陳發(fā)波 李先艷 傅雪梅
摘 要:中國(guó)是蘿卜起源地之一,擁有世界上最豐富的蘿卜種質(zhì)資源,在長(zhǎng)期的進(jìn)化和選擇中形成了豐富多樣的品種類型。從形態(tài)水平、細(xì)胞水平、生理生化水平及分子水平等方面綜述了中國(guó)蘿卜種質(zhì)資源遺傳多樣性研究的現(xiàn)狀,提出了我國(guó)在蘿卜種質(zhì)資源遺傳多樣性研究上的不足,并展望了其發(fā)展前景。
關(guān)鍵詞:研究進(jìn)展;蘿卜資源;遺傳多樣性
中圖分類號(hào):S631.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1001-3547(2014)06-0005-05
蘿卜(Raphanus sativus L.)是十字花科蘿卜屬(2n=2x=18)常異花授粉植物。在世界各地廣泛種植,其中小型四季蘿卜主要分布在歐洲和美洲,大型蘿卜主要分布在亞洲,尤其是中國(guó)、日本和韓國(guó)等。蘿卜既可作蔬菜食用,也可藥用,具有助消化、清涼止咳、降低膽固醇和防癌的功效,其根、葉、種子均可入藥。蘿卜適應(yīng)性好、生長(zhǎng)期短、產(chǎn)量高,是我國(guó)栽培的主要蔬菜之一,已有2 700 a以上的栽培歷史[1]。在我國(guó)多數(shù)地區(qū),一年四季均可種植蘿卜,其中以秋冬蘿卜為主。據(jù)統(tǒng)計(jì),我國(guó)每年蘿卜播種面積保持在120 萬(wàn)hm2左右,總產(chǎn)量達(dá)4 000 萬(wàn)t,是大白菜之后的第二大蔬菜作物[2]。中國(guó)是蘿卜的起源地之一,擁有世界上最豐富的蘿卜種質(zhì)資源,在長(zhǎng)期進(jìn)化和選擇中形成了豐富多樣的品種類型,如,大小不一的肉質(zhì)根,長(zhǎng)形、圓形、扁形的肉質(zhì)根,綠色、白色、紅色的肉質(zhì)根等。目前在我國(guó)國(guó)家蔬菜種質(zhì)資源庫(kù)中保存有2 073 份蘿卜種質(zhì)資源。研究這些種質(zhì)資資源的遺傳多樣性是有效利用蘿卜資源的基礎(chǔ),我國(guó)學(xué)者已從形態(tài)水平、細(xì)胞水平、生理生化水平及分子水平等方面對(duì)蘿卜種質(zhì)資源的遺傳多樣性研究做了一些工作。
1 形態(tài)水平上的研究
生物特定的可以測(cè)量的外部形態(tài)特征可以作為形態(tài)標(biāo)記,如植物生育期、高度、植株形態(tài)和產(chǎn)量等。形態(tài)標(biāo)記容易觀察,記錄簡(jiǎn)單,傳統(tǒng)分類主要以植物的形態(tài)標(biāo)記為依據(jù),但形態(tài)標(biāo)記易受環(huán)境條件的影響,且數(shù)量較少。
李鴻漸等[3]根據(jù)不同蘿卜品種的春化反應(yīng)特性,將我國(guó)蘿卜品種分成春性系統(tǒng)、弱冬性系統(tǒng)、冬性系統(tǒng)和強(qiáng)冬性系統(tǒng),其中包括10個(gè)亞系、23個(gè)品種群,各種群間遺傳差異較大,該研究給蘿卜生產(chǎn)、地區(qū)間引種提供了理論依據(jù)。連勇等[4]于1982-1984年,在全國(guó)進(jìn)行蘿卜地方品種的調(diào)查、收集, 在北京地區(qū)觀察了285個(gè)品種的形態(tài)特征,結(jié)果表明,中國(guó)存在豐富多樣的蘿卜種質(zhì)資源。曲士松等[5]對(duì)16份春蘿卜和104份秋蘿卜進(jìn)行田間鑒定,結(jié)果表明,蘿卜的肉質(zhì)根皮色有白、綠、淺綠、大紅和水紅,根形有圓形、扁圓形、圓錐形、短圓柱形、長(zhǎng)圓柱形和紡錘形;并從中鑒定出風(fēng)味、生食口感不辣的品種45份,病毒病免疫品種1份、高抗品種29份、抗病品種20份、中抗品種30份,霜霉病高抗品種4份、抗病品種49份、中抗品種45份,黑腐病免疫品種5份、高抗品種65份、抗病品種16份、中抗品種9份;還從中分離、鑒定到3個(gè)優(yōu)良蘿卜品種。