羅漢果遺傳育種研究進展

陳新華 王念 王勤

摘要：從羅漢果[Siraitia grosvenorii（Swingle）C. Jeffrey ex Lu et Z. Y. Zhang]遺傳育種和改良方面，綜述了近年來種質(zhì)資源、性狀遺傳規(guī)律、良種選育方面的研究進展，展望了今后的研究方向，旨在為羅漢果遺傳改良與品種選育研究提供參考。

關(guān)鍵詞：羅漢果[Siraitia grosvenorii（Swingle）C. Jeffrey ex Lu et Z. Y. Zhang];遺傳育種;研究進展

中圖分類號：R282? ? ? ? ?文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：0439-8114（2019）10-0009-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2019.10.002? ? ? ? ? ?開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）：

羅漢果[Siraitia grosvenorii（Swingle）C. Jeffrey ex Lu et Z. Y. Zhang]是葫蘆科羅漢果屬多年生草質(zhì)藤本植物，花雌雄異株著生。羅漢果又稱光果木鱉、假苦瓜、拉漢果等，以其果實入藥，是中國著名的藥食兩用的中藥材，具有潤肺、利咽、通腸的功效[1]。主產(chǎn)于廣西的龍勝、臨桂、福永等地，湖南省、貴州省也有出產(chǎn)。羅漢果果實中含有甜苷V，是蔗糖甜度的400～500倍，且熱量低，是糖尿病人、肥胖者和高血壓患者的理想甜味劑，在食品、藥品、保健品中應(yīng)用廣泛[2]。

近年來，隨著羅漢果需求增加，導(dǎo)致大量羅漢果野生種質(zhì)受到破壞，甚至有瀕臨滅絕的危險;人工栽培也存在品種混雜、種質(zhì)退化等問題，嚴重影響羅漢果的產(chǎn)量和質(zhì)量[3]。羅漢果育種事業(yè)的發(fā)展與否關(guān)系到下游羅漢果產(chǎn)業(yè)能否健康、可持續(xù)發(fā)展。因此，加強羅漢果遺傳育種和改良的研究就很有必要。從羅漢果遺傳育種和改良方面，綜述了近年來羅漢果種質(zhì)資源、性狀遺傳規(guī)律、良種選育方面的研究進展，展望了今后的研究方向，旨在為羅漢果遺傳改良與品種選育研究提供參考。

1? 種質(zhì)資源保護

羅漢果種質(zhì)資源的研究多集中在種質(zhì)的遺傳多樣性評價方面。保持廣泛的遺傳基礎(chǔ)是遺傳改良工作中的重要任務(wù)，新種質(zhì)的創(chuàng)制依賴于改良過程中維持足夠的遺傳多樣性。羅漢果的種質(zhì)資源是良種選育和栽培生產(chǎn)的重要基礎(chǔ)，可以為羅漢果品種改良提供豐富的變異來源。鐘仕強[4]研究了羅漢果的主要分布，羅漢果在廣西、廣東、江西均有分布，桂林永福、臨桂為栽培發(fā)源地;而野生資源呈散生分布狀態(tài)，金秀大瑤山有較大的群落。李媛等[5]研究表明，羅漢果野生種群分布格局呈隨機或集群分布，不同種群聚焦強度有差異。彭云滔[6]利用ISSR標(biāo)記和RAPD標(biāo)記對廣西、廣東9個種群進行遺傳多樣性分析，研究指出廣西永福和金秀的居群具有較高的遺傳多樣性水平，是保護和利用的重點;同時，羅漢果居群間存在較大遺傳分化，因此不同地域野生羅漢果種質(zhì)均要收集、保護與利用。周俊亞[7]對栽培羅漢果遺傳多樣性進行分析表明，羅漢果的主要栽培品種青皮果和紅毛果的遺傳多樣性很低，但有少數(shù)形態(tài)差異較大的樣品具有較大的遺傳差異;茶山果和冬瓜漢具有相對較高的遺傳多樣性，是良好的遺傳育種材料;雄株也具有較高的遺傳多樣性。戴俊[3]利用ISSR和RAPD 2種分子標(biāo)記技術(shù)分別構(gòu)建了羅漢果栽培種質(zhì)與野生種質(zhì)的DNA指紋圖譜，并進行了遺傳多樣性分析，結(jié)果表明，總體上羅漢果各品種種質(zhì)之間的親緣關(guān)系較近。整體上，野生種質(zhì)比栽培種質(zhì)具有更高的遺傳多樣性;同時雄株較雌株具有更高的遺傳多樣性;在雜交育種的雌雄組合上，栽培與野生的雜交組合比栽培種質(zhì)間、野生種質(zhì)間的雌雄組合更佳。王娟等[8]報道了基于EST序列，對1個野生羅漢果種群21個樣品進行多樣性檢測的研究，結(jié)果表明，檢測的所有位點均具有多態(tài)性，等位基因數(shù)為2～11，觀測雜合度0.095～0.994，期望雜合度0.092～0.889。

