无籽西瓜的研育方法与进展

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  摘要自1951年木原均关于三倍体无籽西瓜研究在美国园艺学会年刊发表后宣布三倍体无籽西瓜成功育成,此后各个国家也先后开展了对无籽西瓜的研究。随着人们生活水平的提高,人们对西瓜的风味和口感的要求也越高,因此在国内掀起了三倍体无籽西瓜的育种和生产的热潮。2014年,我国无籽西瓜的推广面积已超过 26.7 万hm2,占西瓜播种总面积的28%。介绍了无籽西瓜的研育方法,并综述了目前无籽西瓜的品种及研究进展和今后的研究方向。
  关键词无籽西瓜;诱变方法;多倍体鉴定;育种方向
  中图分类号S651文献标识码A文章编号0517-6611(2015)29-068-02
  无籽西瓜是通过以四倍体西瓜为母本、以二倍体西瓜为父本杂交来获得的,因此无籽西瓜是三倍体西瓜水平上的杂种一代,它既有多倍体的优势又有杂种优势。选育三倍体无籽西瓜必须先培育四倍体的西瓜,然后通过亲本的选择和组合的选配来实现。需要对普通二倍体西瓜采用物理方法或化学方法进行诱变获得四倍体,再与二倍体杂交获得三倍体。三倍体无籽西瓜因其口感优、耐贮运、抗病性强等优点而受到消费者青睐,尤其在南方地区发展迅速。笔者对无籽西瓜的研育方法以及目前无籽西瓜的品种及今后的研究方向进行了综述。
  1四倍体诱变亲本的选择
  诱变二倍体本身应具有各种优良的经济性状,只有在性状好的情况下才能获得优良的四倍体。避免使用果实皮厚、种子大、种皮厚和大果型二倍体西瓜作为诱变材料,否则诱变成的四倍体果皮会更厚,种子更大,此外还应利用纯系的二倍体西瓜品种/品系作为诱变材料。
  2西瓜多倍体的诱变
  2.1物理诱变
  采用温度激变、离心力处理、机械创伤刺激及X射线处理等都可以诱导多倍体的形成,尤其以射线处理的方式最多,随着时代的进步,物理诱变由于辐射大、诱导率低和危害性大而逐渐被淘汰。
  2.2化学诱变
  采用化学方法对活体或离体植物进行诱变,因其可操作性强和诱变率高等优点而被越来越多的人采用。化学试剂主要有秋水仙素和一些除草剂,诱导方法有活体诱导和离体诱导2种。
  2.2.1秋水仙素诱变。
  秋水仙素诱导多倍体的研究国内外已经进行了大量报道,诱变过程中应注意秋水仙素的处理方法、处理材料、浓度、处理时间及恢复期温度等因素。谭素英等通过剥去生长点外幼叶后用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处理,显著提高了西瓜变异频率和秋水仙素处理效果。施先锋等报道用0.3%的秋水仙素滴苗法处理幼苗的变异率较高,达到15.1%。张瑛用不同浓度的秋水仙素对优质小型西瓜进行浸根和滴苗处理诱导四倍体,结果表明0.3和 0.4 g/L 浸根 7 h 的诱导率最高(20%),比滴苗法高 11.3%,诱导效果显著。另外,离体培养可以提高诱变率,减少嵌合体比例。Zhang等诱导7 d子叶不定芽,培养基中加入0.05%的秋水仙素后四倍体的诱变率达到52 %。袁建民等用400 mg/L秋水仙素处理外植体24 h,四倍体诱导率达到20.0%。
  2.2.2除草剂类诱变。
