無籽西瓜的研育方法與進(jìn)展

曹虹等

摘要自1951年木原均關(guān)于三倍體無籽西瓜研究在美國園藝學(xué)會年刊發(fā)表后宣布三倍體無籽西瓜成功育成，此后各個國家也先后開展了對無籽西瓜的研究。隨著人們生活水平的提高，人們對西瓜的風(fēng)味和口感的要求也越高，因此在國內(nèi)掀起了三倍體無籽西瓜的育種和生產(chǎn)的熱潮。2014年，我國無籽西瓜的推廣面積已超過 26.7 萬hm2，占西瓜播種總面積的28%。介紹了無籽西瓜的研育方法，并綜述了目前無籽西瓜的品種及研究進(jìn)展和今后的研究方向。

關(guān)鍵詞無籽西瓜；誘變方法；多倍體鑒定；育種方向

中圖分類號S651文獻(xiàn)標(biāo)識碼A文章編號0517-6611（2015）29-068-02

無籽西瓜是通過以四倍體西瓜為母本、以二倍體西瓜為父本雜交來獲得的，因此無籽西瓜是三倍體西瓜水平上的雜種一代，它既有多倍體的優(yōu)勢又有雜種優(yōu)勢。選育三倍體無籽西瓜必須先培育四倍體的西瓜，然后通過親本的選擇和組合的選配來實(shí)現(xiàn)。需要對普通二倍體西瓜采用物理方法或化學(xué)方法進(jìn)行誘變獲得四倍體，再與二倍體雜交獲得三倍體。三倍體無籽西瓜因其口感優(yōu)、耐貯運(yùn)、抗病性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)而受到消費(fèi)者青睞，尤其在南方地區(qū)發(fā)展迅速。筆者對無籽西瓜的研育方法以及目前無籽西瓜的品種及今后的研究方向進(jìn)行了綜述。

1四倍體誘變親本的選擇

誘變二倍體本身應(yīng)具有各種優(yōu)良的經(jīng)濟(jì)性狀，只有在性狀好的情況下才能獲得優(yōu)良的四倍體。避免使用果實(shí)皮厚、種子大、種皮厚和大果型二倍體西瓜作為誘變材料，否則誘變成的四倍體果皮會更厚，種子更大，此外還應(yīng)利用純系的二倍體西瓜品種/品系作為誘變材料。

2西瓜多倍體的誘變

2.1物理誘變

采用溫度激變、離心力處理、機(jī)械創(chuàng)傷刺激及X射線處理等都可以誘導(dǎo)多倍體的形成，尤其以射線處理的方式最多，隨著時(shí)代的進(jìn)步，物理誘變由于輻射大、誘導(dǎo)率低和危害性大而逐漸被淘汰。

2.2化學(xué)誘變

采用化學(xué)方法對活體或離體植物進(jìn)行誘變，因其可操作性強(qiáng)和誘變率高等優(yōu)點(diǎn)而被越來越多的人采用?；瘜W(xué)試劑主要有秋水仙素和一些除草劑，誘導(dǎo)方法有活體誘導(dǎo)和離體誘導(dǎo)2種。

2.2.1秋水仙素誘變。

秋水仙素誘導(dǎo)多倍體的研究國內(nèi)外已經(jīng)進(jìn)行了大量報(bào)道，誘變過程中應(yīng)注意秋水仙素的處理方法、處理材料、濃度、處理時(shí)間及恢復(fù)期溫度等因素。譚素英等通過剝?nèi)ドL點(diǎn)外幼葉后用1%秋水仙素的羊毛脂膏涂抹和 0.2%的秋水仙素水溶液浸芽處理，顯著提高了西瓜變異頻率和秋水仙素處理效果。施先鋒等報(bào)道用0.3%的秋水仙素滴苗法處理幼苗的變異率較高，達(dá)到15.1%。張瑛用不同濃度的秋水仙素對優(yōu)質(zhì)小型西瓜進(jìn)行浸根和滴苗處理誘導(dǎo)四倍體，結(jié)果表明0.3和 0.4 g/L 浸根 7 h 的誘導(dǎo)率最高（20%），比滴苗法高 11.3%，誘導(dǎo)效果顯著。另外，離體培養(yǎng)可以提高誘變率，減少嵌合體比例。Zhang等誘導(dǎo)7 d子葉不定芽，培養(yǎng)基中加入0.05%的秋水仙素后四倍體的誘變率達(dá)到52 %。袁建民等用400 mg/L秋水仙素處理外植體24 h，四倍體誘導(dǎo)率達(dá)到20.0%。