楊麗娟[6]對(duì)127份蘿卜品種的10個(gè)植物學(xué)形態(tài)性狀進(jìn)行了分析,結(jié)果表明,材料間平均多樣性指數(shù)(PIC)為0.70,可將供試蘿卜材料分為4類。利用形態(tài)標(biāo)記對(duì)蘿卜種質(zhì)進(jìn)行分類時(shí),應(yīng)考慮根的性狀、顏色和葉的性狀等。韓太利等[7]對(duì)33份蘿卜種質(zhì)資源的葉型(花葉或板葉)、葉柄色、根形、根皮色、肉質(zhì)根色、肉質(zhì)根長(zhǎng)和肉質(zhì)根直徑7個(gè)性狀進(jìn)行系統(tǒng)聚類分析,結(jié)果表明,當(dāng)距離為0.9時(shí),可將供試材料分為4類,第I大類為綠皮蘿卜品種,第II大類為紫紅色肉質(zhì)根蘿卜品種,第III大類大部分為白皮蘿卜品種,第IV大類為紅皮蘿卜品種;供試材料的聚類結(jié)果與地理來(lái)源沒(méi)有直接的關(guān)系,一些地理來(lái)源不同的種質(zhì)聚到了同一大類中,在蘿卜栽培過(guò)程中, 地理隔離對(duì)品種的形成也有一定的影響,不同地理來(lái)源的種質(zhì)在遺傳上具有一定的相似性。
2 細(xì)胞水平上的研究
一個(gè)物種的染色體數(shù)目和結(jié)構(gòu)相對(duì)穩(wěn)定,通過(guò)染色體核型和染色體帶型分析可鑒定物種間的親緣關(guān)系。細(xì)胞學(xué)標(biāo)記就是通過(guò)分析染色體數(shù)目和結(jié)構(gòu)來(lái)檢測(cè)物種間的遺傳多樣性,一般不受環(huán)境影響,但受制片技術(shù)的影響較大,標(biāo)記數(shù)量少、統(tǒng)計(jì)的誤差較大,較難區(qū)分種及變種以下的分類單元。目前對(duì)蘿卜核型分析方面的研究已有一些報(bào)道,但關(guān)于蘿卜染色體的精細(xì)結(jié)構(gòu)和特征方面的報(bào)道較少。
陳瑞陽(yáng)等[8]在《中國(guó)主要經(jīng)濟(jì)作物基因組染色體圖譜》中報(bào)道的蘿卜染色體核型為2n=2x=18=16m+2sm。沙玉輝等[9]采用根尖壓片技術(shù)對(duì)不同肉質(zhì)根皮色的蘿卜種質(zhì)進(jìn)行核型分析,結(jié)果表明,不同皮色蘿卜間染色體數(shù)目相同,都屬于1A 型;核不對(duì)稱系數(shù)Nau-dqp08>Nau-chhong>Nau-txbyw07,Nau-txbyw07 相對(duì)Nau-dqp08和Nau-chhong較原始;不同皮色蘿卜種質(zhì)染色體形態(tài)沒(méi)有較大的差異,多數(shù)染色體為中部著絲點(diǎn)染色體。沙玉輝[10]還研究了11個(gè)不同皮色的蘿卜染色體核型特征,結(jié)果表明,染色體數(shù)均為2n=18,均為中部和近中部著絲點(diǎn)染色體,多數(shù)為中部著絲點(diǎn)染色體;3份材料具有隨體,核型有1A型和2A型,核不對(duì)稱系數(shù)變幅為55.39%~59.48%,染色體相對(duì)長(zhǎng)度變幅為8.16%~14.19%,不同皮色的蘿卜間染色體結(jié)構(gòu)遺傳差異不大;利用RAPD和SRAP分子標(biāo)記對(duì)供試材料進(jìn)行分析表明,皮色相同的蘿卜趨于聚在一起,但具有隨體的蘿卜則跟其皮色相同的蘿卜分別聚在不同的類群,隨體可以用于蘿卜種質(zhì)資源分類研究。許江等[11]采用根尖壓片技術(shù)分析了4種不同肉質(zhì)顏色蘿卜核型特征,結(jié)果表明,不同顏色肉質(zhì)蘿卜染色體數(shù)目相同,核型分別為2n=2x=14m+4sm、2n=2x=16m+2sm、2n=2x=18m和2n=2x=16m+2sm;都未見(jiàn)隨體,有2A型、1B型和1A型,核不對(duì)稱系數(shù)分別為59.28%、58.61%、57.38%和56.61%;從核不對(duì)稱系數(shù)看,紅色肉質(zhì)蘿卜可能是由白色肉質(zhì)蘿卜進(jìn)化而來(lái)。
