中國熱帶作物抗寒育種研究進(jìn)展與展望

位明明　李維國　高新生　王祥軍　張曉飛　張源源　黃肖

摘 要 中國的熱區(qū)地處熱帶北緣，經(jīng)常遭受寒流侵襲，寒害已成為限制中國熱帶作物產(chǎn)業(yè)發(fā)展的最嚴(yán)重逆境因子之一，對中國熱帶作物產(chǎn)業(yè)的健康和穩(wěn)定發(fā)展產(chǎn)生重要影響。積極開展熱帶作物抗寒育種研究，選育抗寒高產(chǎn)優(yōu)良品種已成為中國熱帶作物產(chǎn)業(yè)發(fā)展的根本保障。從中國熱帶作物抗寒種質(zhì)資源收集、抗寒新品種選育、以及抗寒機理研究進(jìn)展等方面論述了國內(nèi)熱帶作物抗寒育種研究進(jìn)展與成效，指出當(dāng)前中國熱帶作物抗寒育種所存在的問題，并對未來發(fā)展趨勢進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞 熱帶作物；抗寒育種；研究進(jìn)展

中圖分類號 S503.4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A

中國熱區(qū)不僅是天然橡膠等國家戰(zhàn)略物資的生產(chǎn)基地，還是冬季全國人民的“菜籃子”、“果盤子”、及“糖罐子”等生活物資的重要產(chǎn)地，熱帶農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)狀況將對中國經(jīng)濟(jì)發(fā)展和戰(zhàn)略物資的有效供給產(chǎn)生重要影響[1-2]。然而，中國熱帶地區(qū)地處熱帶北緣，經(jīng)常遭受寒流侵襲，使得部分地區(qū)達(dá)不到熱帶作物自身對光照和溫度的要求，尤其是冬春季低溫寒潮已成為制約熱帶作物產(chǎn)業(yè)發(fā)展的最嚴(yán)重逆境因子之一[3]。低溫寒害在很大程度上制約熱帶作物的種植范圍、單位面積產(chǎn)量、經(jīng)濟(jì)壽命，甚至對其造成毀滅性破壞[4]，對中國熱帶作物產(chǎn)業(yè)的健康與穩(wěn)定發(fā)展產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。本文從寒害對中國熱帶作物產(chǎn)業(yè)發(fā)展的影響，抗寒育種對熱帶作物產(chǎn)業(yè)發(fā)展的意義，中國熱帶作物抗寒育種取得的成就，以及熱帶作物抗寒機理等方面闡述了中國熱帶作物抗寒育種的研究進(jìn)展，為進(jìn)一步全面開展熱帶作物抗寒育種提供參考。

1 寒害對中國熱帶作物的影響

1.1 寒害對中國橡膠種植業(yè)的影響

寒害對中國熱帶作物產(chǎn)業(yè)的發(fā)展影響巨大，作為中國熱區(qū)第一大作物的橡膠樹，經(jīng)常遭遇大規(guī)模寒流侵襲，使得廣東、廣西、云南、海南等4大植膠區(qū)遭受重大損失[5]。據(jù)氣象部門統(tǒng)計，在中國大面積植膠的五十多年中，幾乎每隔十年就有一次大的寒害發(fā)生，嚴(yán)重影響著中國植膠業(yè)的健康與可持續(xù)性發(fā)展。如1954～1955年中國植膠區(qū)遭受第一次嚴(yán)重寒害，粵西、桂南地區(qū)出現(xiàn)長時間注明發(fā)生的時間或季節(jié)0 ℃以下低溫，造成粵西植膠區(qū)約80%和桂南植膠區(qū)約95%的橡膠幼樹幼苗嚴(yán)重受損[6]；1967～1968年冬季中國植膠區(qū)再次遭受大規(guī)模寒流侵襲，廣東、廣西植膠區(qū)出現(xiàn)長達(dá)26～28 d的低溫陰濕天氣，使得廣東、廣西植膠區(qū)遭受最為嚴(yán)重的平流型寒害，其中粵西墾區(qū)1960年以后大量種植的PB86、PR107品系4～6級受害率達(dá)70%～80%，廣西植膠區(qū)除火光、榮光農(nóng)場外，1960年后定植的膠樹4～6級寒害幾乎為100%[7]；大規(guī)模寒害在1975～1976年冬季再次發(fā)生，該次寒害使得廣東、廣西開割樹受害率達(dá)61.6%，4～6級嚴(yán)重受害為10%[8]；2008年1月中旬至2月中旬，中國華南地區(qū)再次發(fā)生大面積寒流突襲，出現(xiàn)80年一遇的低溫冰雪天氣，這次災(zāi)害持續(xù)時間長，積寒大，對橡膠樹造成嚴(yán)重危害。廣東、海南、廣西和云南4大植膠區(qū)分別出現(xiàn)不同程度的長時間低溫陰雨天氣，其中廣東各地還出現(xiàn)明顯的低溫降雨過程，連續(xù)多天氣溫保持在5 ℃左右，極端低溫達(dá)3.4 ℃，使得廣東墾區(qū)開割樹3級以上寒害比率高達(dá)59%，死亡53.6萬株，占開割樹的6.5%；未開割樹死亡率達(dá)29.5%，1～2齡苗死亡率高達(dá)40.5%，造成廣東墾區(qū)橡膠產(chǎn)業(yè)直接經(jīng)濟(jì)損失8億多元[9]。2008年1月12日至2月12 日，廣西植膠區(qū)平均氣溫 6.2 ℃，比常年同期偏低 5.0 ℃，偏低程度居1951年有氣象觀測記錄以來同期第一位，使得廣西橡膠樹4～6級寒害受害率達(dá)24.06%[10]。