2.2.2除草劑類誘變。

與秋水仙素相比，除草劑與植物微管蛋白有更高的親和性，用較低濃度的除草劑就有好的誘導(dǎo)效果，對人體危害性小。除草劑的誘導(dǎo)效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于秋水仙素，更不會出現(xiàn)重復(fù)加倍的現(xiàn)象。閻志紅等采用不同濃度的二硝基苯胺類除草劑-胺磺靈、二甲戊樂靈和氟樂靈處理其離體子葉，除草劑誘導(dǎo)四倍體西瓜的效果都比秋水仙堿好。袁建民等在含50 mg/L Oryzalin的液體培養(yǎng)基中振蕩處理2 d，四倍體誘導(dǎo)率最高，達(dá)33.3% 。魏育國等采用400倍的氟樂靈溶液處理露白的甜瓜種子8 h所獲得的加倍效果最好，誘導(dǎo)率達(dá)32.2%。

3多倍體西瓜的鑒定

3.1形態(tài)學(xué)方法鑒定

①苗期鑒定：子葉變寬變厚，真葉出現(xiàn)畸形；

②成株期：葉片寬大肥厚，葉緣鋸齒明顯，顏色更加深綠，莖節(jié)間變短變粗，絨毛粗硬；

③花期：花瓣大而肥厚，顏色較淡；

④果實(shí)成熟后果形指數(shù)變小，果皮增厚，果實(shí)內(nèi)部種子數(shù)量變少，種子變寬，種子嘴部變寬。

如果誘導(dǎo)后的西瓜發(fā)生以上變化，可以初步認(rèn)定突變?yōu)樗谋扼w西瓜，但并不是很準(zhǔn)確，有時(shí)染色體加倍不一定變成四倍體，也有可能是六倍體或八倍體的嵌合體。因此，雖然利用形態(tài)學(xué)特征鑒定四倍體西瓜，不需要任何機(jī)械設(shè)備，簡單易行，但是為了更準(zhǔn)確地鑒定可采用染色體計(jì)數(shù)法或其他方法。

3.2流式細(xì)胞儀鑒定法

1983年Galbraith首次將流式細(xì)胞儀用于植物研究中，目前流式細(xì)胞儀已廣泛用于細(xì)胞周期測定。以二倍體幼嫩葉片材料為對照，對變異株幼嫩葉片進(jìn)行了細(xì)胞DNA含量的測定，DNA含量分布曲線使用倍性分析儀自動測定與記錄。對照二倍體植株主峰熒光強(qiáng)度，變異株主峰熒光強(qiáng)度為二倍體植株熒光強(qiáng)度的2倍的為四倍體，有2個峰值說明體內(nèi)既有二倍體的細(xì)胞也有四倍體的細(xì)胞，該植株為嵌合體。近年來，流式細(xì)胞儀技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于蔬菜倍性鑒定中。

3.3染色體數(shù)目鑒定法

此方法是細(xì)胞倍性鑒定最直接準(zhǔn)確的鑒定方法。被檢種子催芽，芽長在1 cm左右時(shí)截取根尖作為備用材料，經(jīng)過染色體壓片觀察正常二倍體的根尖染色體數(shù)為2n=2x=22，根尖細(xì)胞染色體數(shù)目為2n=4x=44為四倍體植株。劉文革等報(bào)道采用FBSG法去壁低滲法觀察西瓜染色體效果較好。

