我國黃瓜抗病品種選育技術(shù)研究進展

馬 燕，李彥軍，滕 巍，范惠冬，張 倩

（吉林省蔬菜花卉科學(xué)研究院，吉林長春 130033）

黃瓜（Cucumis sativusL.）屬于葫蘆科黃瓜屬，是世界上十種最主要的蔬菜作物之一，我國已有2 000多年的栽培歷史，在蔬菜產(chǎn)業(yè)中占有重要地位。目前我國大部分地區(qū)采用設(shè)施大棚種植黃瓜，不僅增加了黃瓜的產(chǎn)量，而且能實現(xiàn)四季種植，給菜農(nóng)帶來了巨大的經(jīng)濟收益，但同時也給大棚黃瓜病害防治提出了新要求。

連片種植、重茬栽培等條件下容易滋生病菌，尤其是20世紀(jì)80年代以來，隨著設(shè)施農(nóng)業(yè)的不斷發(fā)展，我國保護地蔬菜生產(chǎn)規(guī)模不斷擴大，但保護地溫濕度條件有利于病害的發(fā)生流行，黃瓜生產(chǎn)上已面臨著嚴(yán)重的病蟲害威脅，包括生理性病害、感染性病害和蟲害。在我國，黃瓜霜霉病、白粉病和枯萎病已成為黃瓜生產(chǎn)上的三大主要病害，常年發(fā)病率為10%～50%，嚴(yán)重時可達80%～90%，給黃瓜生產(chǎn)帶來了致命的威脅[1-3]。目前黃瓜病害的防治方法主要有化學(xué)農(nóng)藥防治、農(nóng)業(yè)防治、選育抗病品種等。本文從抗病品種選育的角度分析了黃瓜抗病品種選育技術(shù)，并簡要介紹了其他方法，展望了相關(guān)研究的發(fā)展方向。

1 選育抗病品種

選育抗病品種是防治黃瓜霜霉病最經(jīng)濟、有效、安全、環(huán)保的長期控制策略。我國的黃瓜品種選育主要經(jīng)歷以下幾個階段。

1.1 系統(tǒng)選育

系統(tǒng)選育從20世紀(jì)50年代后期至70年代初期，是利用自然界現(xiàn)有的變異，經(jīng)過選擇培育成新品種的方法，又稱選擇育種法。如津研系列黃瓜品種即是采用該方法育成的[4]。該法簡單易行，優(yōu)中選優(yōu)，見效快，適合于群選群育工作，在我國育種的初期階段發(fā)揮了重要作用。局限性在于依靠自然變異，不能有目的的創(chuàng)新；個別性狀上容易改變，綜合性狀上較難突破。

我國的黃瓜育種是以產(chǎn)量、抗病性、抗逆性、品質(zhì)等為目標(biāo)進行的，但在黃瓜育種中卻存在遺傳變異小的嚴(yán)重問題，因此僅靠系統(tǒng)選育已經(jīng)無法滿足黃瓜育種的需求。

1.2 雜交育種

雜交育種從20世紀(jì)70年代末開始[5]，是利用雜種優(yōu)勢來選育性狀優(yōu)良的雜交一代新品種，需要連續(xù)自交純化的親本材料。吉雜系列黃瓜、津雜系列黃瓜品種即是采用該方法育成的。1979年黃瓜抗病育種協(xié)作組組建完成，1983年抗病育種納入了國家攻關(guān)計劃，新品種在抗病性、早熟性、豐產(chǎn)性、品質(zhì)等方面有了較大提高，替代了常規(guī)品種且趨于專用化[6]。該方法簡單易行、目標(biāo)性強，但父母本材料的自交系純化時間較長，大約需要6～8年，再加上區(qū)域試驗時間，因此獲得一個雜交新品種大約需要7～9年的時間，育種進程過慢。對此，現(xiàn)代育種多采取加速世代的做法，如利用溫室、異地、異季等條件一年種植2～3代，結(jié)合多點試驗、稀播繁殖等措施，盡可能縮短育種年限。

