蔬菜抽薹的遺傳規(guī)律及機理研究

許俊強，湯青林，宋明，王志敏

（西南大學園藝園林學院；南方山地園藝學教育部重點實驗室；重慶市蔬菜學重點實驗室，重慶，400715）

蔬菜抽薹的遺傳規(guī)律及機理研究

許俊強，湯青林，宋明，王志敏

（西南大學園藝園林學院；南方山地園藝學教育部重點實驗室；重慶市蔬菜學重點實驗室，重慶，400715）

綜述了蔬菜作物抽薹特性的遺傳規(guī)律、鑒定方法、生化基礎以及分子機理等方面內(nèi)容，并對蔬菜作物抽薹特性的未來研究方向進行了展望。

蔬菜；抽薹；遺傳規(guī)律

抽薹現(xiàn)象是某些蔬菜在繁衍過程中固有的生物學現(xiàn)象，主要指蔬菜具有在越冬前長成一定大小的營養(yǎng)體，再經(jīng)過一個漫長的冬季于翌年氣候轉(zhuǎn)暖、日照變長之后，抽薹開花結(jié)實的習性。在蔬菜中還存在“先期抽薹”現(xiàn)象，蔬菜抽薹后會失去食用價值，經(jīng)濟效益降低。要從根本上解決這個問題，只有培育出耐抽薹的蔬菜新品種，而要培育耐抽薹的新品種，就必須了解它的抽薹特性及抽薹性的遺傳規(guī)律，了解其鑒定方法和生化基礎，并掌握抽薹的分子機理。

1 抽薹性的遺傳規(guī)律

Mexo等用對低溫要求性高的蕪青和白菜雜交，研究雜交后代的抽薹性遺傳規(guī)律，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，抽薹性早晚受2個主效加性基因控制。后來在對白菜與甘藍型油菜的種間雜種后代抽薹性遺傳分析時，也發(fā)現(xiàn)了類似的規(guī)律，并發(fā)現(xiàn)早抽薹性對晚抽薹為顯性，但白菜抽薹期的廣義遺傳力和狹義遺傳力都較高，表明該性狀受環(huán)境因素影響小，晚抽薹表型與基因型相關程度大，親本能夠較穩(wěn)定地將其晚抽薹性遺傳給后代。Deynze等在研究甘藍型油菜春化需要型遺傳規(guī)律時發(fā)現(xiàn)，春性類型對耐抽薹性類型為顯性，春化需要性由一個主效基因和微效基因控制。又有學者在研究菠菜、蘿卜、甘藍、甜菜的抽薹遺傳規(guī)律時發(fā)現(xiàn)，低溫敏感類型對不敏感類型為顯性。程斐等[1]系統(tǒng)研究了大白菜抽薹性，認為大白菜抽薹期是受核基因控制的數(shù)量性狀，與細胞質(zhì)遺傳無關；該性狀符合加性—顯性遺傳模型，其中加性基因效應比顯性基因效應更重要，顯性效應表現(xiàn)為部分顯性；控制該性狀的隱性基因比顯性基因要多，早抽薹對晚抽薹為顯性，晚抽薹性狀的表現(xiàn)型與基因型相關程度大，親本能夠較穩(wěn)定地將其晚抽薹性遺傳給后代。張韜等[2]對春甘藍特性研究時發(fā)現(xiàn)，抽薹期是受多基因控制的數(shù)量性狀，符合加性—顯性模型，以加性效應為主，顯性是不完全顯性；早抽薹對晚抽薹是顯性，但遺傳力較低，易受環(huán)境影響。余陽俊等[3]研究表明，大白菜（YH）、小白菜（FMS和WS）、蕪菁（MM）的晚抽薹性遺傳均符合加性—顯性—上位性模型，早抽薹呈顯性，其中小白菜WS的晚抽薹顯性效應值不顯著。趙麗萍等[4]對蘿卜的抽薹遺傳規(guī)律研究結(jié)果表明，抽薹受2個主基因和多基因的控制，與Ajisaka等[5]認為的抽薹是由幾個主基因及多基因控制的結(jié)論相一致。

