胡萝卜种质资源创新包括哪些方面？

2025-03-09 07:45:30

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回答（1）：

种质资源创新的途径较多，如突变体筛选、单倍体培养、种间杂交、原生质体融合、优异基因聚合、转基因等。这些方面已在胡萝卜研究中取得了一定的进展。

（一）体细胞无性系突变体筛选

早在20世纪40年代前，人们就已发现植物在细胞或组织培养过程中会产生遗传退化，形态改变，染色体数及倍性发生变化等。1981年，Larkin和Scowcroft首次提出体细胞无性系变异（Somaclonal variation）这一术语，激起了众多学者的研究兴趣。胡萝卜是最早作为组织培养研究的模式作物之一，特别是在体胚发生途径方面取得了重大进展。同时不少学者在此研究过程中也发现了不少突变体，这对特异基因表达、定位及生理研究提供了重要研究材料。

Koyama等人（1990）通过筛选获得一个胡萝卜突变系（Insoluble phosphate grower，IPG），可以释放出大量的柠檬酸到含有磷酸铝培养基中，而且其生长速度比野生型快。通过深入研究表明突变系中NADP专一异草酸脱氢酶（NADP-specific isocitrate dehydrogenase，NADP- ICDH）的活性比野生型低一半，降低了异柠檬酸向酮戊二酸的转化，进一步影响了柠檬酸向异柠檬酸的转化，从而引起胡萝卜突变系中柠檬酸大量积累。Nothnagell and Straka（2003）获得了一个黄色叶片的突变株系，通过杂交后代F2和F3的观察，表明黄色叶片是由单个隐性基因（yel）控制的，并筛选到了10个与其紧密连锁的AFLP标记。Lo Schiavo（1988）等人在大量胡萝卜细胞突变体中获得了一个温度敏感型的胚胎发生株系ts59，表现在球形胚时期就停止发育，外源IAA也不能激活，在其发育过程中产生大量的热激蛋白（Heat-shock proteins）。

（二）单倍体培养

自从Guha and Maheshwari（1964，1966）首先获得曼陀罗单倍体植株（Haploid plant）以来，单倍体研究快速发展，目前已在几百种植物中获得了成功。中国在小麦、大白菜、甘蓝、辣（甜）椒等作物中取得了很大成功，并培育出了新的优良品种。有关胡萝卜单倍体培养的研究报道较少。Matsub等（1995）将胡萝卜未成熟花药按不同时期（四分期、早期单核期、后期单核期）分别接种到含有不同浓度激素的MS和B5培养基上，三个时期的花药都获得了愈伤组织，但只有四分期的花药获得了不定胚，比例也很低（1.8%～4.3%）。将游离小孢子接种到NLN和1/2MS培养基上获得了小愈伤组织，但未能进一步分化。

（三）原生质体非对称融合

胡萝卜原生质体非对称融合研究最早开始于20世纪80年代。Dudits等人（1980）利用X射线辐射欧芹叶片原生质体，和从白化变异的胡萝卜细胞悬浮系分离的原生质体进行融合，结果获得了染色体数为2n=19，叶片绿色的非对称杂种植株。Ichikawa等人（1987）实现了野生种Daucus capillifolius与栽培胡萝卜的融合，获得了胞质杂种。对其提取线粒体DNA进行限制性酶切，发现再生植株的线粒体带型出现了不同于双亲的特异带。

Dudits等人（1987）利用γ射线辐射处理胡萝卜悬浮细胞系，与烟草的叶片原生质体进行融合，获得了远缘体细胞非对称杂种。杂种后代具有烟草的形态特征，同时又具有胡萝卜的一些抗性。通过对其线粒体DNA和叶绿体DNA的限制性酶切图谱分析，杂种的叶绿体DNA图谱与烟草高度一致，而线粒体DNA出现了特异带，表明胡萝卜线粒体基因组和烟草的基因组发生了重组（Smith et al.，1989）。

Kisaka等人（1994）通过非对称融合实现了单子叶植物水稻（Oryza sativa L.）与胡萝卜间的融合。再生杂种植株具有胡萝卜的形态特征，同时又具有水稻5-MT（5-methyltryptophon）的抗性，其染色体数为20～22，远小于双亲的染色体数之和。通过分析线粒体DNA和叶绿体DNA的限制性酶切图谱，发现杂种叶绿体基因组与胡萝卜高度一致，线粒体基因组间发生了重组。通过染色体鉴定和同工酶进一步分析，尽管对胡萝卜进行辐射处理，但杂种中胡萝卜的核物质占多数，水稻的核物质占少数，出现了受体染色体大量丢失现象。