3.4細(xì)胞形態(tài)學(xué)鑒定法

與二倍體相比，多倍體的細(xì)胞學(xué)形態(tài)表現(xiàn)為保衛(wèi)細(xì)胞葉綠體數(shù)目增多，隨著倍性從2n增加到4n，每對保衛(wèi)細(xì)胞葉綠體密度的增加系數(shù)為1.7。譚素英、常月梅、劉文革等、杜勝利等都驗(yàn)證了隨著倍性的增加，細(xì)胞的大小與單位面積細(xì)胞個數(shù)都與倍性有一定關(guān)系。因此，采用此方法可以有效區(qū)分植株的倍性。

倍性的鑒定是四倍體誘導(dǎo)過程中重要的步驟，先通過田間觀察初步篩選多倍體，但是形態(tài)學(xué)鑒定的準(zhǔn)確率不高，因此形態(tài)觀察可作為西瓜多倍體初步鑒定的參考，再通過流式細(xì)胞儀或染色體計(jì)數(shù)法和細(xì)胞形態(tài)學(xué)鑒定進(jìn)一步確定誘導(dǎo)植株的倍性和染色體數(shù)目。

4無籽西瓜親本的選擇

無籽西瓜雖然是雜種一代，但是它不象普通二倍體西瓜一樣有雜種優(yōu)勢，需要大量的親本選擇和組合的選配來實(shí)現(xiàn)其雜種優(yōu)勢。

①母本的選擇：要求具有四倍體品種（系）所具備的一系列特征，果形端正、皮薄、品質(zhì)優(yōu)良、含糖量高、無異味、不空心、種子多、坐果容易等。

②父本的選擇：二倍體品系除了皮色和肉質(zhì)符合育種目標(biāo)外，還應(yīng)選種皮薄的品種，以改善三倍體的果實(shí)厚度，另外確定母本以后還需要考慮父本和母本的親和力，這將直接影響三倍體的種子量和品質(zhì)。最好選擇具有標(biāo)志基因的品種，這樣可在F1代苗期鑒定其是否為三倍體。

5三倍體無籽西瓜的雜交選育

獲得優(yōu)良的無籽西瓜是三倍體育種的最終目標(biāo)，選配組合的好壞不能完全用親本性狀來估計(jì)，只能通過選配結(jié)果來確定組合的好壞。

①果肉結(jié)構(gòu)的細(xì)密是衡量無籽西瓜的育種成果的主要指標(biāo)之一，三倍體無籽西瓜經(jīng)常會出現(xiàn)果肉纖維粗糙、質(zhì)地疏松的狀況，由于空心這種表現(xiàn)通常在二倍體育種中不會出現(xiàn)，所以很多組合必須通過試驗(yàn)選出不空心的三倍體雜種。

②理論上，三倍體的采種量與四倍體親本產(chǎn)籽量有關(guān)，但是在育種過程中往往出現(xiàn)不同的結(jié)果，這還與雙親的親和力有關(guān)，三倍體組合選配是否得當(dāng)決定著三倍體產(chǎn)籽量的高低。

③母本四倍體品種間雜種一代的利用。

通過利用三交種等多元雜交，可以提高四倍體母本的生活力及種子孕性（這也是解決多倍體種子孕性低的有效途徑），并能將更多的優(yōu)良性狀組合到三倍體無籽西瓜中。

6已研發(fā)的三倍體無籽西瓜品種

6.1花皮類

①雪峰花皮無籽；②鄭抗無籽3號；③鄭抗無籽4號；④廣西3號；⑤新秀1號；⑥豐樂無籽1號；⑦豐樂無籽2號；⑧花蜜；⑨雪峰蜜紅無籽；⑩鄭抗農(nóng)裕新1號；B11雪峰小玉紅；B12振宇超新一號；B13豐田2號；B14無籽9810；B15萊卡紅無籽；B16流星雨無籽；B17綠野無籽；B18中農(nóng)無籽3號。