  与秋水仙素相比,除草剂与植物微管蛋白有更高的亲和性,用较低浓度的除草剂就有好的诱导效果,对人体危害性小。除草剂的诱导效率远远高于秋水仙素,更不会出现重复加倍的现象。阎志红等采用不同浓度的二硝基苯胺类除草剂-胺磺灵、二甲戊乐灵和氟乐灵处理其离体子叶,除草剂诱导四倍体西瓜的效果都比秋水仙碱好。袁建民等在含50 mg/L Oryzalin的液体培养基中振荡处理2 d,四倍体诱导率最高,达33.3% 。魏育国等采用400倍的氟乐灵溶液处理露白的甜瓜种子8 h所获得的加倍效果最好,诱导率达32.2%。
  3多倍体西瓜的鉴定
  3.1形态学方法鉴定
  ①苗期鉴定:子叶变宽变厚,真叶出现畸形;
  ②成株期:叶片宽大肥厚,叶缘锯齿明显,颜色更加深绿,茎节间变短变粗,绒毛粗硬;
  ③花期:花瓣大而肥厚,颜色较淡;
  ④果实成熟后果形指数变小,果皮增厚,果实内部种子数量变少,种子变宽,种子嘴部变宽。
  如果诱导后的西瓜发生以上变化,可以初步认定突变为四倍体西瓜,但并不是很准确,有时染色体加倍不一定变成四倍体,也有可能是六倍体或八倍体的嵌合体。因此,虽然利用形态学特征鉴定四倍体西瓜,不需要任何机械设备,简单易行,但是为了更准确地鉴定可采用染色体计数法或其他方法。
  3.2流式细胞仪鉴定法
  1983年Galbraith首次将流式细胞仪用于植物研究中,目前流式细胞仪已广泛用于细胞周期测定。以二倍体幼嫩叶片材料为对照,对变异株幼嫩叶片进行了细胞DNA含量的测定,DNA含量分布曲线使用倍性分析仪自动测定与记录。对照二倍体植株主峰荧光强度,变异株主峰荧光强度为二倍体植株荧光强度的2倍的为四倍体,有2个峰值说明体内既有二倍体的细胞也有四倍体的细胞,该植株为嵌合体。近年来,流式细胞仪技术已被广泛应用于蔬菜倍性鉴定中。
  3.3染色体数目鉴定法
  此方法是细胞倍性鉴定最直接准确的鉴定方法。被检种子催芽,芽长在1 cm左右时截取根尖作为备用材料,经过染色体压片观察正常二倍体的根尖染色体数为2n=2x=22,根尖细胞染色体数目为2n=4x=44为四倍体植株。刘文革等报道采用FBSG法去壁低渗法观察西瓜染色体效果较好。
  3.4细胞形态学鉴定法
  与二倍体相比,多倍体的细胞学形态表现为保卫细胞叶绿体数目增多,随着倍性从2n增加到4n,每对保卫细胞叶绿体密度的增加系数为1.7。谭素英、常月梅、刘文革等、杜胜利等都验证了随着倍性的增加,细胞的大小与单位面积细胞个数都与倍性有一定关系。因此,采用此方法可以有效区分植株的倍性。   倍性的鉴定是四倍体诱导过程中重要的步骤,先通过田间观察初步筛选多倍体,但是形态学鉴定的准确率不高,因此形态观察可作为西瓜多倍体初步鉴定的参考,再通过流式细胞仪或染色体计数法和细胞形态学鉴定进一步确定诱导植株的倍性和染色体数目。
  4无籽西瓜亲本的选择
  无籽西瓜虽然是杂种一代,但是它不象普通二倍体西瓜一样有杂种优势,需要大量的亲本选择和组合的选配来实现其杂种优势。
  ①母本的选择:要求具有四倍体品种(系)所具备的一系列特征,果形端正、皮薄、品质优良、含糖量高、无异味、不空心、种子多、坐果容易等。
  ②父本的选择:二倍体品系除了皮色和肉质符合育种目标外,还应选种皮薄的品种,以改善三倍体的果实厚度,另外确定母本以后还需要考虑父本和母本的亲和力,这将直接影响三倍体的种子量和品质。最好选择具有标志基因的品种,这样可在F1代苗期鉴定其是否为三倍体。
  5三倍体无籽西瓜的杂交选育
  获得优良的无籽西瓜是三倍体育种的最终目标,选配组合的好坏不能完全用亲本性状来估计,只能通过选配结果来确定组合的好坏。
  ①果肉结构的细密是衡量无籽西瓜的育种成果的主要指标之一,三倍体无籽西瓜经常会出现果肉纤维粗糙、质地疏松的状况,由于空心这种表现通常在二倍体育种中不会出现,所以很多组合必须通过试验选出不空心的三倍体杂种。
