青花菜种质资源创新包含了哪些方面？

2025-03-11 07:06:33

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虽然20世纪80年代初中国利用引进的青花菜材料开始育种工作，育出了一些品种，取得了一定进展，但由于中国的青花菜种质资源较为贫乏，遗传背景较为狭窄，使得青花菜育种工作及产业的快速发展受到了极大的限制。此外，随着21世纪人民生活水平的不断提高，对青花菜的营养品质和外观品质要求越来越高，这对育种工作也提出了新的目标和挑战。因此，除了不断地进行青花菜种质资源的收集和引进外，利用常规育种、细胞工程、基因工程及诱变育种等技术来创新和扩大青花菜种质也显得十分重要。

一、采用常规育种技术创新青花菜种质资源

1.自交系和自交不亲和系培育

由于中国青花菜地方品种十分稀少，2000年前生产上应用的品种几乎都是从国外引进的一代杂种。因此，通过连续自交、分离、定向选育的方法从国外引进的杂交种中选育优良的自交系和自交不亲和系是长期以来采用的有效方法。目前各地已培育出了一系列优良的自交系和自交不亲和系，并广泛应用于配制杂交一代新品种。

近年，由中国农业科学院蔬菜花卉研究所、北京市农林科学院蔬菜研究中心、上海农业科学院园艺研究所、福建省厦门市农业科学研究所、广东省深圳市农业科学研究中心等单位联合攻关，共同开展了青花菜自交不亲和系的选育，先后育成了B8589、B8590、82351、63521、92100和92101等一大批优良自交系或自交不亲和系，同时进行了杂交组合试配和鉴定，并选育出了中青1号、中青2号、上海1号、上海2号、碧杉、碧松、绿宝等一批杂种一代新品种。

2.雄性不育系的育成

细胞质雄性不育（CMS）在国内外青花菜育种上的应用已成为研究重点，并成为青花菜杂交制种的主要方法。中国农业科学院蔬菜花卉研究所甘蓝、青花菜课题组利用在国内外首次发现的甘蓝细胞核显性雄性不育源79-399-3为母本，以30余份优良青花菜自交系为父本进行多代回交转育，先后育成DGMS8554、DGMS8590、DGMS8588、DGMS8589和 DGMS90196等可实际应用的优良显性雄性不育系，其不育株率达100%，不育度达99%以上，开花结实正常、经济性状优良、配合力好，已用于配制不同类型的杂交组合。刘玉梅等（1996）选育出了蜜腺和雌蕊正常、雄蕊退化和花粉败育的细胞核雄性不育系，杂交分离试验表明不育性符合两对隐性核基因控制遗传模式，利用此不育系配制的杂交组合产量明显高于中青1号、中青2号和里绿等品种。近年，刘玉梅等还以改良萝卜胞质甘蓝不育系CMSR3为不育源，通过30余份优良青花菜自交系为父本进行多代回交转育，目前已育成了CMS8554、CMS8590、CMS86104、CMS93213等10余个较有应用前景的青花菜细胞质雄性不育系。

林荔仙等（2003）利用从美国引进的青花菜细胞质雄性不育材料为不育源，通过杂交和连续回交方法选育出不育性稳定，经济性状良好的CMS92100、CMS93-2、CMS9905、CMS95234等青花菜胞质雄性不育系。在缺乏天然的雄性不育材料时，利用异源胞质雄性不育通过核置换和原生质体融合是选育青花菜雄性不育系的一条有效途径。Pearson 通过杂交获得了具有黑芥胞质的青花菜雄性不育系，但缺少蜜腺。Dixon 等对该不育材料进行改良，使蜜腺恢复到中等大小。林碧英等（1997）和朱玉英等（2001，2002）通过杂交和连续回交的核置换方法分别育成了具有花椰菜胞质不育和萝卜Ogura胞质不育的青花菜异源胞质雄性不育系，不育系不育性稳定，不育株率和不育度达100%，可以用来配制一代杂种。

二、利用细胞工程创新青花菜种质资源

1.利用小孢子培养获得DH系

通过小孢子培养获得的DH系是理想的纯系，在青花菜优良自交系的创制和提高新品种选育的效率等方面具有重要作用。Keller等（1983）和Takahata等（1991）分别首次在青花菜花药培养和游离小孢子培养上取得成功。之后，各国学者对这一技术进行了深入的研究，已取得了较大的成绩（Dias，2003），Cogan等（2001）对通过花药培养获得的3个基因型Mthon、Trixie、Corvet，并对这3个DH系进行遗传转化，发现DH系的转化效率高于其对应的这3个F1代。