1.2 寒害對中國甘蔗種植業(yè)的影響

甘蔗作為中國種植面積最大的糖料作物，也頻遭寒流侵襲，使得中國甘蔗種植業(yè)和制糖企業(yè)遭受巨大損失[11]。在中國甘蔗主產(chǎn)區(qū)兩廣云貴地區(qū)，近年來幾乎每年都有冬季低溫寒潮出現(xiàn)，導(dǎo)致甘蔗受寒冷災(zāi)害程度不斷加劇，嚴(yán)重影響甘蔗的生長、產(chǎn)量、以及采收品質(zhì)[12-13]。如2008年初的全國低溫大寒潮中，僅廣西，甘蔗嚴(yán)重受災(zāi)面積就達(dá)70萬hm2，因災(zāi)減產(chǎn)400萬t，蔗糖工業(yè)直接經(jīng)濟(jì)損失45億元以上[14]。2012年蔗糖榨季寒害侵襲云貴地區(qū)，云南省甘蔗霜凍面積8.73萬hm2，制糖工業(yè)損失5.83億元，農(nóng)民損失達(dá)3.7億元[15]。2013年寒害再次侵襲云南，使得云南省甘蔗受災(zāi)面積達(dá)6.67萬hm2，導(dǎo)致食糖減產(chǎn)13萬t左右[16]。

1.3 寒害對中國香蕉種植業(yè)的影響

中國熱區(qū)還是重要熱帶水果香蕉的主產(chǎn)地，寒害對中國香蕉種植業(yè)的影響也尤為顯著。目前，除海南和粵西南等個別地區(qū)外，中國大部分香蕉種植區(qū)易受冬春寒流的侵襲，輕則造成香蕉葉果受傷、減產(chǎn)、香蕉皮變黑影響香蕉的品質(zhì)和價格，重則造成香蕉葉片枯萎、不能正常抽蕾，甚至整株死亡[17]。從近幾十年的氣象統(tǒng)計資料來看，嚴(yán)重影響中國香蕉主產(chǎn)區(qū)的寒害平均每隔5年發(fā)生一次，其中最為嚴(yán)重的寒害發(fā)生在1991～1992、1999～2000、2002～2003、以及2007～2008年間的冬春，導(dǎo)致中國華南地區(qū)大面積蕉園遭受毀滅性破壞，經(jīng)濟(jì)損失嚴(yán)重。如1991～1992年間的冬春特強寒流入侵，僅廣東省就有106 667 hm2香蕉受災(zāi)，嚴(yán)重受災(zāi)面積達(dá)8.7萬hm2，其中凍死面積為0.4萬hm2，占該省香蕉面積的37%，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)18億元人民幣[18]。2007～2008年間，中國華南地區(qū)再次遭受冬春持續(xù)低溫雨雪天氣的侵襲，造成廣西6.6萬hm2香蕉受災(zāi)，占廣西當(dāng)年香蕉栽培面積的97%[19]。目前，隨著香蕉反季節(jié)種植技術(shù)的推廣，中國香蕉種植業(yè)更易遭受寒流的破壞，寒害已成為制約中國香蕉產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的最主要災(zāi)害之一。