在羅漢果種質(zhì)綜合評價方面，白隆華等[9]對羅漢果種質(zhì)資源定量評價進行了研究，建立了羅漢果種質(zhì)綜合評價方法，選出永青1號新品種與主栽品種為優(yōu)異種質(zhì)。羅漢果種質(zhì)資源一般通過無性擴繁之后在異地建立種質(zhì)基因庫的方式保存，劉華英等[10]研究了羅漢果莖尖玻璃化法超低溫保存方法，為羅漢果種質(zhì)保存提供了新的思路。

2? 性狀的遺傳學(xué)研究

性狀的遺傳參數(shù)是確定選擇方式、制定改良計劃的重要依據(jù)。莫長明等[11]通過雜交手段研究羅漢果性狀遺傳規(guī)律，發(fā)現(xiàn)羅漢果近交后代存在明顯衰退，表現(xiàn)在花和果變小，葉片畸形;羅漢果雜交后代與母本在果實橫徑、果實縱徑、單果重上存在顯著差異，一些F1代總苷含量和甜苷V含量高于母本。其中，果實大小、總苷含量、甜苷V含量性狀具有明顯超親優(yōu)勢，但是未見羅漢果相關(guān)性狀遺傳參數(shù)估算的報道。羅漢果雄性敗育株與正常雌性株雜交，后代雄性植株全部花粉敗育，雌株后代發(fā)生種子敗育。改良過程中，了解性狀之間遺傳相關(guān)的信息是非常重要的。羅漢果單果重、總甜苷、甜苷V等經(jīng)濟性狀在雜交子代間的變異較大，存在選擇的潛力[12]。性狀廣義遺傳相關(guān)研究表明，單果重與果實縱徑呈極顯著正相關(guān);總苷含量與果形呈極顯著正相關(guān)，總甜苷含量與甜苷V含量呈顯著正相關(guān)[12];甜苷V含量與果肉含量、水浸出物含量呈顯著相關(guān)，與總糖含量、總苷含量呈極顯著相關(guān)關(guān)系[13]。通過雜交授粉選育新種質(zhì)還要進一步研究羅漢果重要經(jīng)濟性狀的加性效應(yīng)或狹義遺傳相關(guān)性，因為在雜交育種中，只有加性等位基因效應(yīng)才能穩(wěn)定遺傳。間接選擇的改良效果取決于2個性狀的遺傳相關(guān)大小和性狀各自的遺傳力大小，因此為了達到理想的間接選擇效果，還要綜合考慮改良性狀的遺傳力等遺傳參數(shù)。

3? 良種選育

植物的良種培育方式受到培育目標(biāo)、種苗繁育方式、植物繁殖生物學(xué)特性等因素的影響。因為羅漢果成熟的苗木組培技術(shù)，使得羅漢果雜交后代的選擇方式以單株選擇為主，用表現(xiàn)最優(yōu)良的單株進行組培擴繁，以充分利用雜交后代的非加性效應(yīng)和上位效應(yīng)。提高單株產(chǎn)量、單果大小、果實總苷、甜苷V含量等性狀表現(xiàn)是羅漢果改良的重要目標(biāo)，近年來羅漢果抗病育種也逐漸受到重視。羅漢果的育種手段以雜交育種、誘變育種、分子輔助育種為常見。

3.1? 雜交育種

雜交育種的原理是通過基因重組產(chǎn)生后代的新變異，再通過對后代的目標(biāo)性狀的選擇來獲得遺傳變異。雜交育種目前仍是羅漢果種質(zhì)創(chuàng)新的最經(jīng)濟、最有效的方式，因此得到研究者的重視。梁貴秋等[14]在羅漢果種植園中選擇長勢良好，無病毒，掛果多的優(yōu)良單株8株，然后通過組織培養(yǎng)和設(shè)施栽培的方法，從各世代選優(yōu)培育出1個優(yōu)良單株，定名為福漢2號;馬小軍等[15]以羅漢果青皮3號為母本，冬瓜果為父本進行雜交，從其F1代實生變異株中選擇優(yōu)良單株，經(jīng)組培繁育而成雌性無性系品種普豐青皮。馬小軍等[16]選育的永青1號羅漢果是以龍江青皮果作母本，以冬瓜果作父本雜交獲得F1代，再從F1代變異株采集種子進行組培，再從培養(yǎng)苗木中選出羅漢果新品種。新品種產(chǎn)量高、果個大、果形美觀、抗逆性和適應(yīng)性強、干果產(chǎn)品商品性能佳，綜合性狀明顯優(yōu)于當(dāng)?shù)厣a(chǎn)上主要推廣的品種。何金旺等[17，18]從青皮果品種中通過無性系單株選擇、定向培養(yǎng)的方法選育出具有耐肥耐旱、成熟一致、種性穩(wěn)定和適應(yīng)性強等優(yōu)良特性的新種質(zhì)伯林二號和伯林三號。