2 耐抽薹性的鑒定方法

耐抽薹性是綠體春化植物甘藍的重要特性。耐抽薹甘藍作為春甘藍品種的主要育種材料已逐漸受到重視，如何獲得和鑒定耐抽薹材料，更成為育種者研究的熱點。國內(nèi)外雖在晚抽薹育種中取得了一定的成果，選育了一批耐抽薹性的優(yōu)良品種，并對控制和減輕未熟抽薹的環(huán)境條件進行了研究，但對耐抽薹性的鑒定方法和鑒定指標研究較少。目前主要靠田間自然鑒定抽薹早晚和春播中心柱長短來評價春甘藍的耐先期抽薹能力。由于抽薹受環(huán)境條件、遺傳因素等多方面的影響，育種者往往憑借育種經(jīng)驗來判斷，對春播環(huán)境選擇以及統(tǒng)計結(jié)果沒有統(tǒng)一標準。甘藍要通過春化進入生殖生長必須同時滿足3個條件，即一定大小的營養(yǎng)體、通過春化的溫度、低溫持續(xù)一定的時間；此外，還應該滿足光照及其他因素對春化及抽薹的影響。營養(yǎng)體大小因品種不同而異，如丹京3～4片葉、黃苗10片葉、牛心7～8片葉，且莖粗達到一定值（0.6～1.6 cm）才能接受春化；通過春化的溫度一般為0～15℃；低溫持續(xù)的時間 （因品種和植株的大小溫度不同而異）一般為20～30 d或更長[6]。春化作用是先期抽薹的基礎，一般通過了春化階段的植株就可以發(fā)生先期抽薹。王超等[7]以7份抽薹特性有差異的春甘藍自交系為試材，在 6，8，10葉齡分別進行低溫處理30，45，60 d，研究甘藍耐抽薹性的鑒定方法，研究結(jié)果表明，幼苗8片真葉時，低溫處理45 d為鑒定不同甘藍育種材料抽薹特性的最佳時期。

目前，對于種子春化植物大白菜耐抽薹性的研究較甘藍深入。對于結(jié)球大白菜，一般結(jié)球率大于80%，抽薹率低于10%，短縮莖小于10 cm，被認為是耐抽薹性強材料。余陽俊認為，大白菜的抽薹性與開花葉片數(shù)呈極顯著正相關，開花葉片數(shù)可以作為判斷大白菜耐抽薹性狀的一項間接指標，花芽分化較晚、抽薹較晚，開花葉片數(shù)亦最多；相反抽薹早、開花早，開花葉片數(shù)則最少。此外，花芽分化臨界期 （從開始進行春化到花芽分化起始的時間）與大白菜抽薹早晚密切相關。程斐等[1]研究指出，大白菜抽薹期早晚與花芽分化臨界期的相關系數(shù)為0.979 4，因此可以用花芽分化臨界期這一早期指標替代抽薹期這一生育后期指標對育種原始材料、自交系和品種進行早期選擇，但未指出具體分級標準。

程斐等[1]研究表明，在大白菜花芽分化臨界點，不同抽薹性大白菜品種中CTK（細胞分裂素）和多胺含量均出現(xiàn)一個高峰，CTK高峰出現(xiàn)比多胺早2～4 d，其后精胺、亞精胺含量下降，結(jié)球性良好的晚抽薹品種比結(jié)球性差的早抽薹品種的CTK和多胺含量均低。這一結(jié)果可作為品種和原始材料選擇的一個參考性生理指標，但該指標不能很好地區(qū)分耐抽薹性強與耐抽薹性中等的品種。

3 抽薹的生化基礎

目前對抽薹生化機理還缺乏系統(tǒng)研究，抽薹性的生化機理研究主要集中在甜菜[8]、蘿卜[9]、大白菜[10]等植物。宋賢勇等[11]采用酶聯(lián)免疫吸附法（ELISA）測定了春蘿卜抽薹過程中頂端生長點處嫩葉的赤霉素（GA4）、生長素（IAA）、細胞分裂素（iPA）和脫落酸（ABA）等含量的變化情況。研究結(jié)果表明，在蘿卜抽薹過程中，GA4含量在現(xiàn)蕾點存在明顯的峰值，表明GA4與現(xiàn)蕾抽薹密切相關，起著主導作用；內(nèi)源ABA含量變化與GA4變化趨勢基本一致；與GA4和ABA相比，抽薹過程中葉片IAA含量相對較低；iPA含量在現(xiàn)蕾期逐步增加，至抽薹中后期出現(xiàn)一高峰值。研究發(fā)現(xiàn)iPA/ABA值增大，GA4/iPA和GA4/IAA值變小有利于花芽分化后蘿卜植株抽薹開花，表明內(nèi)源激素之間的平衡對蘿卜抽薹開花也起著重要作用。李梅蘭等[12]春化處理白菜植株，發(fā)現(xiàn)其莖尖組織DNA甲基化水平較對照下降，但GA含量明顯上升，為對照的2～3倍，且低溫誘導植株產(chǎn)生了一種分子量為58 kD的特異蛋白質(zhì)，說明低溫可能通過降低DNA甲基化水平或增加GA含量而誘導植物抽薹開花。