1.3 誘變育種

誘變育種始于20世紀(jì)60年代，其是指通過物理（即輻射）及化學(xué)等因素誘發(fā)作物體產(chǎn)生突變，從中選擇培育新品種；是繼選擇育種和雜交育種之后發(fā)展起來的一項現(xiàn)代育種技術(shù)。李加旺等[7]利用23.22 C/kg60Coγ射線輻射處理具有某些優(yōu)良特性的黃瓜自交系種子，并在其變異后代群體中篩選出兩個綜合性狀優(yōu)良的單株。經(jīng)3代系選，從中分選出一個主要性狀均能穩(wěn)定遺傳的株系M-8，該品系在早熟、豐產(chǎn)、抗病性及商品性等幾方面具有明顯優(yōu)勢。

該技術(shù)的優(yōu)點是能夠提高突變率，在較短的時間內(nèi)獲得更多的優(yōu)良變異類型。誘變育種也有自身的弱點：一是誘變產(chǎn)生的有益突變體頻率低；二是難以有效地控制變異的方向和性質(zhì)；三是誘發(fā)并鑒定出數(shù)量性狀的微突變比較困難。因此可以擴大誘變后代的群體，增加選擇的機會，同時誘變育種應(yīng)與其它技術(shù)結(jié)合，實現(xiàn)不同技術(shù)上的相互促進。

1.4 生物技術(shù)輔助育種

生物技術(shù)輔助育種是自20世紀(jì)70年代以來，由細(xì)胞工程、DNA重組和轉(zhuǎn)基因技術(shù)等一系列現(xiàn)代生物技術(shù)組建而成，目前已成為當(dāng)今世界發(fā)展最快、最活躍的高新技術(shù)領(lǐng)域。現(xiàn)代生物技術(shù)在農(nóng)業(yè)上的廣泛應(yīng)用，給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來了新的飛躍。1995年開始天津科潤黃瓜研究所率先開展了生物技術(shù)在黃瓜育種上的應(yīng)用研究，將單倍體誘導(dǎo)技術(shù)、轉(zhuǎn)基因技術(shù)和分子標(biāo)記等技術(shù)與傳統(tǒng)黃瓜育種技術(shù)相結(jié)合，獲得了前所未有的成功，不僅大大縮短了育種年限，而且新品種的抗性、品質(zhì)也有了很大的突破。

1.4.1 單倍體誘導(dǎo)技術(shù)

單倍體誘導(dǎo)技術(shù)屬于現(xiàn)代生物技術(shù)中細(xì)胞工程的范疇。目前，獲得黃瓜單倍體的途徑很多，如可以通過花藥培養(yǎng)、子房培養(yǎng)、游離小孢子培養(yǎng)以及輻射花粉授粉誘導(dǎo)等4種人工途徑獲得[8-12]。其中在黃瓜育種上應(yīng)用較成熟的是通過未授粉子房離體培養(yǎng)獲得單（雙單）倍體植株，該技術(shù)比其他三種技術(shù)容易且再生頻率高，是產(chǎn)生單倍體的主要途徑[13-14]。

該技術(shù)的優(yōu)點在于植株的基因型和表現(xiàn)型完全一致，大大降低了誤選的頻率，而且以單倍體為誘變材料，使獲得突變體的速度加快，從而縮短了育種年限，快速產(chǎn)生純合的育種新材料（純系），提高育種效率。目前國內(nèi)有些公司已充分掌握了該技術(shù)并利用其輔助育種取得了大量的種質(zhì)資源及新品種。也有學(xué)者如杜勝利[15]建立了黃瓜未授粉子房再生體系，且已獲得20多個較為優(yōu)良的育種材料。該技術(shù)的局限性在于整套技術(shù)比較復(fù)雜，影響因素較多，推廣難度較大。

1.4.2 轉(zhuǎn)基因技術(shù)

轉(zhuǎn)基因技術(shù)屬于現(xiàn)代生物技術(shù)中基因工程的范疇，通過將外源的抗病、抗蟲、抗逆及特有品質(zhì)等有效基因?qū)胫参矬w，從而產(chǎn)生具有新性狀的植株，培育出新的抗病、抗蟲、抗逆等優(yōu)良品種。

該技術(shù)的優(yōu)點在于轉(zhuǎn)基因黃瓜不僅可以保留原來的豐產(chǎn)性和商品性，而且獲得了新的抗病性或抗除草劑等特性，大幅節(jié)約生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率。該技術(shù)的缺點在目前轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物的安全性存在質(zhì)疑，因此，該技術(shù)在黃瓜育種上僅限于研究，未批準(zhǔn)商業(yè)化種植。