3.2? 多倍體育種

多倍體育種是羅漢果新品種選育和豐富遺傳變異的重要手段。多倍體常具有原二倍體祖先所不具有的新性狀。如植株生長旺盛、營養(yǎng)器官變大、抗逆性增強、生態(tài)適應(yīng)性增強以及光合效率提高等。利用多倍體的效應(yīng)獲得大的果實或營養(yǎng)器官產(chǎn)品;多倍體生理特性的變化引起新陳代謝及其產(chǎn)物變化，因此在植株的有效化學(xué)成分含量和品質(zhì)上產(chǎn)生變異，利用多體倍還可以獲得無子或少子的果實，這些變異對植物品質(zhì)育種意義重大[19]。閆志剛等[20]用秋水仙素對羅漢果進行處理以誘導(dǎo)多倍體，采用0.1%秋水仙素滴生長點的方法使羅漢果染色體加倍率最高，誘變率達24.37%。多倍體羅漢果植株形態(tài)變異表現(xiàn)為葉片厚度和葉面積增加;葉片氣孔變大，而氣孔密度顯著降低;花瓣長、寬和子房縱徑、橫徑均增大[21]。

三倍體無子羅漢果在生產(chǎn)和應(yīng)用上有特殊優(yōu)勢，因而成為多倍體羅漢果研究的重點。李鋒等[22]報道了通過四倍體雌株與二倍體雄株雜交獲得的三倍體無子羅漢果，并研究了其形態(tài)特征、生長規(guī)律和果實品質(zhì)。莫長明等[23]將甜苷V含量高的二倍體主栽品種農(nóng)院B6與自然加倍四倍體雄性株系藥園敗雄1號進行雜交，獲得雜交F1代三倍體羅漢果，這是國內(nèi)首次通過雄性多倍體選育成功的無子羅漢果。黃夕洋等[24]以同工酶研究三倍體羅漢果與其親本遺傳關(guān)系，結(jié)果表明，三倍體羅漢果育種親本間存在雜種優(yōu)勢，且更傾向于其母本遺傳。閆海鋒[25]研究也發(fā)現(xiàn)，三倍體羅漢果主要農(nóng)藝性狀特征與四倍體母本的性狀特征較為接近。韋榮昌等[26，27]應(yīng)用ISSR和RAPD分子標(biāo)記探討多倍體無子羅漢果及其親本材料的遺傳背景，結(jié)果均表明，F(xiàn)1代三倍體與四倍體母本平均相似系數(shù)更高，遺傳上傾向于母本。

3.3? 分子輔助育種

分子輔助育種技術(shù)因其具有可以加快育種進程，提高選擇精度，降低選擇成本，特別對低遺傳力的性狀可以提高選擇效率等的優(yōu)點，近年來成為羅漢果育種研究的新熱點。

劉麗華[28]利用ISSR和SRAP技術(shù)構(gòu)建了羅漢果遺傳連鎖圖譜，并檢測了控制羅漢果果實鮮重、果實橫徑、果實縱徑、果形指數(shù)的QTL。韋榮昌等[29，30]應(yīng)用ISSR和RAPD分子標(biāo)記研究羅漢果三倍體雌株與二倍體雄株的遺傳背景，羅漢果三倍體雌株和二倍體雄株遺傳背景的復(fù)雜性較低，應(yīng)進行種質(zhì)創(chuàng)新，增加無子羅漢果親本的遺傳多樣性。莫長明[31]研究了果實發(fā)育期羅漢果甜苷V與其合成前體的代謝規(guī)律，并克隆了關(guān)鍵代謝酶基因與研究表達，為羅漢果甜苷V生物合成研究與基因工程育種提供了新的線索。唐其等[32]采用全基因組鳥槍法（WGS）對羅漢果基因組進行調(diào)查測序，首次估測了羅漢果基因組大小，約為344.95 Mb;同時發(fā)現(xiàn)羅漢果有較高的雜合率和較多重復(fù)序列，提出采用全基因組鳥槍法結(jié)合Fosmid-to-Fosmid/BAC-to-BAC策略測序，以提高基因序列拼接和組裝效率。

