始應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，其目的就是為了改變傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式帶來(lái)的局限以及存在的弊端，從而培育出更多高質(zhì)量的產(chǎn)物以適應(yīng)社會(huì)發(fā)展需求。而在蔬菜育種中，為了提高蔬菜的抗病毒性、抗病蟲害能力以及品質(zhì)等，開(kāi)始逐漸應(yīng)用生物技術(shù)，經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)一段時(shí)間的實(shí)踐，確認(rèn)生物技術(shù)確實(shí)可以提升蔬菜育種能力。由此可見(jiàn)，生物技術(shù)的應(yīng)用可以促進(jìn)蔬菜產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，從而促進(jìn)我國(guó)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展，因而，對(duì)生物技術(shù)與蔬菜育種展開(kāi)論述，可為相關(guān)工作提供有力的理論參考。

1.當(dāng)前我國(guó)蔬菜育種的發(fā)展情況

1.1 雜種優(yōu)勢(shì)育種

經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的研究發(fā)現(xiàn)，很多蔬菜有F1表現(xiàn)適應(yīng)性廣、豐產(chǎn)等特點(diǎn)，具備明顯的雜種優(yōu)勢(shì)，而目前在我國(guó)種植的蔬菜中，雜種優(yōu)勢(shì)育種也是非常重要的途徑。有數(shù)據(jù)顯示，像大白菜、甜瓜、番茄等27種蔬菜，都是通過(guò)雜種優(yōu)勢(shì)育種培育出來(lái)，而其中為F1品種的比例最高可達(dá)90%。無(wú)論是在該技術(shù)的基礎(chǔ)理論研究成果來(lái)看，還是就制種技術(shù)而言，均取得了顯著的進(jìn)展。其中，已經(jīng)在國(guó)際上取得領(lǐng)先地位的研究有蘿卜核-胞質(zhì)雄性、甘藍(lán)顯性核基因雄性、大白菜顯性核基因互作雄性不育系、遺傳機(jī)制以及利用方面；取得了重要研究進(jìn)展的有辣椒、甜椒雄性三系配套研究，即不育系、保持系以及恢復(fù)系，對(duì)黃瓜與節(jié)瓜進(jìn)行的雄性選育與利用等；而尚未取得重要突破，但已經(jīng)做了大量工作的有蔬菜性狀遺傳、雜種優(yōu)勢(shì)等多方面。

1.2 抗病育種

科學(xué)選育以及合理利用，是保證品種可抗病能力，提高蔬菜病蟲害防御能力的主要渠道。在不斷地研究實(shí)驗(yàn)中，已經(jīng)對(duì)病蟲害的病原種群分布、毒株分化等有了基本掌握，明確了一些主要病蟲害抗性遺傳的規(guī)律，比如霜霉病、屬類蔬菜枯萎病等，對(duì)如何通過(guò)人工接種鑒定病蟲害原進(jìn)行了制定；對(duì)抗原材料進(jìn)行了篩選，其中，能夠?qū)?-3種病蟲害進(jìn)行同時(shí)生抵抗的材料有100多份，其中包括大白菜、甘藍(lán)、黃瓜等，通過(guò)不斷的努力，在抗病育種能力上，逐漸追趕上了發(fā)達(dá)國(guó)家。

1.3 品質(zhì)與生態(tài)育種

對(duì)于相關(guān)工作者而言，不僅要讓培育出的蔬菜品種在味道上有所保障，還要對(duì)其外觀品質(zhì)加以重視，從而使得新品種能夠滿足消費(fèi)者的需求[5]?，F(xiàn)階段，育種工作已經(jīng)從單純的提高蔬菜產(chǎn)量到關(guān)注蔬菜的營(yíng)養(yǎng)與品質(zhì)。比如，在進(jìn)行黃瓜育種時(shí)，會(huì)對(duì)其苦味的遺傳，風(fēng)味的組成同時(shí)進(jìn)行研究；在進(jìn)行大白菜育種時(shí)，也會(huì)對(duì)其營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的組成加以研究；在番茄育種方面，關(guān)注可溶性固形物與番茄紅素含量等。另外，在生態(tài)育種方面也取得了重要進(jìn)展，已經(jīng)確認(rèn)辣椒、黃瓜等蔬菜適合在日光室進(jìn)行低溫栽培，厚皮甜瓜適合設(shè)施栽培等。在大白菜適合春季、夏季種植的選育方面，與日韓國(guó)家的差距也在日漸減小，不僅如此，在選擇技術(shù)、耐熱等性狀鑒定方面進(jìn)步顯著。