1.4 寒害對中國其它熱帶經(jīng)濟(jì)作物的影響

低溫和寒害對中國其它熱帶作物的影響同樣巨大，不同年份中國華南地區(qū)種植的木薯、椰子、芒果、咖啡、冬季瓜菜等熱帶經(jīng)濟(jì)作物均有不同程度寒害發(fā)生。2008～2011年國家木薯產(chǎn)業(yè)體系年度統(tǒng)計報告顯示冬季低溫給中國木薯產(chǎn)業(yè)帶來了毀滅性迫害，廣西、福建、江西等地的木薯種苗死亡率高達(dá)50%～100%。僅2008年1～2月的低溫寒害就造成廣西木薯主產(chǎn)區(qū)損失達(dá)4.096 億元[20-21]。同樣，2008年1～2月份出現(xiàn)的持續(xù)低溫陰雨天氣，造成海南全省椰子減產(chǎn)30%左右，損失約4 000萬個[22]。同時，2008年寒害還造成云南、廣西、四川、海南等地4.67萬hm2芒果發(fā)生了不同程度的凍害和寒害[23]，對中國芒果產(chǎn)業(yè)造成了較大損失。此外，中國熱區(qū)還是全國人民冬季瓜菜的重要生產(chǎn)基地，其冬季瓜菜的供應(yīng)地位舉足輕重。低溫寒害對中國熱區(qū)冬季瓜菜生長影響顯著，僅2008年冬季的長期低溫，就造成海南省冬季瓜菜減產(chǎn)20%～30%[24]。不僅如此，由于一些重要的熱帶作物都是多年生作物，寒害帶來的后遺癥往往需要若干年后才能恢復(fù)正常生產(chǎn)水平，嚴(yán)重影響和制約著中國熱帶作物產(chǎn)業(yè)的健康與穩(wěn)定發(fā)展。

2 抗寒育種對熱帶作物產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要意義

目前，受寒流侵襲與區(qū)域性氣候的限制，中國熱區(qū)生產(chǎn)的天然橡膠、蔗糖、木薯等重要物資自給嚴(yán)重不足，需大量進(jìn)口來彌補國內(nèi)市場的需求。根據(jù)國際橡膠研究組織預(yù)測，中國天然橡膠自給率已不足20%，未來10～15年內(nèi)中國的天然橡膠需求量將達(dá)到300～400萬t，占世界橡膠消費總量的1/4～1/3[24]。甘蔗作為中國種植面積最大的糖料作物，每年因寒害影響導(dǎo)致中國熱區(qū)甘蔗產(chǎn)量減少30%以上[25]。木薯作為中國熱區(qū)種植面積最大的薯類作物，目前國內(nèi)市場每年對鮮薯的年需求量為3 000萬t，其中年需求量的2/3需從國外進(jìn)口。寒害對中國的木薯種植業(yè)影響巨大，作為木薯主產(chǎn)區(qū)的廣西，僅2008年冬春寒害就造成該區(qū)木薯受災(zāi)面積達(dá)16.5×104 hm2，占2007年廣西木薯種植面積的55%，越冬種薯生長點壞死95%[26]。寒害對于中國熱帶水果產(chǎn)業(yè)發(fā)展的影響同樣巨大，以2008年冬春寒害為例，本次寒害造成中國華南地區(qū)荔枝成災(zāi)面積187萬hm2，占全部種植面積的21.8%，其中絕收面積達(dá)到55.7萬hm2，經(jīng)濟(jì)損失約10.9億元；龍眼成災(zāi)面積443.8萬hm2，占總面積的73.3%，其中絕收面積達(dá)到148.3萬hm2，經(jīng)濟(jì)損失約17億元；芒果受災(zāi)面積86.8萬hm2，占總面積的48.1%，其中絕收面積14萬hm2，經(jīng)濟(jì)損失為4.8億；菠蘿成災(zāi)面積23萬hm2，占總面積的28.9%，其中絕收面積為13.7萬hm2，經(jīng)濟(jì)損失達(dá)到3.1億元[27]。因此，積極開展熱帶作物抗寒高產(chǎn)選育種研究，選育抗寒高產(chǎn)優(yōu)良品種是中國熱帶作物產(chǎn)業(yè)發(fā)展的根本保障。