奧巖松等[13]研究指出，抽薹習性不同的大白菜品種在同一時期的特異蛋白的種類相同，只是含量存在差異，而且無論是花芽分化開始或花芽完全形成，或花莖分化期，均表現(xiàn)為耐抽薹品種的可溶性蛋白含量較低。王玉波等[14]通過分析淀粉酶活性的變化探討甜菜當年抽薹和抽薹逆轉(zhuǎn)的機理。結(jié)果表明，甜菜在抽薹過程中淀粉酶活性呈先升高后下降的變化趨勢；脫落酸（ABA）和馬來酰肼（MH）能夠逆轉(zhuǎn)甜菜抽薹，在逆轉(zhuǎn)抽薹處理后7 d，淀粉酶活性達到最高值，然后下降，至處理后20 d淀粉酶活性又有升高趨勢。

劉磊等[15]以紅太陽（Red Creole）洋蔥為試材研究抽薹植株與未抽薹植株的生化變化差異發(fā)現(xiàn)莖形成期，未抽薹植株游離氨基酸與可溶性蛋白質(zhì)含量較高，抽薹植株可溶性糖含量、C/N值及POD活性較高；而抽薹期，抽薹植株游離氨基酸與可溶性蛋白質(zhì)含量較高，未抽薹植株可溶性糖含量、C/N值及POD活性較高。張波[16]進行了抽薹特性不同的不結(jié)球白菜品種在抽薹過程中多酚氧化酶（PPO）、L-苯丙氨酸解氨酶（PAL）、超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）、過氧化氫酶（CAT）的活性變化趨勢研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在抽薹過程中，4種酶的活性在早抽薹品種和晚抽薹品種中都呈現(xiàn)明顯的上升趨勢，而CAT的活性在抽薹前下降，抽薹后隨著抽薹的加快而上升，但不同酶上升幅度不同，同一種酶在不同品系間的變化夜存在明顯差異。

Attoli等[17]研究表明，VC含量的增加會延遲擬南芥的抽薹開花時間，說明VC含量與抽薹相關，它在啟動抽薹中起著重要作用。半胱氨酸是谷胱甘肽合成的前體物質(zhì)之一，Yanagidaa M[18]研究發(fā)現(xiàn)，利用還原型谷胱甘肽（GSH）或其前體半胱氨酸，代替春化處理，會誘導洋桔梗（Eustoma Grandiflorum）抽薹，但是其他硫醇類物質(zhì)如二硫蘇糖醇（dithiothreitol）和 2-巰基乙醇卻不能誘導抽薹。這一研究表明，春化會刺激GSH的合成，從而激發(fā)洋桔梗植物抽薹，表明GSH是誘導抽薹的內(nèi)在誘導因子。Kolar J等[19]研究表明，降低礦質(zhì)營養(yǎng)會加速擬南芥的抽薹開花進程。Zhou F M等[20]研究發(fā)現(xiàn)，擬南芥葉綠體上脂肪氧化酶活性增加會促進抽薹開花。