1.4 新品種選育

生姜、大蔥、蓮藕、大蒜均是無(wú)性繁殖蔬菜作物，且在我國(guó)需求量較大，因此需要大量種植。對(duì)此，為了能夠同時(shí)滿足國(guó)內(nèi)外的市場(chǎng)需求，我國(guó)一些省份一直致力于這幾種蔬菜作物的育種研究。目前，山東省已經(jīng)逐漸培育出的大蔥品種有：魯大蔥1、2號(hào)，魯蔥雜1、2號(hào)等。同時(shí)，在生姜與大蒜的培育中也取得了顯著的成效。

1.5 生物蔬菜技術(shù)

我國(guó)在無(wú)性繁殖蔬菜莖尖培養(yǎng)脫毒方面也取得了顯著成就，比如：馬鈴薯、生姜等，并對(duì)可靠、可行性高的繁殖體系進(jìn)行了建立，在開(kāi)發(fā)方面以產(chǎn)業(yè)化形式進(jìn)行。目前，國(guó)內(nèi)已經(jīng)有很多相關(guān)研究單位，建立了培養(yǎng)白菜、辣椒等蔬菜小孢子或者花藥的體系，提供了開(kāi)展輔助育種的有力支持。

2.在蔬菜育種中運(yùn)用生物技術(shù)的優(yōu)勢(shì)與發(fā)展趨勢(shì)

2.1 優(yōu)勢(shì)

2.1.1 培育更多新品種蔬菜

克隆技術(shù)是生物技術(shù)中的重要部分，通過(guò)對(duì)克隆生物技術(shù)的應(yīng)用，獲取更多蔬菜的基因，獲取一些特殊的育種中間材料，為新品種的培育奠定基礎(chǔ)。

2.1.2 改善蔬菜品種的品質(zhì)

在相關(guān)研究持續(xù)深化進(jìn)行中，蔬菜作物功能基因的理論與技術(shù)日漸完善，無(wú)論是在品種研發(fā)，還是品質(zhì)改善上均取得了重大突破，如此人們才能夠享受到優(yōu)質(zhì)的農(nóng)作物。舉個(gè)例子來(lái)講，甘藍(lán)型油菜等蔬菜是國(guó)外學(xué)者在不斷研究中培育出的新品種，在一定程度上滿足了人們對(duì)于蔬菜種類多元化的需求。

2.1.3 縮短蔬菜的育種時(shí)間

簡(jiǎn)單重復(fù)序列標(biāo)記技術(shù)與聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)技術(shù)的發(fā)展，促使分子遺傳圖譜短時(shí)間內(nèi)完成建立。無(wú)論是從DNA的角度來(lái)講，還是從RNA的角度而言，均能夠?qū)Ω嗥贩N的性狀加以識(shí)別，在利用育種技術(shù)對(duì)育種趨勢(shì)進(jìn)行明確時(shí)，借助分子標(biāo)記進(jìn)行輔助完成。立足于微觀的角度，促進(jìn)育種工作加快完成，并提高工作質(zhì)量。不僅如此，伴隨著生物技術(shù)水平的提升，人們飲食結(jié)構(gòu)中開(kāi)始出現(xiàn)了轉(zhuǎn)基因食品的影子，相對(duì)于傳統(tǒng)蔬菜作物，這類作物有著較強(qiáng)的抗性，有更為豐富的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，且不容易腐爛，是提高人們飲食質(zhì)量的一大要點(diǎn)。

2.2 發(fā)展趨勢(shì)