3 中國熱帶作物抗寒育種取得的成就與進(jìn)展

中國熱帶作物育種工作經(jīng)過50多年的發(fā)展，取得了令人矚目的成就。在制定熱帶作物選育種技術(shù)規(guī)程和優(yōu)良品種評選標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，選育出多個熱帶作物優(yōu)良品種在生產(chǎn)中推廣應(yīng)用，逐步實現(xiàn)了熱帶作物種植業(yè)的良種化。然而，至今仍缺乏抗寒性與其它綜合性狀優(yōu)良的熱帶作物品種，極大地限制著中國熱帶作物產(chǎn)業(yè)的健康穩(wěn)定發(fā)展，其主要研究進(jìn)展如下。

3.1 熱帶作物抗寒種質(zhì)資源收集、鑒定、保存與利用

種質(zhì)資源是新品種選育的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，中國歷來重視熱帶作物種質(zhì)資源的收集、保存、及利用。在天然橡膠種質(zhì)資源收集方面，中國自20世紀(jì)60年代就開始從國外大量引進(jìn)具有不同特性的種質(zhì)資源，先后從馬來西亞、泰國、印度和斯里蘭卡等國引進(jìn)多份優(yōu)良品種材料，尤其是1981年，中國科研人員參加IRRDB聯(lián)合考察行動，引回了6 000多份橡膠樹野生種，極大地豐富了中國橡膠樹種質(zhì)資源的遺傳多樣性。目前，中國已收集、保存230余份Wickham種質(zhì)和6 041份1981 IRRDB野生橡膠種質(zhì)[28]。在橡膠樹抗寒種質(zhì)資源評價與利用方面，通過建立抗寒前哨點和寒害等級評價體系，整理、鑒定出大量的抗寒種質(zhì)和低溫敏感種質(zhì)，為橡膠樹抗寒育種研究提供了充足的育種材料。

在甘蔗抗寒種質(zhì)資源收集利用方面，中國已從世界20多個國家收集到2 300余份甘蔗種質(zhì)資源，這些種質(zhì)資源材料覆蓋6個屬16個種。在甘蔗主產(chǎn)區(qū)云南，科研人員通過自然霜凍對收集的相關(guān)種質(zhì)資源進(jìn)行耐寒性調(diào)查研究，已初步篩選出一些具有抗寒性的甘蔗種質(zhì)資源，尤其在2008年低溫冰凍條件下，相關(guān)人員以甘蔗莖節(jié)間受害指數(shù)和節(jié)間生長點受害指數(shù)為基礎(chǔ)，通過構(gòu)建甘蔗耐寒性指數(shù)（CTI）來綜合評價陰雨霜凍災(zāi)害下甘蔗種質(zhì)材料的耐寒性，將400份參試甘蔗種質(zhì)材料劃分為5個不同耐寒性表現(xiàn)的類群，鑒定出耐寒性強的材料226份[29]。在甘蔗主栽區(qū)廣西，相關(guān)人員以廣西蔗區(qū)主栽品種新臺糖22號為對照，通過分析比較人工低溫和自然低溫條件下各類品種抗寒相關(guān)的生理生化指標(biāo)，將生產(chǎn)中推廣應(yīng)用的甘蔗品種分為強抗寒性品種、中抗寒性品種、以及弱抗寒性品種[30]，為以后開展甘蔗抗寒育種奠定了良好基礎(chǔ)。