從這些研究可以看出,不同的蘿卜品種間具有相同的染色體數(shù)目,多數(shù)為中部著絲點(diǎn)染色體,染色體長(zhǎng)度差異不大,說(shuō)明不同蘿卜品種之間具有相似的遺傳特性,在起源和演化中存在極為密切的親緣關(guān)系。但染色體結(jié)構(gòu)細(xì)微上存在一定的變化,這可能與試驗(yàn)所采用的蘿卜品種不同有關(guān)。
3 生理生化水平上的研究
生理生化上的差異反應(yīng)基因的表達(dá)差異,將生理生化特性作為標(biāo)記,具有便捷、標(biāo)記數(shù)量多、不易受環(huán)境影響等優(yōu)點(diǎn),已廣泛用于不同物種間遺傳多樣性的檢測(cè)。
早在1991年,周長(zhǎng)久等[12]調(diào)查結(jié)果表明,中國(guó)蘿卜主要分布在河南省、江蘇省、山東省和安徽??;通過(guò)對(duì)同工酶酶譜和蘿卜肉質(zhì)根顏色的分析,推斷中國(guó)蘿卜的起源中心在黃淮平原和山東丘陵一帶,初步闡述了中國(guó)蘿卜的起源中心。陳惠明等[13]又研究了77個(gè)中國(guó)栽培蘿卜品種及3個(gè)日本栽培蘿卜品種的同工酶差異,結(jié)果將80個(gè)供試蘿卜品種分成3大類群,包括紅蘿卜品種群,白色、綠/白蘿卜品種群,綠蘿卜品種群,并且各類之間異常差異較大,相互雜交可以產(chǎn)生雜種優(yōu)勢(shì)。楊麗娟[6]將硫代葡萄糖苷作為標(biāo)記,研究了127份蘿卜材料間的親緣關(guān)系,結(jié)合表型聚類分析和主成分分析結(jié)果,可將127份蘿卜材料分成3類,包括長(zhǎng)根型蘿卜、短根型蘿卜和扁圓形蘿卜。張翠萍等[14]系統(tǒng)分析了不同蘿卜種質(zhì)花蕾的4種酶的差異,結(jié)果表明,不同材料間花蕾中酯酶和過(guò)氧化物酶的酶譜多態(tài)性較好,可用于今后蘿卜材料間的遺傳差異檢測(cè)。朱長(zhǎng)志等[15]分析了32份抗熱蘿卜材料種子間的蛋白遺傳差異,結(jié)果表明,每份材料可檢測(cè)出28~39 條譜帶,共檢測(cè)到41 條蛋白譜帶,其中多態(tài)性譜帶25 條(占61%);供試材料間相似系數(shù)為0.64~0.98,平均為0.79,可將32份耐熱蘿卜分成白皮與紅皮2大類群,肉質(zhì)根皮色與聚類結(jié)果有較高的相關(guān)性。
4 DNA水平上的研究
分子標(biāo)記具有操作簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好、標(biāo)記數(shù)量較多、價(jià)格便宜等特點(diǎn),且不受基因表達(dá)與否的限制,因此基于DNA 多態(tài)性分析的分子標(biāo)記技術(shù)已經(jīng)成為遺傳多樣性鑒定與評(píng)價(jià)的通用方法。近年來(lái),關(guān)于分子標(biāo)記技術(shù)用于蘿卜種質(zhì)資源遺傳多樣性研究方面的報(bào)道較多。
龔義勤等[16]、李紅雙等[17]、武創(chuàng)等[18]和付衛(wèi)民等[19]以蘿卜為材料,對(duì)RAMP-PCR、SRAP-PCR、ISSR-PCR和EST-SSR PCR技術(shù)的反應(yīng)體系和反應(yīng)程序進(jìn)行了優(yōu)化,為這些標(biāo)記在蘿卜中的利用提供了依據(jù)。孔秋生等[20]利用12個(gè)RAPD隨機(jī)引物分析了不同國(guó)家和地區(qū)蘿卜種質(zhì)資源的遺傳差異,結(jié)果共擴(kuò)增出109條帶,其中多態(tài)性帶占66.05%;聚類分析結(jié)果表明,可將56 份供試材料分為2大類9 組;主成分分析將供試材料分為3大類7 組,RAPD 標(biāo)記聚類結(jié)果與其種質(zhì)的來(lái)源地有一定的相關(guān)性??