Tanno-Suenaga等人（1988）利用X射线辐射胡萝卜褐药型不育材料28A1的原生质体，与可育材料K5进行融合，成功获得了新的不育材料。对再生植株的线粒体DNA进行限制性酶切分析，同样发现了线粒体基因组间的重组现象。随后，Tanno-Suenaga等人（1991）又用瓣化型不育材料31A的原生质体通过PEG介导与可育材料K5进行融合。一次融合后获得再生植株均为胞质杂种，不过未表现出瓣化不育特征，但通过两步融合法实现了瓣化型不育性在种内的转移，他们认为这可能与融合双亲的基因型有关。

司家钢等（2002）利用紫外线辐射处理胡萝卜瓣化型不育材料7-0-8的原生质体，与可育材料66-3进行电融合，获得了33株再生植株，通过RAPD标记鉴定，均为胞质杂种。通过对其中4个再生植株进行花期形态学鉴定，全部表现为雄蕊瓣化型。

（四）种间杂交

目前已有许多研究成果表明胡萝卜种间杂交不存在交配障碍（McCollum，1975；Nothnagel，1992；Nothnagel and Straka，1994），其中橘红色胡萝卜可能就是由紫色胡萝卜与野生种ssp.maximus杂交演变而来的。另外，胡萝卜商品种子在繁种过程中经常会受到野生种花粉的污染，从而产生一些杂种种子（Small，1984）。使用最多的瓣化型雄性不育系也是来自于胡萝卜属Daucus carota L.野生种（McCollum，1966）。

野生胡萝卜D.carota ssp.gummifer Hook.fil.和栽培胡萝卜杂交产生了一种异源胞质的橘色胡萝卜，在这种胡萝卜中发现了一种新的CMS类型，称作GUM类型，其特征是花药和花瓣的总量减少（Nothnagel，1992）。最近的研究结果表明其遗传机制是gummifer细胞质和细胞核中的一个隐性基因位点（gugu）相互作用控制这种类型雄性不育性的表达（Linke et al.，1994）。由于其遗传模式较为简单，因此这种不育类型可能会成为胡萝卜育种的一种新的CMS资源（Linke et al.，1994）。

Nothnagel et al.（2000）在此基础上又进行了多种野生胡萝卜种或亚种与栽培胡萝卜间的杂交和回交研究，并获得了其他两种具有应用潜力的新型不育资源MAR和GAD。MAR类型来源于D.carrot ssp.maritimus，属瓣化类型，花瓣白绿色，雄蕊变成“勺子”结构，而其回交后代的雄蕊也呈现出瓣化类型。GAD来自于D.carrot ssp.gadecaei，雄蕊只有花丝结构表达，其他器官发育正常。遗传研究表明这两种类型控制雄性不育性表达的核上基因可能不至一个。

Cole（1985）、Ellis等人（1993）对野生胡萝卜种D.capillifolius的抗性进行评价，认为其对胡萝卜茎蝇（Psila rosae L.）具有较高抗性，通过6代选择之后，获得的株系抗性不如其野生亲本高，但比从较抗的Sytan选择的株系明显要好。

（五）优异基因聚合

虽然种间杂交、原生质体融合及转基因等手段可跨越种或属间的杂交障碍，但是杂交后代为生产所利用往往需要经过漫长的过程。目前许多学者又专注于地方品种资源的有效利用，由于地方品种种类多，存在不同抗性，而且通过对不同种质资源的广泛杂交、筛选，可获得新型的种质，并可直接为育种者所利用。

目前生产使用最多的黑田五寸，是由日本学者将日本本地红色类型与欧洲引进的橘红色类型杂交筛选获得的。在20世纪50年代，国外学者就开始进行胡萝卜种内杂交的研究，并筛选出了大量抗性株系。中国在20世纪80年代开始相关工作，但主要集中在瓣化型雄性不育的转育，通过多代回交获得新的雄性不育系和保持系，再进行配组培育一代杂种。但是由于缺乏良好的杂交技术，国内关于胡萝卜可育系之间的杂交研究一直未开展，因此也难以实现地方资源优异基因的聚合，故有必要深入开展此方面的研究工作。

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