羅漢果有性繁殖后代不結(jié)果的雄株偏多，在開花前難以鑒別雌雄，給羅漢果的良種選育和品種推廣造成困難。因此，需要對羅漢果早期性別鑒別進行研究。秦新民等[33]研究發(fā)現(xiàn)，利用隨機擴增多態(tài)性DNA（RAPD）技術(shù)，有4個引物（S60、S90、S100、S343）能在羅漢果雌雄株間擴增出差異性片段，可以用作羅漢果性別鑒別的特異性分子標(biāo)記。黃姿梅[34]用隨機引物擴增多態(tài)性RAPD分子標(biāo)記研究羅漢果雌雄株的差異，推測S60-750序列、S90-300序列、S90-400序列可能與性別基因有較為密切的關(guān)系;采用EST同工酶技術(shù)對鑒別羅漢果實生苗性別進行了初步研究。

羅漢果栽培易受到花葉病毒危害，而羅漢果自然存在的抗病基因資源罕見，除了通過常規(guī)雜交育種手段利用抗病基因外，轉(zhuǎn)基因技術(shù)也為羅漢果抗病基因篩選提供了新的途徑。李文蘭等[35]從擬南芥中克隆抗性基因NPR1，用農(nóng)桿菌介導(dǎo)法導(dǎo)入羅漢果，獲得對煙草花葉病毒具有一定抗性的轉(zhuǎn)基因羅漢果植株。譚秀梅[36]通過農(nóng)桿菌介導(dǎo)法獲得了89株抗花葉病毒轉(zhuǎn)基因羅漢果植株，使羅漢果植株獲得一定的廣譜抗花葉病毒特性和抗除草劑特性。

通過利用高輻射等特殊環(huán)境因素可以提高羅漢果變異概率，創(chuàng)造傳統(tǒng)育種手段不易出現(xiàn)的變異，為羅漢果育種提供更多優(yōu)異種質(zhì)。向巧彥等[37]運用ISSR分子標(biāo)記技術(shù)，對28個航天誘變羅漢果及主栽品種進行了全基因組多態(tài)性檢測和聚類分析。結(jié)果顯示，部分航天種質(zhì)已經(jīng)產(chǎn)生遺傳分化，可能獲得了有益的突變。

4? 展望

隨著羅漢果產(chǎn)業(yè)發(fā)展，社會對羅漢果的需求不斷增加，而目前羅漢果良種的培育未能滿足當(dāng)前種植需要。因此，羅漢果良種選育還有待進一步研究，主要有以下幾個方面。

1）加大羅漢果種質(zhì)資源收集保存利用力度。野生羅漢果基因資源豐富，其遺傳多樣性遠遠高過栽培羅漢果[3]。應(yīng)合理開發(fā)利用野生羅漢果遺傳資源，在研究與選擇種質(zhì)資源優(yōu)良性狀的同時，加強野生種質(zhì)資源搜集和保存。重點改良羅漢果產(chǎn)量、藥用品質(zhì)、抗蟲性和抗病毒等性狀，將常規(guī)育種技術(shù)與細胞生物學(xué)、基因工程和分子輔助育種等技術(shù)手段結(jié)合，增加高世代育種中的有效群體數(shù)量;羅漢果野生種質(zhì)是非親緣關(guān)系材料的豐富來源，從中發(fā)掘有利基因，是豐富羅漢果遺傳改良基礎(chǔ)，也是擴大選擇范圍和加快種質(zhì)創(chuàng)新的有效途徑。

2）加強羅漢果關(guān)鍵性狀的遺傳規(guī)律研究。遺傳方差與遺傳力等遺傳參數(shù)的估算對于了解群體及育種群體的遺傳結(jié)構(gòu)具有重要意義。在改良計劃中，重要性狀遺傳參數(shù)，如遺傳力等參數(shù)，是決定田間試驗的類型與規(guī)模的依據(jù)，同時也是制定恰當(dāng)?shù)倪x擇策略的前提，比如，改良工作應(yīng)優(yōu)先考慮遺傳力較高的性狀，可獲得較好的選擇響應(yīng)。

3）因地制宜，良種良法。不適宜的栽培措施會抵消羅漢果良種選育工作所獲得的效益，因此，進行良種選育的同時，也要加強羅漢果栽培技術(shù)的研究，因地制宜發(fā)展適合當(dāng)?shù)卦耘嗟钠贩N，使有效的良種選育與適宜的栽培技術(shù)相輔相成，提高羅漢果的種植的效益。

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