我国黄瓜抗病品种选育技术研究进展

2021-12-05李彦军范惠冬

中国果菜 2021年3期

马燕，李彦军，滕巍，范惠冬，张倩

（吉林省蔬菜花卉科学研究院，吉林长春 130033）

黄瓜（Cucumis sativusL.）属于葫芦科黄瓜属，是世界上十种最主要的蔬菜作物之一，我国已有2 000多年的栽培历史，在蔬菜产业中占有重要地位。目前我国大部分地区采用设施大棚种植黄瓜，不仅增加了黄瓜的产量，而且能实现四季种植，给菜农带来了巨大的经济收益，但同时也给大棚黄瓜病害防治提出了新要求。

连片种植、重茬栽培等条件下容易滋生病菌，尤其是20世纪80年代以来，随着设施农业的不断发展，我国保护地蔬菜生产规模不断扩大，但保护地温湿度条件有利于病害的发生流行，黄瓜生产上已面临着严重的病虫害威胁，包括生理性病害、感染性病害和虫害。在我国，黄瓜霜霉病、白粉病和枯萎病已成为黄瓜生产上的三大主要病害，常年发病率为10%～50%，严重时可达80%～90%，给黄瓜生产带来了致命的威胁[1-3]。目前黄瓜病害的防治方法主要有化学农药防治、农业防治、选育抗病品种等。本文从抗病品种选育的角度分析了黄瓜抗病品种选育技术，并简要介绍了其他方法，展望了相关研究的发展方向。

1 选育抗病品种

选育抗病品种是防治黄瓜霜霉病最经济、有效、安全、环保的长期控制策略。我国的黄瓜品种选育主要经历以下几个阶段。

1.1 系统选育

系统选育从20世纪50年代后期至70年代初期，是利用自然界现有的变异，经过选择培育成新品种的方法，又称选择育种法。如津研系列黄瓜品种即是采用该方法育成的[4]。该法简单易行，优中选优，见效快，适合于群选群育工作，在我国育种的初期阶段发挥了重要作用。局限性在于依靠自然变异，不能有目的的创新；个别性状上容易改变，综合性状上较难突破。

我国的黄瓜育种是以产量、抗病性、抗逆性、品质等为目标进行的，但在黄瓜育种中却存在遗传变异小的严重问题，因此仅靠系统选育已经无法满足黄瓜育种的需求。

1.2 杂交育种

杂交育种从20世纪70年代末开始[5]，是利用杂种优势来选育性状优良的杂交一代新品种，需要连续自交纯化的亲本材料。吉杂系列黄瓜、津杂系列黄瓜品种即是采用该方法育成的。1979年黄瓜抗病育种协作组组建完成，1983年抗病育种纳入了国家攻关计划，新品种在抗病性、早熟性、丰产性、品质等方面有了较大提高，替代了常规品种且趋于专用化[6]。该方法简单易行、目标性强，但父母本材料的自交系纯化时间较长，大约需要6～8年，再加上区域试验时间，因此获得一个杂交新品种大约需要7～9年的时间，育种进程过慢。对此，现代育种多采取加速世代的做法，如利用温室、异地、异季等条件一年种植2～3代，结合多点试验、稀播繁殖等措施，尽可能缩短育种年限。

1.3 诱变育种

诱变育种始于20世纪60年代，其是指通过物理（即辐射）及化学等因素诱发作物体产生突变，从中选择培育新品种；是继选择育种和杂交育种之后发展起来的一项现代育种技术。李加旺等[7]利用23.22 C/kg60Coγ射线辐射处理具有某些优良特性的黄瓜自交系种子，并在其变异后代群体中筛选出两个综合性状优良的单株。经3代系选，从中分选出一个主要性状均能稳定遗传的株系M-8，该品系在早熟、丰产、抗病性及商品性等几方面具有明显优势。

该技术的优点是能够提高突变率，在较短的时间内获得更多的优良变异类型。诱变育种也有自身的弱点：一是诱变产生的有益突变体频率低；二是难以有效地控制变异的方向和性质；三是诱发并鉴定出数量性状的微突变比较困难。因此可以扩大诱变后代的群体，增加选择的机会，同时诱变育种应与其它技术结合，实现不同技术上的相互促进。