在其它熱帶作物抗寒種質(zhì)資源收集、鑒定、評價、利用等方面，國內(nèi)科研工作者也開展了一些工作，并取得了一定成效。如在香蕉抗寒種質(zhì)資源收集利用方面，中國熱帶農(nóng)業(yè)科院?？趯嶒炚纠孟憬段闯墒煨刍ㄕT導(dǎo)愈傷組織技術(shù)，創(chuàng)造出一批香蕉抗寒新材料，目前已通過組培苗和幼苗的抗寒鑒定篩選，正在進(jìn)行大田抗寒鑒定。在油棕抗寒種質(zhì)資源收集利用方面，1998年中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院橡膠研究所開始對前期引種散落于全國各地的油棕種質(zhì)資源進(jìn)行調(diào)查，發(fā)現(xiàn)了一批抗寒、高產(chǎn)等農(nóng)藝性狀良好的油棕單株，初步揭示了油棕在中國熱帶北緣地區(qū)的生態(tài)適應(yīng)性和生長結(jié)實特點，為今后進(jìn)行油棕抗寒育種奠定了基礎(chǔ)。在腰果抗寒種質(zhì)資源收集利用方面，中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院熱帶作物品種資源研究所通過建立農(nóng)業(yè)部樂東腰果種質(zhì)資源圃，收集繁育保存了國內(nèi)外腰果種質(zhì)資源325份。在此基礎(chǔ)上，2008年該所又在海南省昌江縣海尾鎮(zhèn)建立了“耐寒腰果種質(zhì)試驗基地”，定植超過23份耐寒腰果種質(zhì)資源。尤其值得關(guān)注的是，作為中國唯一的國家級熱帶農(nóng)業(yè)科研單位，中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院已經(jīng)全面啟動了熱帶作物抗寒育種研究，將熱帶作物抗寒育種研究作為“十三五”期間，乃至今后若干年科技研發(fā)的核心和重點任務(wù)之一，在相關(guān)科研項目立項和人才培養(yǎng)方面投入大量財力進(jìn)行科技攻關(guān)與技術(shù)研發(fā)。

3.2 已育成抗寒品種及應(yīng)用情況

植物抗寒育種的途徑很多，主要包括抗寒芽變選種、抗寒實生苗選種、抗寒雜交育種、抗寒誘變育種和抗寒生物技術(shù)育種等[31]。另外，也有通過植物某種營養(yǎng)元素的使用改變其代謝的生化指標(biāo)提高其抗寒性的研究[32]。多年的育種實踐表明，抗寒育種是提高植物抗寒能力、減輕寒害的根本途徑和最有效方法之一。目前，植物抗寒性及抗寒育種研究已成為植物學(xué)研究領(lǐng)域的熱點之一。

在熱帶作物抗寒新品種選育中，科研人員通過對一些熱帶作物種質(zhì)資源和品種進(jìn)行抗寒性鑒定，輻射誘變，以及利用不同抗寒性的親本配置雜交組合，已選育出一定數(shù)量的抗寒性品種在生產(chǎn)中推廣應(yīng)用。如在橡膠樹抗寒新品種選育中，科研人員通過對國內(nèi)外引進(jìn)的橡膠樹優(yōu)良品種無性系進(jìn)行抗寒性鑒定，篩選出以GT1、IAN873為代表的一批抗寒高產(chǎn)品種[33-34]。廣東墾區(qū)通過人工授粉雜交育種，將不同親本的抗寒性與產(chǎn)量結(jié)合起來，選育出以93-114、化59-2、湛試32-713等為代表的一批自育抗寒高產(chǎn)橡膠樹新品種[35-36]。云南省熱帶作物研究所應(yīng)用雜交育種技術(shù)，并結(jié)合抗寒前哨點鑒定，以及早期抗寒力鑒定，選育出適合云南植膠區(qū)氣候類型的橡膠樹抗寒優(yōu)良品種云研77-2和云研77-4[37-38]。尤其值得注意的是，93-114作為抗寒選育種的標(biāo)準(zhǔn)種，在廣東、廣西、以及福建的中、重寒區(qū)大規(guī)模種植，為中國寒害地區(qū)的天然橡膠生產(chǎn)提供了優(yōu)良品種。