  ②理论上,三倍体的采种量与四倍体亲本产籽量有关,但是在育种过程中往往出现不同的结果,这还与双亲的亲和力有关,三倍体组合选配是否得当决定着三倍体产籽量的高低。
  ③母本四倍体品种间杂种一代的利用。
  通过利用三交种等多元杂交,可以提高四倍体母本的生活力及种子孕性(这也是解决多倍体种子孕性低的有效途径),并能将更多的优良性状组合到三倍体无籽西瓜中。
  6已研发的三倍体无籽西瓜品种
  6.1花皮类
  ①雪峰花皮无籽;②郑抗无籽3号;③郑抗无籽4号;④广西3号;⑤新秀1号;⑥丰乐无籽1号;⑦丰乐无籽2号;⑧花蜜;⑨雪峰蜜红无籽;⑩郑抗农裕新1号;B11雪峰小玉红;B12振宇超新一号;B13丰田2号;B14无籽9810;B15莱卡红无籽;B16流星雨无籽;B17绿野无籽;B18中农无籽3号。
  6.2黑皮类
  ①小宝无籽;②中农无籽1号;③中农无籽2号;④广西2号;⑤雪峰304;⑥蜜枚无籽1号;⑦黑蜜2号;⑧广西5号;⑨洞庭1号;⑩津蜜2号;B11菊城无籽3号;B12兴科2号;B13郑抗无籽10号;B14津蜜3号;B15大壮2号;B16暑宝;B17丰乐无籽3号;B18湘育308;B19郑抗863无籽;B20金玫瑰无籽2号。
  6.3绿皮类
  ①B01;②新红宝无籽;③绿宝无籽;④洞庭5号;⑤菊城无籽2号。
  6.4黄皮红肉类
  ①金太阳无籽1号;②金太阳无籽2号;③洞庭8号;④雪峰小玉无籽2号。
  6.5黄肉类
  ①郑抗无籽4号;②金宝无籽1号;③雪峰蜜黄无籽;④金宝无籽2号;⑤洞庭7号;⑥黄玫瑰无籽1号;⑦金玫瑰无籽2号;⑧黄金无籽;⑨金太阳无籽1号;⑩金兰无籽。
  7无籽西瓜的育种方向
  7.1西瓜除了含有大量的糖、有机酸、维生素和膳食纤维外,还含有大量的番茄红素
  研究表明,西瓜番茄红素含量超过生番茄。每杯西瓜含有6 mg番茄红素,而每个新鲜生番茄仅含有4 mg番茄红素。番茄红素作为一种超级抗氧化剂,它能抵御人体细胞免受自由基的损害,增强免疫系统的功能。一些研究表明,番茄红素有助于抵抗心脏病和多种癌症[18]。
  普通二倍体西瓜目前在加大力度培育高番茄红素的品种,无籽西瓜作为高端西瓜,更应该将这一性状放在首位,培育优质营养健康的品种。
  7.2提高品种抗病性
  目前,无籽西瓜的育种多趋向于品质、口感和含糖量的育种,对抗病育种的选育的重视程度远远低于普通二倍体西瓜的选育,随着无籽西瓜病毒病、蔓枯病、细菌性果腐病的大量发生,今后应将抗病育种加入到无籽西瓜的选育标准中。
  7.3大力发展多倍体西瓜的研究
  应该结合高等院校科研机构,拓宽四倍体诱导的研究,加大四倍体的材料创新,利用现代生物技术辅助常规育种(如离体组织培养、单倍体培养、辐射诱变等)来加快育种进程,加速种子资源的创新,提高育种品质,使我国的无籽西瓜育种能尽快追上国际育种的步伐。
  此外,三倍体无籽西瓜的选育问题可以通过栽培技术来弥补,如三倍体种子采种量低,还可以采用人工辅助授粉的方法来提高单瓜种子数,另外通过密植多果栽培、提高采种量和增施磷钾肥改善植株的营养来提高三倍体的制种量。无籽西瓜种子出芽率低,成苗率低,应该在长日照、空气干燥昼、夜温差大的地区采种。只有育种技术和栽培技术相结合,才能更快更好地选育出优良的无籽西瓜新品种。
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