6.2黑皮類

①小寶無籽；②中農(nóng)無籽1號；③中農(nóng)無籽2號；④廣西2號；⑤雪峰304；⑥蜜枚無籽1號；⑦黑蜜2號；⑧廣西5號；⑨洞庭1號；⑩津蜜2號；B11菊城無籽3號；B12興科2號；B13鄭抗無籽10號；B14津蜜3號；B15大壯2號；B16暑寶；B17豐樂無籽3號；B18湘育308；B19鄭抗863無籽；B20金玫瑰無籽2號。

6.3綠皮類

①B01；②新紅寶無籽；③綠寶無籽；④洞庭5號；⑤菊城無籽2號。

6.4黃皮紅肉類

①金太陽無籽1號；②金太陽無籽2號；③洞庭8號；④雪峰小玉無籽2號。

6.5黃肉類

①鄭抗無籽4號；②金寶無籽1號；③雪峰蜜黃無籽；④金寶無籽2號；⑤洞庭7號；⑥黃玫瑰無籽1號；⑦金玫瑰無籽2號；⑧黃金無籽；⑨金太陽無籽1號；⑩金蘭無籽。

7無籽西瓜的育種方向

7.1西瓜除了含有大量的糖、有機(jī)酸、維生素和膳食纖維外，還含有大量的番茄紅素

研究表明，西瓜番茄紅素含量超過生番茄。每杯西瓜含有6 mg番茄紅素，而每個新鮮生番茄僅含有4 mg番茄紅素。番茄紅素作為一種超級抗氧化劑，它能抵御人體細(xì)胞免受自由基的損害，增強(qiáng)免疫系統(tǒng)的功能。一些研究表明，番茄紅素有助于抵抗心臟病和多種癌癥[18]。

普通二倍體西瓜目前在加大力度培育高番茄紅素的品種，無籽西瓜作為高端西瓜，更應(yīng)該將這一性狀放在首位，培育優(yōu)質(zhì)營養(yǎng)健康的品種。

7.2提高品種抗病性

目前，無籽西瓜的育種多趨向于品質(zhì)、口感和含糖量的育種，對抗病育種的選育的重視程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于普通二倍體西瓜的選育，隨著無籽西瓜病毒病、蔓枯病、細(xì)菌性果腐病的大量發(fā)生，今后應(yīng)將抗病育種加入到無籽西瓜的選育標(biāo)準(zhǔn)中。

7.3大力發(fā)展多倍體西瓜的研究

應(yīng)該結(jié)合高等院?？蒲袡C(jī)構(gòu)，拓寬四倍體誘導(dǎo)的研究，加大四倍體的材料創(chuàng)新，利用現(xiàn)代生物技術(shù)輔助常規(guī)育種（如離體組織培養(yǎng)、單倍體培養(yǎng)、輻射誘變等）來加快育種進(jìn)程，加速種子資源的創(chuàng)新，提高育種品質(zhì)，使我國的無籽西瓜育種能盡快追上國際育種的步伐。

此外，三倍體無籽西瓜的選育問題可以通過栽培技術(shù)來彌補(bǔ)，如三倍體種子采種量低，還可以采用人工輔助授粉的方法來提高單瓜種子數(shù)，另外通過密植多果栽培、提高采種量和增施磷鉀肥改善植株的營養(yǎng)來提高三倍體的制種量。無籽西瓜種子出芽率低，成苗率低，應(yīng)該在長日照、空氣干燥晝、夜溫差大的地區(qū)采種。只有育種技術(shù)和栽培技術(shù)相結(jié)合，才能更快更好地選育出優(yōu)良的無籽西瓜新品種。

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