生物技术在南瓜育种中的应用

摘要：从组织培养、基因克隆、分子标记等方面对生物技术在南瓜育种中的应用进行了综述，供中国南瓜科研工作者参考，并期望对提高国内南瓜遗传研究与育种利用水平有所帮助。

关键词：生物技术；南瓜；育种

南瓜为葫芦科（ Cucurbitaceae） 南瓜属（ Cucur bita ）中的1 年生草本植物， 起源于美洲大陆， 栽培种及野生近缘种共有27 个[1]。南瓜栽培种有5个， 而我国栽培的主要有3 个： 南瓜（ Cucur bita moschata D. ） 又名中国南瓜， 笋瓜（ C. maxima D. ） 又名印度南瓜， 西葫芦（ C. pepo L. ） 又名美洲南瓜[2]。南瓜在我国有悠久的栽培历史， 可作粮食、蔬菜、籽用、观赏和饲料等之用。南瓜还可以入药， 饮食须知、本草纲目等古籍对南瓜也有记载。随着科学技术的发展， 人们对南瓜又有了更深的了解， 南瓜含有丰富的维生素A、维生素C、胡萝卜素、糖类、淀粉、钙质等， 有很高的营养价值和较高的医疗保健作用[3]。

随着生产的发展，传统的育种技术已不能满足人们的需要，因此在南瓜育种中运用生物技术逐渐被大家所重视。作为一种高新技术， 生物技术是分子遗传学、生物化学、微生物学等基础学科发展的产物，在整个科学领域中占据了越来越显著的地位。作为世界新技术革命的重要组成部分， 生物技术已经成为人类彻底认识和改造自然界， 克服人类自身所面临的人口膨胀、粮食短缺、环境污染、疾病危害、能源资源匮乏等一系列重大问题的有效手段和工具[4]，下面笔者从几方面来论述。

1组织培养技术

1.1离体快繁和器官再生研究

器官离体再生是植物组织培养的重要内容，在黄瓜、西瓜、甜瓜、葫芦等作物上非常成功，但在南瓜方面则困难较大，进展一直缓慢。从目前的研究结果来看，影响南瓜离体快繁和器官再生的因素主要有以下几个方面：

（1）就目前的情况看，大多数的南瓜均成功进行了组织培养和器官再生，只有少数没有成功，其原因估计与选用试材的基因有关。

（2）在组织培养和器官再生的过程中，培养基起关键作用。培养基的重点在配方上，一般来说是在现有的成熟培养基配方的基础上，添加一定量的激素，其中6-BA使用频率最高，诱导器官再生的有效范围在1.0～6.0 mg/L之间，在西葫芦离体培养的花上，KT1.0 mg/L为最优的激素配方[5]。含量在0.05～1.0 mg/L之间的IAA、NAA、IBA也有应用。

（3）外植体的苗龄和大小也影响着器官再生的频率。在南瓜中，刚转绿的南瓜子叶是诱导愈伤的最适外植体[6]。但对于西葫芦1片真叶期幼苗上的子叶为外植体最为适合[7]。笋瓜则是以4 d的子叶为最好[8]；赵建萍建立一套子叶高频率诱导再生芽的程序，为遗传转化研究打下了基础[8]。

（4）在组织培养中褐化是大家常遇到的现象，其对西葫芦的组织培养的影响很大，但有关的原因少见报道，其原因还要进一步研究下去。

1.2组织培养获得单倍体

单倍体在其他植物上的研究已经深入，但在南瓜上的研究报道很少，国外学者利用被射线辐照的花粉进行受精，获得了西葫芦的单倍体胚和植株。研究表明，γ射线的剂量、基因型、胚胎发育时期等因素对植株再生有着重要影响。25 Gy和50 Gy的γ-射线对孤雌生殖具有较好的诱导效应；虽然发育成各个时期的胚胎都能形成单倍体植株，但只有53.8%鱼雷胚和3.1%心型胚可以发育成单倍体植株，与其他葫芦科植物相比还处于很低的水平[9]。