近年來，盡管抗寒基礎(chǔ)理論和技術(shù)的飛速發(fā)展，極大地推動了植物抗寒水平的提高。然而，熱帶作物屬于非冷馴化植物，其低溫適應(yīng)機制與擬南芥和小麥等冷馴化植物差異很大。目前，對于冷馴化植物抗寒機制的研究較為深入，已從擬南芥、水稻、小麥、玉米、大豆和花生等植物中分離和克隆到CBF轉(zhuǎn)錄因子[72-73]，從擬南芥、芥菜、甜楊、赤桉、油菜和小麥中分離到ICE基因[74-75]， 此外， 在水稻、大豆、棉花、油菜、玉米、馬鈴薯等植物中也發(fā)現(xiàn)了ICE基因的同源序列[76]。進(jìn)一步的轉(zhuǎn)基因功能驗證表明這些CBF和ICE轉(zhuǎn)錄因子在冷馴化植物的低溫脅迫應(yīng)答中起重要的調(diào)節(jié)功能。然而，對于非冷馴化植物的低溫適應(yīng)機制研究較少，僅在橡膠樹和木薯等少數(shù)熱帶作物中分離、鑒定出有效的抗寒基因。如程漢[77]等2005年從橡膠樹中分離鑒定出HbCBF1基因；蔡海斌[78]等2008年在橡膠樹中克隆到HbCBF2基因；冀乙萌[79]等2012年從木薯中克隆MeCBFl；薄維平[80]等2010年通過對木薯品種C4和KUSO在正常生長條件下以及低溫脅迫處理下差異表達(dá)的miRNA進(jìn)行分析，鑒定出23個木薯抗寒相關(guān)miRNA，為研究木薯抗寒作用機制及木薯耐低溫遺傳改良工作奠定了基礎(chǔ)。迄今，對于絕大多數(shù)熱帶作物抗寒的分子機制仍毫無認(rèn)識，尚未從熱帶作物中開發(fā)出相關(guān)的抗寒性分子標(biāo)記用于抗寒育種實踐。因此，進(jìn)一步加強中國熱帶作物抗寒機理研究力度，提升其抗寒研究水平，將成為中國熱帶作物產(chǎn)業(yè)發(fā)展中亟待解決的問題。

5 中國熱帶作物抗寒育種存在問題與研究展望

縱觀近年來中國熱帶作物抗寒育種的研究進(jìn)展與成效，主要存在如下幾方面的問題：①抗寒種質(zhì)資源開發(fā)利用不足。中國熱區(qū)地理環(huán)境差異顯著，擁有豐富多樣的熱帶作物抗寒種質(zhì)資源，但目前對熱帶作物抗寒種質(zhì)資源的收集、保存、研究和合理開發(fā)利用不足，應(yīng)進(jìn)一步加大此方面的研究力度，建立熱帶作物抗寒種質(zhì)資源基因庫；②抗寒育種技術(shù)單一，周期長。目前，國內(nèi)培育的絕大多數(shù)熱帶作物抗寒品種都是通過大量的有性雜交和數(shù)十年的培育和篩選得到的，滿足不了品種更新?lián)Q代的需求；③熱帶作物抗寒育種相關(guān)的遺傳信息不夠完善，理論研究相對滯后，能被育種直接應(yīng)用的抗寒種質(zhì)資源信息還有待豐富和深入挖掘；④一些重要熱帶作物抗寒分子機制、抗寒相關(guān)的功能基因?qū)W研究相對滯后，應(yīng)進(jìn)一步加大熱帶作物抗寒性相關(guān)的基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)研究，以及抗寒性相關(guān)的分子標(biāo)記開發(fā)力度，利用新一代基因型分型技術(shù)繪制出更為精準(zhǔn)的抗寒性相關(guān)高密度遺傳圖譜，為將來熱帶作物的抗寒分子輔助選擇育種打好基礎(chǔ)；⑤一些重要熱帶作物的再生體系和遺傳轉(zhuǎn)化體系仍不完善，大量工作一直停留在轉(zhuǎn)化體系的優(yōu)化階段，應(yīng)加強技術(shù)攻關(guān)，在熱帶作物再生體系，以及穩(wěn)定遺傳轉(zhuǎn)化體系的建立等方面做好技術(shù)儲備；⑥目前，中國熱帶作物抗寒轉(zhuǎn)基因育種尚處于起步階段，缺乏深入研究，一些重要熱帶作物的抗寒轉(zhuǎn)基因育種研究更是舉步維艱。由于一些熱帶作物為多年生木本植物，生長周期長，采用常規(guī)抗寒育種技術(shù)進(jìn)行新品種選育所需時間長、見效慢，同時還存在基因源缺乏、雜合度高、以及雜交不親和等因素制約，極大地限制了其在生產(chǎn)上的利用效率。而利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)將抗寒基因轉(zhuǎn)入農(nóng)藝性狀優(yōu)良的品種（系）中去，進(jìn)行熱帶作物抗寒性的分子改良，具有高效性和針對性，可彌補常規(guī)育種技術(shù)的不足，大大縮短常規(guī)育種的周期，是獲得抗寒突破性品種的一個重要手段。下一步，應(yīng)借鑒其它植物抗寒轉(zhuǎn)基因育種成功的經(jīng)驗，加大不同學(xué)科間的協(xié)作力度，開創(chuàng)熱帶作物抗寒分子育種研究的新局面。