中国农业科学院蔬菜花卉研究所先后对来自国外的30多个不同基因型的青花菜一代杂种进行游离小孢子培养，已在20多份基因型材料中获得了近3000株再生植株，其中DH群体大于150个基因型的有5个。2007年秋田间鉴定了173个DH系，其中DH04ZB136-5、DH04ZB728-34、DH04ZB743-79等20余份DH系主要经济性状优良，部分已初步用于试配杂交组合。

陆瑞菊等（2005）对青花菜品种上海4号和东村交配进行游离小孢子培养，并将获得的单倍体的茎尖为试材，利用平阳霉素对其进行诱变处理，并以高温作为选择压，筛选出了一批单倍体耐热变异体。再经染色体加倍后获得了9份细胞膜的热稳定性比原始品种明显提高的变异体材料，这些材料在田间具有很高的成活率，并且生长势良好，为创新耐热新种质打下了基础。

2.采用远缘杂交结合胚培养创新青花菜种质资源

近年来，由于青花菜育种对品质、抗性、雄性不育及一些特殊园艺性状不断提出新的要求，育种材料应用已不再囿于常规的种和近缘种，而逐渐转向利用远缘种，因此，远缘杂交作为一种导入新的遗传物质的方法，越来越受到育种家的重视。陈玉萍等（2000）利用胚和胚珠的离体培养获得了甘蓝型油菜与青花菜的种间杂种。唐征等（2006）利用子房离体培养方法获得了甘蓝型油菜细胞质雄性不育系与青花菜自交系2004426B的杂交后代，通过杂交后代和父母本性状的比较，发现杂交后代的性状介于双亲之间，偏向父本。Tonguc等（2004）利用胚拯救的方法获得了抗黑腐病的芥菜（A19182，抗黑腐病）和青花菜（Captain、Titleist）的杂种后代。

由于远缘种属之间很难杂交成功，但通过原生质体培养和体细胞融合技术，可克服生殖障碍，实现遗传物质的交流。Robertson等（1986）首先报道了利用青花菜叶肉原生质体进行培养的研究，到目前为止，已从青花菜的下胚轴、真叶和子叶原生质体培养中获得了再生植株。Kao等（1990）和钟仲贤等（1994）分别从青花菜品种Premium Crop、Green Hornet、Packman、上海1号的下胚轴原生质体培养中获得了再生植株。李国梁等（1999）利用上海1号的子叶和下胚轴原生质体培养建立了遗传转化体系，从子叶原生质体培养中获得了转基因植株。Robertson等（1986，1988）分别从青花菜品种Green Comet及该品种部分自交系的子叶和真叶原生质体培养中获得了再生植株。

随着青花菜原生质体培养及植株再生技术的突破，原生质体融合也取得了很大进展。Yerrow等（1990）利用原生质体融合，将Polima油菜（Kt）的细胞质雄性不育转入青花菜品种Green Comet中，获得了具有青花菜核基因组及Polima线粒体和叶绿体、植株形态与Green Comet相似、可育度低的杂种。Christey等（1991）用含黑芥细胞质雄性不育的青花菜（Green Comet）叶肉原生质体与抗除草剂阿特拉津的芜菁下胚轴原生质体融合获得了4株既表现细胞质雄性不育又抗阿特拉津的表型与青花菜相似的植株。Liu等（2007）用青花菜品种Corvet、Medway和Calabrese的花粉原生质体与芜菁的叶肉细胞原生质体融合，获得了杂种的愈伤组织。

三、利用基因工程创新青花菜种质资源

在青花菜抗虫、延熟保鲜、具有抗某些病害等特性的新品种选育上，常规育种较难取得突破。20世纪80年代发展起来的植物基因工程为外源基因的导入、创新种质和培育优良品种提供了一条有效途径。目前已在青花菜上通过几种不同的转化方法获得了转基因植株，有的已选育出优良株系，为青花菜品种改良奠定了基础。