1.4 生物技术辅助育种

生物技术辅助育种是自20世纪70年代以来，由细胞工程、DNA重组和转基因技术等一系列现代生物技术组建而成，目前已成为当今世界发展最快、最活跃的高新技术领域。现代生物技术在农业上的广泛应用，给农业生产带来了新的飞跃。1995年开始天津科润黄瓜研究所率先开展了生物技术在黄瓜育种上的应用研究，将单倍体诱导技术、转基因技术和分子标记等技术与传统黄瓜育种技术相结合，获得了前所未有的成功，不仅大大缩短了育种年限，而且新品种的抗性、品质也有了很大的突破。

1.4.1 单倍体诱导技术

单倍体诱导技术属于现代生物技术中细胞工程的范畴。目前，获得黄瓜单倍体的途径很多，如可以通过花药培养、子房培养、游离小孢子培养以及辐射花粉授粉诱导等4种人工途径获得[8-12]。其中在黄瓜育种上应用较成熟的是通过未授粉子房离体培养获得单（双单）倍体植株，该技术比其他三种技术容易且再生频率高，是产生单倍体的主要途径[13-14]。

该技术的优点在于植株的基因型和表现型完全一致，大大降低了误选的频率，而且以单倍体为诱变材料，使获得突变体的速度加快，从而缩短了育种年限，快速产生纯合的育种新材料（纯系），提高育种效率。目前国内有些公司已充分掌握了该技术并利用其辅助育种取得了大量的种质资源及新品种。也有学者如杜胜利[15]建立了黄瓜未授粉子房再生体系，且已获得20多个较为优良的育种材料。该技术的局限性在于整套技术比较复杂，影响因素较多，推广难度较大。

1.4.2 转基因技术

转基因技术属于现代生物技术中基因工程的范畴，通过将外源的抗病、抗虫、抗逆及特有品质等有效基因导入植物体，从而产生具有新性状的植株，培育出新的抗病、抗虫、抗逆等优良品种。

该技术的优点在于转基因黄瓜不仅可以保留原来的丰产性和商品性，而且获得了新的抗病性或抗除草剂等特性，大幅节约生产成本，提高生产效率。该技术的缺点在目前转基因农作物的安全性存在质疑，因此，该技术在黄瓜育种上仅限于研究，未批准商业化种植。

1.4.3 分子标记技术

分子标记技术属于现代生物技术的范畴，是以直接检测DNA核苷酸序列的差异为基础的遗传标记，又称DNA分子标记技术。随着黄瓜遗传图谱的逐渐饱和，目前针对黄瓜抗病基因已开发出AFLP、RAPD、SSR（simple sequence repeats）、SCAR等数十种抗病基因的分子标记。自1987年第一张黄瓜遗传连锁图谱发表，到2020年国内外先后发表了22张黄瓜遗传连锁图。2017年，牛志红[16]在已构图谱的基础上新增了大量的SSR标记，图谱总长749.2 cM，共610个标记的遗传图谱，是目前黄瓜近缘杂交群体饱和度最高的遗传图谱。近年来已开发了数千对SSR标记，用于遗传多样性研究、遗传图谱构建和标记的多态性分析。相比其他分子标记技术，SSR具有实验程序简单、多态性高、稳定的特点，已经成为近年来分子标记的研究热点之一。

该技术的优点在于多态性高；不受环境条件影响，各个发育时期和组织器官均可检测；重复性好，便于资源共享；在基因组中大量存在且分布均匀；遗传稳定,可靠性强；操作方便，速度快，不受地域影响。该技术的局限性在于，目前黄瓜抗病性的遗传规律尚未摸清，抗病性存在多基因调控，因此分子标记的结果会出现假阳性，即分子标记结果显示抗病而实际栽培中不抗病。