浊锷萚21]又利用8 對(duì)AFLP引物對(duì)上述56 份蘿卜種質(zhì)的遺傳多樣性進(jìn)行了研究,共擴(kuò)增出327 條帶,其中多態(tài)性帶占39.1%;系統(tǒng)聚類分析可將56份供試材料分為5 大類9 組,主成分分析將供試材料分為4 類7 組,2 種分類方法所獲結(jié)果基本一致;結(jié)果表明,來(lái)源于不同地區(qū)的蘿卜種質(zhì)資源存在一定的遺傳多樣性,分子標(biāo)記的聚類結(jié)果與蘿卜種質(zhì)資源的表型基本一致。Wang 等[22]用221個(gè)AFLP 引物對(duì)65 個(gè)歐洲和亞洲的蘿卜品種進(jìn)行分析,結(jié)果表明,供試材料可以分成4 類,各類群間遺傳差異較大。韓太利等[7]利用8對(duì)AFLP引物對(duì)33份蘿卜品種的親緣關(guān)系進(jìn)行了分析,結(jié)果表明,每對(duì)引物擴(kuò)增條帶數(shù)為35~56條,平均每對(duì)引物45.2條,多態(tài)性帶占42.10%,表明不同蘿卜品種之間存在豐富的遺傳多樣性;同時(shí)利用形態(tài)學(xué)指標(biāo)對(duì)供試材料進(jìn)行分析,2種聚類分析均可將蘿卜材料分為3大組,即綠皮蘿卜組、白皮蘿卜組和紅皮蘿卜組,分類結(jié)果與根皮色緊密相關(guān)。趙麗萍等[23]利用SRAP和AFLP分子標(biāo)記對(duì)不同蘿卜品種間的遺傳多樣性進(jìn)行研究,SRAP分析表明,共擴(kuò)增到155條帶, 多態(tài)性條帶占53.85%,聚類分析將供試材料分為4類;AFLP分析結(jié)果表明,可將供試材料分為3類。任雪松等[24]將80個(gè)RAPD隨機(jī)引物用于胭脂蘿卜的純度鑒定,結(jié)果表明,利用引物S50可將胭脂蘿卜及其雜株區(qū)分開(kāi)來(lái)。Zhu等[25]利用RAPD、AFLP 和SRAP 3種分子標(biāo)記對(duì)17個(gè)國(guó)內(nèi)外蘿卜品種進(jìn)行種質(zhì)鑒定與遺傳多樣性分析,結(jié)果表明,RAPD 與SRAP聚類結(jié)果與表型的分類結(jié)果基本一致,采用不同的分子標(biāo)記揭示的親緣關(guān)系存在一定的差異,基于3種分子標(biāo)記揭示的親緣關(guān)系更加可靠、準(zhǔn)確。方平等[26]利用86 對(duì)SSR引物分析了37份肉質(zhì)顏色不同蘿卜材料間的遺傳差異,共擴(kuò)增到976個(gè)條帶,其中多態(tài)性條帶892個(gè)(占91.39%);共檢測(cè)出753個(gè)基因型,其中有效基因型443.99個(gè),有效基因型比例為58.96%;Shannon 多態(tài)性指數(shù)在0.44~2.77,平均為1.76;當(dāng)相似系數(shù)為0.81 時(shí),可將供試蘿卜分成3類;紅色肉質(zhì)蘿卜間的遺傳多樣性低于白色肉質(zhì)蘿卜間的遺傳多樣性,不肉質(zhì)顏色蘿卜品種間親緣關(guān)系較近。Liu等[27]利用RAPD、ISSR 和SRAP分子標(biāo)記分析了35份晚抽薹蘿卜的遺傳多樣性,結(jié)果表明,多態(tài)性條帶占85.44%、85.2%和85.41%,平均相似系數(shù)為0.781、0.787和0.764,可將35份供試蘿卜材料劃分為3個(gè)類群,聚類結(jié)果與材料來(lái)源和主要特征相符,3種分子標(biāo)記都能用于蘿卜品種間的遺傳多樣性鑒定。