就現(xiàn)階段而言，世界人口數(shù)一直呈現(xiàn)增長(zhǎng)趨勢(shì)，再加上人們對(duì)于物質(zhì)生活水平的要求逐漸增高，對(duì)于蔬菜的種植數(shù)量以及品質(zhì)也在不斷地增加，簡(jiǎn)單來(lái)講，蔬菜種植的壓力也在日漸增加。在全球氣候逐漸變化的生態(tài)環(huán)境下，傳統(tǒng)的蔬菜生產(chǎn)模式已經(jīng)無(wú)法滿足現(xiàn)代的農(nóng)業(yè)發(fā)展需求。對(duì)此，在蔬菜育種中加入生物技術(shù)不僅是更好地提高蔬菜本身的質(zhì)量需求，也是時(shí)代與生態(tài)環(huán)境變化的必然趨勢(shì)。

3.蔬菜育種中生物技術(shù)的運(yùn)用情況

3.1 組織培養(yǎng)技術(shù)的運(yùn)用

從廣義的角度來(lái)講，組織培養(yǎng)即指從蔬菜中分離出符合育種需要的組織，器官、細(xì)胞等，在人工可控制的無(wú)菌條件下進(jìn)行培養(yǎng)，從而獲取再生的完整的蔬菜植株技術(shù)。從狹義的角度來(lái)講，是指用如形成層、胚乳等蔬菜的部分組織培養(yǎng)獲取再生植株，也是指在培養(yǎng)的過(guò)程中從蔬菜各器官上產(chǎn)生愈傷組織進(jìn)行培養(yǎng)，經(jīng)過(guò)再分化形成再生蔬菜植株。由于組織培養(yǎng)技術(shù)可以克服遠(yuǎn)緣雜交不實(shí)、促進(jìn)繁殖植株快速增殖等特點(diǎn)，在我國(guó)的應(yīng)用范圍較廣，通過(guò)對(duì)油菜小孢子培養(yǎng)進(jìn)行深入研究，確認(rèn)影響增長(zhǎng)的因素、再生移植技術(shù)等，并建立了高效的培養(yǎng)體系。而所謂的體細(xì)胞雜交，實(shí)質(zhì)是原生質(zhì)體融合，能夠?qū)w細(xì)胞雜交產(chǎn)物進(jìn)行獲取，減少了有性雜交種雙親不親和造成的影響，在將雜交親本能力增加的同時(shí)，擴(kuò)大了種質(zhì)資源的利用范圍。其過(guò)程即對(duì)原生質(zhì)體進(jìn)行分離、培養(yǎng)、融合，然后鑒別并選擇雜種細(xì)胞，對(duì)雜種細(xì)胞產(chǎn)生的愈傷組織與再生植株進(jìn)誘導(dǎo)。該方式可應(yīng)用范圍廣泛，包括：細(xì)胞器互作研究、細(xì)胞質(zhì)雜種獲得等。

3.2 轉(zhuǎn)基因技術(shù)的運(yùn)用

所謂轉(zhuǎn)基因技術(shù)，即在生物體基因組中加入經(jīng)過(guò)人工操作分離或者處理過(guò)的基因，生物體性狀會(huì)因這些基因的表達(dá)而產(chǎn)生遺傳修飾。該方式之所以能夠快速的發(fā)展，主要是由于提供了一個(gè)理想體系，讓生物基因表達(dá)、調(diào)控、研究都成為可行性較高的操作，同時(shí)也提供了比較好的方式，實(shí)現(xiàn)了生物定向改良和分值育種，是目前最有效的基因工程與育種方式，而轉(zhuǎn)基因技術(shù)的運(yùn)用主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

3.2.1 品質(zhì)改良育種

對(duì)于蔬菜品種選育而言，實(shí)現(xiàn)品質(zhì)的改良是主要目標(biāo)，而將外源基因?qū)胧欠浅Ｓ行У耐緩?。以油菜為例，“超?號(hào)”“超油2號(hào)”就是我國(guó)主要培育的兩種轉(zhuǎn)基因油菜新品，是目前甘藍(lán)型油菜中含油量最高的新品系，油量比例占據(jù)52.82%。不僅如此，在基因蔬菜市場(chǎng)中也少不了具有較高耐腐性、易儲(chǔ)存的西紅柿，而馬鈴薯的氨基酸含量也較傳統(tǒng)馬鈴薯有明顯提升。