1.4.3 分子標(biāo)記技術(shù)

分子標(biāo)記技術(shù)屬于現(xiàn)代生物技術(shù)的范疇，是以直接檢測DNA核苷酸序列的差異為基礎(chǔ)的遺傳標(biāo)記，又稱DNA分子標(biāo)記技術(shù)。隨著黃瓜遺傳圖譜的逐漸飽和，目前針對黃瓜抗病基因已開發(fā)出AFLP、RAPD、SSR（simple sequence repeats）、SCAR等數(shù)十種抗病基因的分子標(biāo)記。自1987年第一張黃瓜遺傳連鎖圖譜發(fā)表，到2020年國內(nèi)外先后發(fā)表了22張黃瓜遺傳連鎖圖。2017年，牛志紅[16]在已構(gòu)圖譜的基礎(chǔ)上新增了大量的SSR標(biāo)記，圖譜總長749.2 cM，共610個標(biāo)記的遺傳圖譜，是目前黃瓜近緣雜交群體飽和度最高的遺傳圖譜。近年來已開發(fā)了數(shù)千對SSR標(biāo)記，用于遺傳多樣性研究、遺傳圖譜構(gòu)建和標(biāo)記的多態(tài)性分析。相比其他分子標(biāo)記技術(shù)，SSR具有實驗程序簡單、多態(tài)性高、穩(wěn)定的特點，已經(jīng)成為近年來分子標(biāo)記的研究熱點之一。

該技術(shù)的優(yōu)點在于多態(tài)性高；不受環(huán)境條件影響，各個發(fā)育時期和組織器官均可檢測；重復(fù)性好，便于資源共享；在基因組中大量存在且分布均勻；遺傳穩(wěn)定,可靠性強；操作方便，速度快，不受地域影響。該技術(shù)的局限性在于，目前黃瓜抗病性的遺傳規(guī)律尚未摸清，抗病性存在多基因調(diào)控，因此分子標(biāo)記的結(jié)果會出現(xiàn)假陽性，即分子標(biāo)記結(jié)果顯示抗病而實際栽培中不抗病。

1.4.4 誘導(dǎo)抗病性

早在20世紀(jì)30～40年代，人們就已了解到植物有誘導(dǎo)抗病現(xiàn)象，直至80年代以來，才對誘導(dǎo)抗病性進行了深入和系統(tǒng)的研究。誘導(dǎo)抗病性是利用生物化學(xué)的誘導(dǎo)劑，使植物對外源刺激發(fā)生反應(yīng)，調(diào)動自身體內(nèi)免疫系統(tǒng)的功能來阻止病原菌侵入為害，從而產(chǎn)生系統(tǒng)抗性。抗病性誘導(dǎo)具有抗病譜廣、持效期長和系統(tǒng)抗性的特點，是一種具有很大潛力的植物病害防治方法，是近年來植物病理學(xué)研究的熱點問題之一。目前已報道的可使植物產(chǎn)生誘導(dǎo)抗性的化學(xué)物質(zhì)有20余種[17]。

2 其他防治方法

2.1 化學(xué)防治

在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上，通常采用噴施化學(xué)農(nóng)藥的方法來控制作物病害的發(fā)生與危害[18]。如用代森聯(lián)干懸浮劑、咪鮮胺乳油等藥劑來防治黃瓜炭疽病，用90%乙磷鋁可濕性粉劑400倍防治黃瓜霜霉病等?；瘜W(xué)防治方法的優(yōu)點是見效快、效果好、操作簡單；缺點是長期頻繁使用導(dǎo)致病菌產(chǎn)生抗藥性、增加植物產(chǎn)品中的農(nóng)藥殘留、污染環(huán)境以及破壞生態(tài)系統(tǒng)中生物的多樣性和平衡關(guān)系等一系列問題。

2.2 農(nóng)業(yè)防治

農(nóng)業(yè)防治是利用綜合的農(nóng)業(yè)技術(shù)措施，在不用藥或少用藥的前提下，達到防治的目的，主要包括選用抗病品種、使用無害健壯種苗、水分調(diào)節(jié)、合理施肥、合理布局田間作物構(gòu)成、適當(dāng)提前或推遲播種期等[19-21]。該方法的優(yōu)點是環(huán)保、具有穩(wěn)定性和持久性、防治規(guī)模大；缺點是對技術(shù)要求高，不適合個體農(nóng)戶小規(guī)模生產(chǎn)。