近年來(lái),隨著測(cè)序技術(shù)的發(fā)展,各種植物的基因組和轉(zhuǎn)錄組測(cè)序數(shù)據(jù)迅速增加,NCBI(National Center for Biotechnology Information)網(wǎng)站上公布了大量的蘿卜EST及基因序列數(shù)據(jù)。崔娜等[28]分析了287 349條蘿卜EST序列,結(jié)果表明,無(wú)冗余EST序列有58 105條,全長(zhǎng)為38 622.476 kb;通過(guò)MISA 搜索SSR 位點(diǎn),得到含有SSR 位點(diǎn)的EST 序列3 523 條,共3 718個(gè)SSR,平均每10.39 kb 就出現(xiàn)1個(gè)SSR,蘿卜EST-SSRs 出現(xiàn)頻率較高,類型豐富,具有良好的多態(tài)性和開(kāi)發(fā)利用價(jià)值;并合成183對(duì)EST-SSR 引物,對(duì)12 份蘿卜種質(zhì)、1 對(duì)親本及其F1進(jìn)行PCR擴(kuò)增,驗(yàn)證引物的有效性,篩選出具有清晰擴(kuò)增產(chǎn)物、多態(tài)性好的引物64對(duì),在親本及F1中表現(xiàn)出差異的引物30 對(duì),其中共顯性引物27 對(duì)。這些引物的利用,為今后蘿卜種質(zhì)資源鑒定及利用提供了有利的工具。
5 存在的問(wèn)題及展望
5.1 存在的問(wèn)題
①蘿卜在我國(guó)廣泛栽培,形成了許多不同類型的變種及品種,但對(duì)中國(guó)蘿卜資源的收集、整理和研究較少,現(xiàn)有研究都是針對(duì)某一地區(qū)的蘿卜種質(zhì)資源進(jìn)行,對(duì)蘿卜進(jìn)行系統(tǒng)的多年多點(diǎn)鑒定較少。而隨著優(yōu)良蘿卜品種的推廣及農(nóng)民種植習(xí)慣的改變,許多優(yōu)良的地方種質(zhì)正逐漸消失,急需加強(qiáng)蘿卜資源的保護(hù)與利用。
②對(duì)中國(guó)蘿卜種質(zhì)資源的基礎(chǔ)研究相對(duì)較少,研究不夠深入。關(guān)于蘿卜細(xì)胞學(xué)特征、生理生化特性、遺傳規(guī)律等方面的報(bào)道相對(duì)較少,特別是關(guān)于一些重要性狀的分子遺傳機(jī)理研究較少。
③雖然已有較多遺傳標(biāo)記用于蘿卜遺傳多樣性研究,但相同蘿卜材料在不同遺傳標(biāo)記分析體系中遺傳距離存在顯著差異,因此,需要開(kāi)發(fā)新的、更準(zhǔn)確的遺傳標(biāo)記。
④隨著人民生活的提高和加工產(chǎn)業(yè)的需要,對(duì)蘿卜的需求多樣化,如加工藥材、加工蘿卜干、作泡菜、水果蘿卜、提取天然色素等,急需拓展蘿卜種質(zhì)資源的遺傳多樣性,選育不同類型的品種,以滿足生產(chǎn)和市場(chǎng)的需要。
5.2 展望
①加強(qiáng)蘿卜種質(zhì)資源的收集、整理和利用,擴(kuò)大蘿卜種質(zhì)的遺傳多樣性。
②加強(qiáng)蘿卜種質(zhì)資源的基礎(chǔ)研究,加強(qiáng)一些重要性狀生理生化、基因定位及基因表達(dá)調(diào)控機(jī)理等方面的研究。特別是一些我國(guó)特有的基因資源有待開(kāi)發(fā)和保護(hù),如我國(guó)特有的胭脂蘿卜、心里美蘿卜、脈地灣蘿卜、沙窩蘿卜和濰縣蘿卜等。
③加強(qiáng)分子標(biāo)記在蘿卜資源中的利用,特別是利用測(cè)序技術(shù),從核苷酸水平上直接反映蘿卜種質(zhì)間的遺傳多樣性,實(shí)現(xiàn)蘿卜分子標(biāo)記輔助育種。
④通過(guò)系統(tǒng)的遺傳多樣性評(píng)價(jià),構(gòu)建蘿卜核心種質(zhì)庫(kù),為提高蘿卜種質(zhì)資源的利用效率奠定基礎(chǔ)。通過(guò)遠(yuǎn)緣雜交或轉(zhuǎn)基因技術(shù)創(chuàng)造新的蘿卜種質(zhì),利用現(xiàn)代生物技術(shù)手段,誘導(dǎo)蘿卜單、雙倍體,選育不同類型的蘿卜品種,以滿足人民對(duì)蘿卜的不同消費(fèi)需求。
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