3.2.2 抗性育種

3.2.2.1 抗病毒基因的轉(zhuǎn)入

目前，抗病毒基因的轉(zhuǎn)入已經(jīng)在番茄、生菜、黃瓜等蔬菜育種中應(yīng)用，這是一種利用率非常高的抗性育種方式，主要是通過(guò)利用遺傳轉(zhuǎn)化方式，在受體細(xì)胞中轉(zhuǎn)入并表達(dá)病毒外殼蛋白的編碼基因。而取得了很大發(fā)展的還有病毒復(fù)制酶基因、非病毒來(lái)源的基因轉(zhuǎn)化等等。有相關(guān)研究者采用農(nóng)桿菌介入法，在大白菜育種時(shí)向其導(dǎo)入TuMV-CP基因，實(shí)現(xiàn)了高效離體再生、遺傳轉(zhuǎn)化體系的建立，同時(shí)利用生物學(xué)檢測(cè)法對(duì)轉(zhuǎn)基因植株進(jìn)行分析，確認(rèn)再生植株目的基因已經(jīng)有部分在轉(zhuǎn)基因植株上表達(dá)。不僅如此，在檢測(cè)后代轉(zhuǎn)基因植株中發(fā)現(xiàn)，基因所控制性狀的遺傳穩(wěn)定性、基因表達(dá)情況，都能夠作為抗病育種的理論基礎(chǔ)，為培養(yǎng)新品質(zhì)大白菜提供有力依據(jù)。

3.2.2.2 抗蟲基因的轉(zhuǎn)入

現(xiàn)階段，應(yīng)用于抗蟲基因轉(zhuǎn)入的主要有兩種，一種是毒素基因，另一種則是蛋白酶抑制因子基因，分別來(lái)源于蘇云金芽孢桿菌、植物。而毒素基因是抗蟲基因的重點(diǎn)研究對(duì)象，比如在番茄和馬鈴薯的育種中，加入在蘇云金芽孢桿菌中提取的內(nèi)毒素基因，由于該基因能夠引發(fā)鱗翅目昆蟲神經(jīng)重度，因此，能夠提高轉(zhuǎn)基因蔬菜的殺蟲效果。另外，由于毒素基因有了良好的遺傳穩(wěn)定性，且不會(huì)對(duì)人類造成毒害，因此作為抗蟲基因轉(zhuǎn)入蔬菜的可行性較高。而國(guó)外的研究人員在蒼蠅的體內(nèi)分離出一種具有強(qiáng)力抗菌的蛋白基因，并在煙草、白菜中將其轉(zhuǎn)入，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)入后的種植物有良好的抗病效果。

3.2.3 分子標(biāo)記技術(shù)的運(yùn)用

通過(guò)對(duì)性狀基因進(jìn)行跟蹤選擇，進(jìn)行與其緊密連鎖的遺傳標(biāo)記，即標(biāo)記育種的作用機(jī)理。分子標(biāo)記技術(shù)是一種基于DNA變異開(kāi)展的植物遺傳標(biāo)記手段，是分子生物學(xué)發(fā)展下的衍生產(chǎn)物，通過(guò)對(duì)DNA形式的直觀表現(xiàn)，不僅可以對(duì)各種生物體生長(zhǎng)的各個(gè)階段進(jìn)行檢測(cè)，還不會(huì)受到季節(jié)、環(huán)境的限制，無(wú)關(guān)乎是否表達(dá)；有可以包含整個(gè)基因數(shù)組的數(shù)量；在分析覆蓋基因組時(shí)，具有較高的多態(tài)性，可以通過(guò)對(duì)引物、探針的大量利用完成；由于其中性表達(dá)，對(duì)目標(biāo)性狀的表達(dá)不會(huì)造成影響，無(wú)關(guān)不良性狀；共顯性是很多標(biāo)記的特點(diǎn)，能夠?qū)兒吓c雜合基因型進(jìn)行準(zhǔn)確辨別，可提供的遺傳信息具有完整性。該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用主要在以下幾個(gè)方面：