3 研究展望

目前，我國的選育工作主要采用基于數(shù)量遺傳學(xué)原理的常規(guī)選育和基于分子遺傳學(xué)原理的分子輔助育種相結(jié)合的手段進行。但在實際應(yīng)用中，基本上還是以基于數(shù)量遺傳學(xué)原理的傳統(tǒng)選育方法為主。目前尚未見有純利用分子遺傳學(xué)選育出新品種的報道。顯然，這一遺傳改良的理想技術(shù)還未能真正得到獨立應(yīng)用。因此，在以基于數(shù)量遺傳學(xué)原理的傳統(tǒng)選育方法為主導(dǎo)進行良種選育的同時，應(yīng)進一步完善分子育種理論，促進分子數(shù)量遺傳學(xué)這一新興學(xué)科的發(fā)展，并真正應(yīng)用到良種選育工作中去，這是我國遺傳育種產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究發(fā)展的趨勢。

3.1 加強分子標(biāo)記輔助育種

將分子標(biāo)記輔助選擇與傳統(tǒng)育種經(jīng)驗相結(jié)合，合理利用多態(tài)性高的分子標(biāo)記；繼續(xù)完善黃瓜基因圖譜，針對我國黃瓜品種在抗病蟲性等方面出現(xiàn)的問題，找到與這些性狀緊密連鎖的標(biāo)記，為分子標(biāo)記輔助育種和基因的定位克隆奠定基礎(chǔ)。

3.2 加強對組織培養(yǎng)技術(shù)的應(yīng)用研究

在我國，利用組織和細(xì)胞培養(yǎng)進行黃瓜植株再生的研究已經(jīng)取得了較大的進展[22]。黃瓜轉(zhuǎn)基因技術(shù)及黃瓜單倍體培養(yǎng)技術(shù)都是以黃瓜組織培養(yǎng)為基礎(chǔ)。近年來，利用選擇壓對組織培養(yǎng)產(chǎn)生的體細(xì)胞無性系變異群體篩選抗病突變體的技術(shù)發(fā)展迅速，先后在煙草黑脛病、玉米小斑病、小麥根腐病、小麥赤霉病、水稻紋枯病及稻曲病、茄子黃萎病、番茄灰霉病、梨黑星病、香蕉枯萎病等十余種作物上成功篩選到抗病植株[23-24]。該技術(shù)的優(yōu)點在于組織培養(yǎng)技術(shù)已經(jīng)非常成熟；組織培養(yǎng)過程會產(chǎn)生大量的變異，相比田間，選擇群體更大且節(jié)約空間；利用選擇壓使育種的方向更明確。該技術(shù)的局限性在于通過選擇壓篩選出的植株的抗病性有可能不遺傳，僅是對當(dāng)代進行了誘導(dǎo)抗病性。目前利用該技術(shù)在黃瓜抗病突變體選育方面還未見報道。

3.3 加快環(huán)保型農(nóng)藥的研發(fā)

在綠色可持續(xù)發(fā)展成為今后主攻方向的背景下，加快淘汰高毒、高風(fēng)險農(nóng)藥，推廣和普及高效、低毒、安全、環(huán)保型農(nóng)藥已成為我國農(nóng)業(yè)發(fā)展的必然趨勢。未來，在高效新農(nóng)藥大量出現(xiàn)、施藥技術(shù)進步及環(huán)保要求更加嚴(yán)格的背景下，農(nóng)藥劑型的發(fā)展將趨向精細(xì)化和環(huán)?；?，水乳劑、水分散粒劑、水懸乳劑、微乳劑、可溶性粉劑、微膠囊等新型農(nóng)藥劑型將逐步興起。

3.4 發(fā)展低碳農(nóng)業(yè)

隨著我國及世界農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)的變革趨勢，專業(yè)化集約化的農(nóng)業(yè)形態(tài)也逐步形成；傳統(tǒng)的以高碳、高耗能、環(huán)境不友好的現(xiàn)行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式已經(jīng)走向末路，以低碳、節(jié)能、環(huán)境友好為顯著特點的低碳模式將成為我國農(nóng)業(yè)的發(fā)展方向。