此外，鑒于絕大多數(shù)熱帶作物抗寒相關(guān)分子機制的研究尚屬起步階段，筆者認(rèn)為未來開展熱帶作物抗寒育種及分子機制研究時還應(yīng)注意以下幾個方面：①研究表明植物受低溫脅迫時ICE比CBF能更早的感受低溫信號，可能作為植物低溫脅迫的總開關(guān)激活誘導(dǎo)CBF的表達(dá)。迄今，在一些重要熱帶作物中關(guān)于ICE轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)構(gòu)和功能研究還鮮有報道。因此，今后在研究熱帶植物低溫應(yīng)答機制時，應(yīng)充分利用現(xiàn)代分子生物學(xué)手段，盡快分離克隆出有效的ICE基因，以便更好的為熱帶作物抗寒基因工程育種服務(wù)；②諸多研究表明CBF轉(zhuǎn)錄因子在植物抗寒遺傳改良中具有重要的應(yīng)用價值，但應(yīng)用基因工程改良熱帶作物抗寒性時仍需采取合理的技術(shù)策略，才能取得良好的應(yīng)用效果。如在一些冷馴化植物的抗寒基因工程中，組成型超量表達(dá)CBF抗寒相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子提高抗寒性的同時，植株也表現(xiàn)出生長延遲、矮化及開花延后等不良性狀[81]，而應(yīng)用誘導(dǎo)型啟動子則能避免以上不良效果。因此，今后進(jìn)行熱帶作物抗寒遺傳改良時，應(yīng)注意選擇合適的啟動子；③越來越多的證據(jù)表明植物低溫應(yīng)答反應(yīng)是一個涉及多基因、多信號途徑的復(fù)雜過程。除轉(zhuǎn)錄調(diào)控外，泛素化、磷酸化、糖基化、脂基化、甲基化及乙酰化等翻譯后修飾在植物低溫應(yīng)答反應(yīng)中同樣具有重要作用[82]。如研究證明植物中ICE蛋白的轉(zhuǎn)錄活性受泛素化和 SUMO化修飾的嚴(yán)謹(jǐn)調(diào)控，主要包括SIZ1（SAP and Miz 1）介導(dǎo)的SUMO（small ubiquitin-related modifier）化修飾和HOS1（high expression of osmotically responsive gene 1）介導(dǎo)的泛素化修飾。HOS1-SIZ1介導(dǎo)的翻譯后修飾系統(tǒng)精細(xì)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)卣{(diào)控著ICE1-CBFs途徑相關(guān)基因的表達(dá)[83]。然而，目前對于植物低溫脅迫下轉(zhuǎn)錄因子的翻譯后修飾研究相對薄弱，今后應(yīng)優(yōu)先考慮闡明翻譯后修飾在植物抗寒相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子功能調(diào)控中的作用機制；④目前對于植物響應(yīng)低溫應(yīng)答生理及分子機制的研究主要集中于營養(yǎng)生長階段，而對于植物生殖發(fā)育相關(guān)器官和組織響應(yīng)低溫應(yīng)答的轉(zhuǎn)錄調(diào)控網(wǎng)絡(luò)研究很少[84]。同時，諸多研究也證實植物根、莖、葉、及生殖器官對低溫響應(yīng)的生理及分子調(diào)控機制存在較大差異[85]。因此，在熱帶作物抗寒育種研究中應(yīng)加強對植物生殖發(fā)育階段低溫應(yīng)答轉(zhuǎn)錄調(diào)控機制的研究；⑤鑒于諸多研究表明非編碼RNA在植物低溫脅迫中起重要調(diào)控作用，而對于一些熱帶作物低溫響應(yīng)相關(guān)非編碼RNA的研究尚屬起步階段，下一步應(yīng)加大熱帶作物低溫響應(yīng)相關(guān)非編碼RNA的挖掘力度，并對相應(yīng)的靶基因進(jìn)行鑒定和功能驗證，從轉(zhuǎn)錄后水平更加清晰的闡明熱帶作物低溫響應(yīng)的分子機制。

[66] 康冬鴿， 李瑞梅， 胡新文. 低溫脅迫下薯幾種保護(hù)酶活性變化及其與耐寒性的關(guān)系[J]. 熱帶作物學(xué)報， 2009， 30（7）： 908-911.