3.2.3.1 對(duì)遺傳圖譜進(jìn)行構(gòu)建

無(wú)論是對(duì)植物遺傳育種，還是對(duì)分子克隆而言，遺傳圖譜都是不可忽略的理論依據(jù)。但是，以往的遺傳標(biāo)記技術(shù)無(wú)法形成完整的連鎖圖，其原因在于可標(biāo)記數(shù)目較少。因此，通過(guò)相關(guān)研究者的不斷努力，分子標(biāo)記技術(shù)逐漸應(yīng)用于蔬菜作物圖譜的構(gòu)建，目前已經(jīng)構(gòu)建的蔬菜圖譜有大白菜、馬鈴薯、胡蘿卜、番茄等幾十種蔬菜中。

3.2.3.2 對(duì)種質(zhì)資源進(jìn)行研究

借助分子標(biāo)記技術(shù)，很多研究者對(duì)蔬菜的種植資源進(jìn)行了分類，并對(duì)遺傳性進(jìn)行了多樣性的研究。

3.2.3.3 輔助基因定位

數(shù)量性狀是經(jīng)濟(jì)性狀的主要內(nèi)容，比如：蔬菜的成熟期、品質(zhì)等。在以往的數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法中，在進(jìn)行整體研究時(shí)，是根據(jù)對(duì)某一數(shù)量性狀的微效多基因的把控進(jìn)行，由于容易受到環(huán)境因素的影響，該方式不僅需要較長(zhǎng)的完成周期，且效果并不理想。而分子標(biāo)記技術(shù)的應(yīng)用可以通過(guò)分解多個(gè)數(shù)量性狀的方式開(kāi)展研究，也可以選擇個(gè)別研究，相對(duì)而言，分析結(jié)果準(zhǔn)確性更高。

3.2.3.4 分析標(biāo)記輔助選擇

在應(yīng)用傳統(tǒng)技術(shù)對(duì)蔬菜進(jìn)行選擇性育種時(shí)，是根據(jù)形態(tài)標(biāo)記選擇目標(biāo)性狀，由于該方式表現(xiàn)型會(huì)受到環(huán)境與蔬菜生長(zhǎng)期的影響，需要耗費(fèi)大量的人力、物力以及時(shí)間成本。但應(yīng)用分子標(biāo)記輔助選擇，可以減少花費(fèi)的時(shí)間與人力物力成本，間接提升了分析效率。

3.2.3.5 鑒定品質(zhì)

在對(duì)蔬菜品質(zhì)進(jìn)行鑒定是采取分子標(biāo)記技術(shù)，減少外界客觀因素造成的影響，可以在種植、幼苗階段鑒定，且能夠得到完整的信息，并區(qū)分出細(xì)微的差異，并且可以在短時(shí)間內(nèi)完成，得出的結(jié)論也非常準(zhǔn)確。

結(jié)束語(yǔ)

總而言之，蔬菜育種中應(yīng)用生物技術(shù)的前景非常樂(lè)觀，且在近幾十年中已經(jīng)取得了非常理想的進(jìn)展，在蔬菜育種中已經(jīng)廣泛應(yīng)用生物技術(shù)。現(xiàn)階段，很多國(guó)家為了促進(jìn)生物技術(shù)在蔬菜育種中的應(yīng)用均采取了獎(jiǎng)勵(lì)、鼓勵(lì)政策與措施，人們的接受度也在逐漸提升。對(duì)此，在不斷進(jìn)行深入研究的同時(shí)，要提高生物技術(shù)在常規(guī)種植中的應(yīng)用率，并盡快提高其為社會(huì)、人類的服務(wù)價(jià)值，創(chuàng)造更多的經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益。