1.4.4 诱导抗病性

早在20世纪30～40年代，人们就已了解到植物有诱导抗病现象，直至80年代以来，才对诱导抗病性进行了深入和系统的研究。诱导抗病性是利用生物化学的诱导剂，使植物对外源刺激发生反应，调动自身体内免疫系统的功能来阻止病原菌侵入为害，从而产生系统抗性。抗病性诱导具有抗病谱广、持效期长和系统抗性的特点，是一种具有很大潜力的植物病害防治方法，是近年来植物病理学研究的热点问题之一。目前已报道的可使植物产生诱导抗性的化学物质有20余种[17]。

2 其他防治方法

2.1 化学防治

在农业生产上，通常采用喷施化学农药的方法来控制作物病害的发生与危害[18]。如用代森联干悬浮剂、咪鲜胺乳油等药剂来防治黄瓜炭疽病，用90%乙磷铝可湿性粉剂400倍防治黄瓜霜霉病等。化学防治方法的优点是见效快、效果好、操作简单；缺点是长期频繁使用导致病菌产生抗药性、增加植物产品中的农药残留、污染环境以及破坏生态系统中生物的多样性和平衡关系等一系列问题。

2.2 农业防治

农业防治是利用综合的农业技术措施，在不用药或少用药的前提下，达到防治的目的，主要包括选用抗病品种、使用无害健壮种苗、水分调节、合理施肥、合理布局田间作物构成、适当提前或推迟播种期等[19-21]。该方法的优点是环保、具有稳定性和持久性、防治规模大；缺点是对技术要求高，不适合个体农户小规模生产。

3 研究展望

目前，我国的选育工作主要采用基于数量遗传学原理的常规选育和基于分子遗传学原理的分子辅助育种相结合的手段进行。但在实际应用中，基本上还是以基于数量遗传学原理的传统选育方法为主。目前尚未见有纯利用分子遗传学选育出新品种的报道。显然，这一遗传改良的理想技术还未能真正得到独立应用。因此，在以基于数量遗传学原理的传统选育方法为主导进行良种选育的同时，应进一步完善分子育种理论，促进分子数量遗传学这一新兴学科的发展，并真正应用到良种选育工作中去，这是我国遗传育种产业技术研究发展的趋势。

3.1 加强分子标记辅助育种

将分子标记辅助选择与传统育种经验相结合，合理利用多态性高的分子标记；继续完善黄瓜基因图谱，针对我国黄瓜品种在抗病虫性等方面出现的问题，找到与这些性状紧密连锁的标记，为分子标记辅助育种和基因的定位克隆奠定基础。

3.2 加强对组织培养技术的应用研究

在我国，利用组织和细胞培养进行黄瓜植株再生的研究已经取得了较大的进展[22]。黄瓜转基因技术及黄瓜单倍体培养技术都是以黄瓜组织培养为基础。近年来，利用选择压对组织培养产生的体细胞无性系变异群体筛选抗病突变体的技术发展迅速，先后在烟草黑胫病、玉米小斑病、小麦根腐病、小麦赤霉病、水稻纹枯病及稻曲病、茄子黄萎病、番茄灰霉病、梨黑星病、香蕉枯萎病等十余种作物上成功筛选到抗病植株[23-24]。该技术的优点在于组织培养技术已经非常成熟；组织培养过程会产生大量的变异，相比田间，选择群体更大且节约空间；利用选择压使育种的方向更明确。该技术的局限性在于通过选择压筛选出的植株的抗病性有可能不遗传，仅是对当代进行了诱导抗病性。目前利用该技术在黄瓜抗病突变体选育方面还未见报道。

3.3 加快环保型农药的研发

在绿色可持续发展成为今后主攻方向的背景下，加快淘汰高毒、高风险农药，推广和普及高效、低毒、安全、环保型农药已成为我国农业发展的必然趋势。未来，在高效新农药大量出现、施药技术进步及环保要求更加严格的背景下，农药剂型的发展将趋向精细化和环保化，水乳剂、水分散粒剂、水悬乳剂、微乳剂、可溶性粉剂、微胶囊等新型农药剂型将逐步兴起。