4 抽薹的分子機理

目前主要對蘿卜、白菜等作物抽薹的分子機理進行了初步研究，大多采用分子標記和基因表達差異顯示技術。張慧蓉等[9]利用DDRT-PCR對不同品種蘿卜抽薹、花芽分化過程中差異基因的表達進行初步分析研究，分離得到41條差異基因片段，然后對這些差異cDNA片段進行核苷酸序列及氨基酸序列同源性分析，發(fā)現(xiàn)它們與擬南芥葉綠體基因組DNA、擬南芥未知蛋白、擬南芥At3g23000基因、蕪青葉綠體petA基因、擬南芥羧酯水解酶、銀葉樹（Heritiera littoralis）18S核糖體 RNA基因、萵苣（Lactuca sativa）NADH 脫氫酶亞組 2、 擬南芥CIPK7、甘藍型油菜線粒體DNA和人類3號染色體克隆等具有很高的同源性。另外，有4個差異片段找不到同源基因，認為是新基因片段；還有許多同源性很低的差異片段，可認為是未知基因。張波[16]研究了與不結(jié)球白菜晚抽薹基因緊密連鎖的SSR分子標記，結(jié)果發(fā)現(xiàn)了一個與晚抽薹基因緊密連鎖的標記LB，其遺傳距離為5.7 cM。為了闡明低溫要求型晚抽薹的分子機制，張偉峰等[21]利用易抽薹大白菜BY和晚抽薹蕪菁M.M雜交獲得的81個DH系群體為試材，從中選擇了6個極早抽薹和6個極晚抽薹的株系分別組成早抽薹池和晚抽薹池。以兩池和雙親為樣本，以無低溫和3～5℃ 處理25 d后獲得的mRNA為模板，反轉(zhuǎn)錄為cDNA，利用256對AFLP引物組合進行cDNA-AFLP分析，篩選與晚抽薹性相關的特異片段。對其中3條差異表達且豐度較高的cDNA片段進行了克隆測序。序列測定和Blast分析表明，p65m47 cDNA片段與C2結(jié)構(gòu)域蛋白基因有80%的同源性，期望值為7e-17，C2結(jié)構(gòu)域蛋白在細胞的信號轉(zhuǎn)導中起著很重要的作用；p66m55 cDNAⅠ片段與擬南芥AT1G32530 cDNA有85%的同源性，期望值為5e-36，它編碼蛋白結(jié)合位點／泛素連接酶／鋅指結(jié)合蛋白；p66m55 cDNA II片段與擬南芥AT1G65590 cDNA有87%的同源性，期望值為4e-37，它編碼β-乙酰已糖胺水解酶。徐文玲等[22]研究表明SCAR標記遺傳圖距為7.5 cM，為與蘿卜抽薹基因緊密連鎖的標記，因此可以用于蘿卜育種的分子標記輔助育種。

5 展望

近年來蔬菜抽薹相關基因的研究已有了很大進展，特別是BSA和QTL等方法使相關工作程序大大簡化。目前，有關蘿卜、芥菜、大白菜等十字花科蔬菜作物花芽分化（IM向FM轉(zhuǎn)變）的生化機理研究報道較多[23～24]，但對啟動抽薹期（VM 向 IM 轉(zhuǎn)變）的生化變化還沒有系統(tǒng)的研究報道。為進一步揭示啟動抽薹的分子機理，還需采用Real Time-PCR、Northern雜交和RACE克隆基因全長以及基因功能驗證等，來確定TDF與啟動抽薹的關系[25]。隨著生物技術的發(fā)展，應利用生物技術研究春化及抽薹的遺傳機理，從細胞遺傳學和分子遺傳學水平對晚抽薹基因進行定位，使常規(guī)方法和分子標記技術合理結(jié)合，為蔬菜耐抽薹性育種打下基礎。

[1]程斐，張蜀寧，孫朝暉，等.春大白菜品種選育的形態(tài)與生理指標[J].園藝學報，1999，26（2）：120-122.

[2]張韜，王超.春甘藍抽薹特性的研究（Ⅱ）——遺傳特性分析[J].東北農(nóng)業(yè)大學學報，2003，34（4）：408-413.

[3]Yu Y J,Zhang F L,Zhao X Y,et al.The inheritance of late bolting in cross of Chinese Cabbage[J].Acta Agriculturae Boreali-Sinica,2005,20(3):17-21.

[4]Zhao L P.Genetic analysis of bolting and cultivar fingerprinting in radish(Rapanus sativusL.)[D].Thesis for M.S. Nanjing Agricultural University,2007:29-48

[5]Ajisaka H,Kuginuki Y,Yui S,et al.Identification and mapping of a quantitative trait locus controlling extreme late bolting in Chinese cabbage (BrassicarapaL.ssp.pekinensissyn.campestrisL.)using bulked segregant analysis-a QTL controlling extreme late bolting in Chinese cabbage[J].Euphytica,2001,118(1):75-81.

[6]浙江農(nóng)業(yè)大學.蔬菜栽培學各論（南方本）[M].北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，1985.

[7]王超，張韜，吳世昌.春甘藍抽薹特性的研究（Ⅰ）——抽薹鑒定的方法[J].東北農(nóng)業(yè)大學學報，2003，34（2）：129-132.

[8]常纓.溫光誘導甜菜當年抽莖機理的研究[D].哈爾濱：東北農(nóng)業(yè)大學，2001.