胚胎挽救技术在许多作物上进行了成功的应用，是一条很有前途的育种途径。把南瓜与西葫芦的有性杂交后代进行培养，其中一个品种的南瓜杂种，没有培养成功，但另一个品种duda成功了，杂种后代表现可育，取得了成功的经验[10]，为南瓜育种开创了一条新的思路。

1.3细胞与原生质体培养

原生质体的培养与融合的研究在南瓜上较少。有学者采用电融合技术对黄瓜和黑籽南瓜的子叶原生质体进行了融合，并对电场条件进行了优化，得到了融合细胞的愈伤组织，但没能得到再生植株[11]，估计与材料的基因，培养基的配方，取材的时间、部位有关，可喜的是张兴国等开展了黄瓜与南瓜原生质体融合的研究，获得了体细胞杂种愈伤组织[12]，为南瓜育种引进新的育种资源。

2分子育种研究

2.1基因资源的研究

进行分子生物学研究首先要分析基因组的大小。对南瓜属11个种的材料的研究表明墨西哥南瓜种内差异较大，西葫芦较小。杂交后代的基因组大小与亲本具有明显差异，这有利于种间杂交后代的早期检测[13]。

2.2基因的克隆

基因的克隆是基因工程重要的组成部分，目前报道已克隆了抗冷性相关的基因―甘油-3-磷酸酰基转移酶基因，提高了黑子南瓜的抗冷性 [14]，还得到了CAT酶基因[15]，小西葫芦的（CpCPK1）基因[16]。从笋瓜真叶的cDNA文库中，克隆了单拷贝的Ⅲ型几丁质酶基因[17]。这些都为以后的转基因奠定了基础。采用基因组DNA 步移法克隆了南瓜韧皮部蛋白2（PP2）基因启动因子的序列，得到的转基因植株在韧皮部组织特异性高效表达GUS[18]。

2.3分子标记技术

蔬菜育种的常规选择方法一般分为两种，即直接选择和间接选择。直接选择的优点是直观、简单，但对数量性状和一些易受环境影响的质量性状往往难以奏效。间接选择是通过与目标基因连锁的、易于识别的形态标记，对目标性状进行相关选择。常规育种常用的形态标记、生化标记尽管在育种上发挥了重要作用，但由于其数量有限等局限性，限制了它们的进一步应用。分子标记直接反应植物基因组DNA间的差异，不受环境、季节等限制，而且具有数量多、多态性高等优点，因此在育种上有着广泛的应用前景。目前，分子标记主要包括RFLP、RAPD、AFLP、SSR、SCAR、STS等，主要应用于蔬菜遗传多样性分析、转基因作物后代的选择、育种中目标质量性状和数量性状（QTL）的筛选、品种纯度鉴定等方面。相信随着分子标记辅助育种选择体系的建立和应用，将大大加速作物育种进程，为人类创造出更优良的品种[19]。分子标记技术在南瓜类作物上应用的报告较多，有报道，运用多种标记技术对南瓜属的材料进行了分析，结果与同工酶为基础的分类结果一致[20]。

在我国，山西省农业科学院蔬菜研究所的李海真等用RAPD技术探讨了南瓜属3个栽培种的亲缘关系[21]，周辉等对影响南瓜RAPD反应体系稳定性和重复性的条件进行了研究，为南瓜分子标记辅助育种打下了基础[22]。

2.4转基因方面的研究

据报道，目前南瓜转基因技术多采用农杆菌法，在西葫芦上也有采用基因枪法成功的例子。在南瓜上转育的主要是有抗病毒特性的病毒外壳蛋白（CP）基因。将西葫芦花叶病毒甜瓜种的两个CP基因转入西葫芦也已成功[23]。有人曾担心CP基因的安全性问题，经实验证明是安全的。另外同许多的作物一样转基因南瓜安全性评价方法也正在建立[24]，相信对今后这方面的研究会有促进作用。

3展望

生物技术是一项新兴的技术，人们利用它可以培育出以前无法想象的品种来，不过这项技术也有它不利的一面。因为在使用中，人们往往将不利于生产生活的品种淘汰。这样一来就丢失了很多种质资源，那样以后选择的范围将很窄。因此，在使用生物技术的同时，要把它与传统的育种技术结合，扬长避短，为我们的生活服务。

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