1.Bt基因转化

Bt基因是甘蓝类蔬菜遗传转化研究最多的一种目的基因。Metz等（1995）转化青花菜和甘蓝得到数百株转基因植株；还用根癌农杆菌感染花梗、子叶和下胚轴，建立了青花菜和甘蓝良好的转化体系，外植体最高转化率为10%。尤进钦等（1996）转化青花菜、花椰菜和白菜，其下一代植株杀虫率仍高达95%以上。Cao 等（1999）将该基因转化到青花菜，获得了成功，经抗虫（小菜蛾、菜青虫和粉纹夜蛾等）鉴定表明，其效果良好，最高致死率达100%。

2.延熟基因转化

Wagoner等（1992）将S-腺苷甲硫氨酸水解酶基因转入了青花菜和花椰菜。Henzi等（1998）得到了转ACC氧化酶反义基因的青花菜，其乙烯的合成明显减少。李贤等（2001）用ACC解氨酶基因转化到青花菜品种上海2，经GUS活性检测表明，其最高转化率达5.5%。Chen等（2001）利用催化细胞分裂素生物合成的异戊烯转移酶（ipt）基因转化到青花菜Geen King，经离体叶和小花的叶绿素含量检测表明，其较高的叶绿素保持量与ipt基因的表达相一致，说明导入ipt基因可延迟采后青花菜的黄化。Gapper（2002）和徐晓峰等（2003）利用根癌农杆菌介导ACC氧化酶反义基因转化青花菜，调控乙烯合成进而达到青花菜采后花球保鲜。Chen等（2004）将乙烯应答元件突变体基因（boers）转入青花菜Geen King中，对获得的转基因植株进行检测，发现其种子的萌发、离体叶片及收获的小花蕾均对乙烯反应不敏感，黄化期延后1～2d。Higgins等（2006）将ACC氧化酶基因1和2及正义和反义ACC合成酶基因1转入青花菜双单倍体品系GDDH33中，对获得的转基因植株进行检测，发现其采后小花蕾中的乙烯合成量减少，叶绿素水平降低缓慢，可延迟采后青花菜的黄化1～4d。

3.不育性基因的转化

Torigama等（1991）用自交不亲和性基因S位点糖蛋白（SLG）反义基因转入芥蓝和青花菜，转基因植株自交能亲和。

黄科等（2005）通过农杆菌介导，将反义CYP86MF转入青花菜品种新绿，获得雄性不育植株，为进一步进行青花菜雄性不育系的选育提供了基础。他们通过根癌农杆菌LBA4404（含质粒反义CYP86MF 基因片段）介导转化青花菜（Brassica oleracea L.var.italica Plenck）下胚轴，经卡那霉素选择压下连续选择、扩繁和生根培养，获得了青花菜转基因植株。经PCR、Southern blot、Northern blot 检测证明，CYP86MF 基因已经整合至转基因植株染色体中。经花器官观察，转基因植株中有雄蕊发育不良、花粉不萌发的植株。转基因植株自交不能结实，用转基因植株花粉对正常植株进行人工授粉，不能正常结实，表明转基因植株花粉是不育的。用正常花粉对转基因不育植株进行人工授粉，转基因不育植株能正常结实，表明转基因不育植株的雌性器官发育正常，其不育性与CYP86MF 基因在转基因植株中的表达有关。

此外，Mora等（2001）报道了用几丁质酶基因转化青花菜，所获转化植株检测到预期几丁质酶带的出现，接种格链霉素菌（Alternaria brassicicola）后，试验的15个转基因株系发病症状明显较对照轻。陈淑惠等（1998）报道了利用镉结合蛋白基因转化青花菜的相关研究，经镉处理，转基因植株叶片变黄和皱缩比对照明显延缓，对镉表现出一定抗性。

四、利用诱变技术创新青花菜种质资源

Dunemann等用NMU处理青花菜花序外植体，通过离体培养再生植株出现了形态和育性上的变异，发现了一株雌蕊正常但雄性不育的植株，经鉴定不育性符合单基因显性遗传。

毕宏文等（1999）经卫星搭载处理的青花菜种子，种植的第1 代植株有43%比对照提前开花，最早的比对照提前开花25d，对照未收到种子，这种性状在后代中能遗传，1991年继续种植，观察到花粉母细胞减数分裂行为的异常现象。

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