[9]張慧蓉.蘿卜抽蔓生理特性與相關基因的差異表達研究[D].南京：南京農(nóng)業(yè)大學，2006.

[10]楊旭.白菜耐抽薹性及其他農(nóng)藝性狀的QTL定位研究[D].西安：西北農(nóng)林科技大學，2006.

[11]宋賢勇，柳李旺，龔義勤，等.春蘿卜抽薹過程中內(nèi)源激素含量變化分析[J].植物研究，2007，27（2）：182-185

[12]李梅蘭，汪俏梅，朱祝軍，等.春化對白菜DNA甲基化、GA含量及蛋白質(zhì)的影響 [J].園藝學報，2002，29（4）：353-357.

[13]奧巖松，李式軍.大白菜發(fā)育過程中可溶性蛋白質(zhì)的變化[J].中國蔬菜，1997（2）：19-21.

[14]王玉波，李彩鳳，馬鳳鳴.外源激素促控甜菜抽薹過程中淀粉酶活性的研究[J].東北農(nóng)業(yè)大學學報，2005，36（4）：426-429.

[15]劉磊，劉世琦，許莉，等.洋蔥抽薹與未抽薹植株生理生化特性對比研究[J].中國農(nóng)學通報，2006，22（1）：149-152.

[16]張波.不結(jié)球白菜晚抽薹分子標記及抽薹性遺傳分析[D].南京：南京農(nóng)業(yè)大學，2007.

[17]Attolic A D,Tullio M C.Increased ascorbate content delays flowering in long-day grownArabidopsis thaliana (L.)Heynh[J].Plant Physiology and Biochemistry,2006, 44:462-466.

[18]Yanagidaa M,Mino M,Iwabuchi M,et al.Reduced glutathione is a novel regulator of vernalization-induced bolting in the rosette plant Eustoma grandiflorum[J].Plant Cell Physiology,2004,45(2):129-137.

[19]Kolar J,Senkova J.Reduction of mineral nutrient availability accelerates flowering ofArabidopsis thaliana[J]. Journal of Plant Physiology,2008,165:1 601-1 609.

[20]Zhou F M,Luis R,Vellanoweth.The developmental transition to flowering inArabidopsisis associated with an increase in leaf chloroplastic lipoxygenase activity[J].Plant Science,2008,174:366-373.

[21]張偉峰，于拴倉，余陽俊，等.白菜低溫要求型晚抽薹性的相關序列克隆與分析[J].分子植物育種，2007，5（4）：559-564.

[22]徐文玲，王淑芬，牟晉華，等.蘿卜抽薹基因連鎖的AFLP和 SCAR分子標記鑒定[J].分子植物育種，2009，7（4）：743-749.

[23]汪炳良，鄧儉英，曾廣文.蘿卜花芽分化過程中莖尖和葉片碳水化合物含量的變化[J].園藝學報，2004，31（3）：375-377.

[24]陳竹君，陳迪鋒，汪炳良，等.榨菜花芽分化早期的生化特性研究[J].浙江農(nóng)業(yè)學報，2000，12（4）：187-190.

[25]Ma A F,Li J N,Chen L,et al.Differential display of related genes to seed-coat color by cDNA-SRAP inbras sica napusL.[J].Acta Agronomica Sinica,2008,34(3):526-529.

Research on Inheritance and Mechanism of Bolting in Vegetables

XU Junqiang,TANG Qinglin,SONG Ming,WANG Zhimin
(College of Horticulture and Landscape Architecture,Southwest University/Key Laboratory of Horticulture Science for Southern Mountainous Regions,Ministry of Education/Key Laboratory of Olericulture,Chongqing 400715)

This paper reviews the characteristics of vegetable crops from inheritance of bolting,identification methods, biochemical basis and molecular mechanism etc.,and prospects the future researches of bolting characteristics in vegetables.

Vegetables;Bolting;Inheritance

10.3865/j.issn.1001-3547.2011.08.003

國家自然科學基金（31000908），中央高?；究蒲袠I(yè)務費專項資金（XDJK2009C124），重慶市自然科學基金（2009BB1307），西南大學博士基金（SWU110009）

許俊強（1985-），男，碩士，從事植物分子生物學研究，E-mail：xujunqiang101@163.com

湯青林，通信作者，E-mail：swutql@163.com

宋明，通信作者，E-mail：swausongm@yahoo.com.cn

2011-04-15