[67] 李 慧， 強 勝. 植物冷馴化相關(guān)基因研究進(jìn)展[J]. 植物學(xué)通報， 2007， 24（2）： 208-217.

[68] Fowler S， Thomashow M F. Arabidopsis transcriptome pro？ling indicates that multiple regulatory pathways are activated during cold acclimation in addition to the CBF cold response pathway[J]. Plant Cell， 2002， 14（8）： 1 675-1 690.

[69] Gilmour S J， Zarka D G， Stockinger E J. Low temperature regulation of the Arabidopsis CBF family of AP2 transcriptional activators as an early step in cold-induced COR gene expression[J]. The Plant Journal， 1998， 16（4）： 433-442.

[70] Bailey P C， Martin C， Toledo-Ortiz G. Update on the basic helix-loop-helix transcription factor gene family in Arabidopsis thaliana[J]. The Plant Cell， 2003， （15）： 2 497-2 502.

[71] Novillo F， Alonso J M， Ecker J R， et al. CBF2/DREB1C is a negative regulator of CBF1/DREB1B and CBF3/DREB1A expression and plays a central role in stress tolerance in Arabidopsis[J]. Proc Nati Acad Sci USA， 2004， 101（11）： 3 985-3 990.

[72] Liu Q， Kasuga M， Sakuma Y. Two transcription factors，DREB1 and DREB2， with an EREBP/AP2 DNA binding domain separate two cellular signal transduction pathways in drought and low temperature responsive gene expression， respectively，in Arabidopsis[J]. The Plant Cell， 1998（10）： 1 391-1 406.

[73] Lata C， Prasad M. Role of DREBs in regulation of abiotic stress responses in plants[J]. Jouranal of Experimental Botany， 2011（11）： 1-18.

[74] Lee B H， Henderson D A， Zhu J. The Arabidopsis cold -responsive transcriptome and its regulation by ICE1[J]. Plant Cell， 2005（17）： 3 155-3 175.

[75] Badawi M， Reddy Y V， Agharbaoui Z.Structure and functional analysis of wheat ICE（inducer of CBF expression）genes[J]. Plant & Cell Physiology， 2008， 49（8）： 1 237-1 249.

[76] Badawi M， Reddy Y V， Agharbaoui Z， et al. Structure and functional analysis of wheat ICE（inducer of CBF expression） genes[J]. Plant Cell Physiol， 2008， 49（8）： 1 237-1 249.

[77] 程 漢， 安澤偉， 黃華孫.巴西橡膠樹CBF1基因的克隆和序列分析[J]. 熱帶作物學(xué)報， 2005， 26（3）： 50-55.

[78] 蔡海濱， 胡彥師， 黃華孫， 等. 巴西橡膠樹CBF2基因的克隆和表達(dá)分析[J]. 熱帶農(nóng)業(yè)科技， 2008， 31（3）： 1-5.

[79] 冀乙萌.耐寒轉(zhuǎn)基因木薯田間檢測與木薯耐寒基因的克隆和功能分析[D]. 海口： 海南大學(xué)， 2012.

[80] 薄維平. 木薯耐寒相關(guān)microRNA的差異表達(dá)分析[D]. ?？冢?海南大學(xué)， 2010.

[81] Soltesz A， Smedley M， Vashegyi I， et al. Transgenic barley lines prove the involvement of TaCBF14 and TaCBF15 in the cold acclimation process and in frost tolerance[J]. Journal of Experimental Botany， 2013， 64（7）： 1 849-1 862.

[82] Barrero-Gil J， Salinas J. Post-translational regulation of cold acclimation response[J]. Plant Science， 2013（205/206）： 48-54.

[83] Licausi F， Ohme-Takagi M， Perata P. APETALA2/Ethylene responsive factor（AP2/ERF）transcription factors： Mediators of stress responses and developmental programs[J]. New Phytologist. 2013， 199（3）： 639-649.

[84] Chinnusamy V， Zhu J K， Sunkar R. Gene regulation during cold stress acclimation in plants[J]. Methods in Molecular Biology， 2010， 39（6）： 39-55.

[85] 劉 輝， 李德軍， 鄧 治.植物應(yīng)答低溫脅迫的轉(zhuǎn)錄調(diào)控網(wǎng)絡(luò)研究進(jìn)展[J]. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)， 2014， 47（18）： 3 523-3 533.