中国萝卜种质资源遗传多样性研究进展.doc

1、中国萝卜种质资源遗传多样性研究进展摘 要：中国是萝卜起源地之一，拥有世界上最丰富的萝卜种质资源，在长期的进化和选择中形成了丰富多样的品种类型。从形态水平、细胞水平、生理生化水平及分子水平等方面综述了中国萝卜种质资源遗传多样性研究的现状，提出了我国在萝卜种质资源遗传多样性研究上的不足，并展望了其发展前景。 关键词：研究进展；萝卜资源；遗传多样性 中图分类号：S631.1 文献标识码：A 文章编号：1001-3547（2014）06-0005-05 萝卜（Raphanus sativus L.）是十字花科萝卜属（2n=2x=18）常异花授粉植物。在世界各地广泛种植，其中小型四季萝卜主要分布在欧洲和

2、美洲，大型萝卜主要分布在亚洲，尤其是中国、日本和韩国等。萝卜既可作蔬菜食用，也可药用，具有助消化、清凉止咳、降低胆固醇和防癌的功效，其根、叶、种子均可入药。萝卜适应性好、生长期短、产量高，是我国栽培的主要蔬菜之一，已有 2 700 a 以上的栽培历史1。在我国多数地区，一年四季均可种植萝卜，其中以秋冬萝卜为主。据统计，我国每年萝卜播种面积保持在 120 万 hm2 左右，总产量达 4 000 万 t，是大白菜之后的第二大蔬菜作物2。中国是萝卜的起源地之一，拥有世界上最丰富的萝卜种质资源，在长期进化和选择中形成了丰富多样的品种类型，如，大小不一的肉质根，长形、圆形、扁形的肉质根，绿色、白色、红色

3、的肉质根等。目前在我国国家蔬菜种质资源库中保存有 2 073 份萝卜种质资源。研究这些种质资资源的遗传多样性是有效利用萝卜资源的基础，我国学者已从形态水平、细胞水平、生理生化水平及分子水平等方面对萝卜种质资源的遗传多样性研究做了一些工作。 1 形态水平上的研究 生物特定的可以测量的外部形态特征可以作为形态标记，如植物生育期、高度、植株形态和产量等。形态标记容易观察，记录简单，传统分类主要以植物的形态标记为依据，但形态标记易受环境条件的影响，且数量较少。 李鸿渐等3根据不同萝卜品种的春化反应特性，将我国萝卜品种分成春性系统、弱冬性系统、冬性系统和强冬性系统，其中包括 10 个亚系、23 个品种群

4、，各种群间遗传差异较大，该研究给萝卜生产、地区间引种提供了理论依据。连勇等4于 1982-1984 年，在全国进行萝卜地方品种的调查、收集， 在北京地区观察了 285 个品种的形态特征，结果表明，中国存在丰富多样的萝卜种质资源。曲士松等5对 16 份春萝卜和 104份秋萝卜进行田间鉴定，结果表明，萝卜的肉质根皮色有白、绿、浅绿、大红和水红，根形有圆形、扁圆形、圆锥形、短圆柱形、长圆柱形和纺锤形；并从中鉴定出风味、生食口感不辣的品种 45 份，病毒病免疫品种1 份、高抗品种 29 份、抗病品种 20 份、中抗品种 30 份，霜霉病高抗品种 4 份、抗病品种 49 份、中抗品种 45 份，黑腐病免

5、疫品种 5 份、高抗品种 65 份、抗病品种 16 份、中抗品种 9 份；还从中分离、鉴定到 3 个优良萝卜品种。杨丽娟6对 127 份萝卜品种的 10 个植物学形态性状进行了分析，结果表明，材料间平均多样性指数（PIC）为 0.70，可将供试萝卜材料分为 4 类。利用形态标记对萝卜种质进行分类时，应考虑根的性状、颜色和叶的性状等。韩太利等7对 33 份萝卜种质资源的叶型（花叶或板叶） 、叶柄色、根形、根皮色、肉质根色、肉质根长和肉质根直径 7 个性状进行系统聚类分析，结果表明，当距离为 0.9 时，可将供试材料分为 4 类，第 I 大类为绿皮萝卜品种，第 II 大类为紫红色肉质根萝卜品种，第

6、 III 大类大部分为白皮萝卜品种，第 IV 大类为红皮萝卜品种；供试材料的聚类结果与地理来源没有直接的关系，一些地理来源不同的种质聚到了同一大类中，在萝卜栽培过程中， 地理隔离对品种的形成也有一定的影响，不同地理来源的种质在遗传上具有一定的相似性。 2 细胞水平上的研究 一个物种的染色体数目和结构相对稳定，通过染色体核型和染色体带型分析可鉴定物种间的亲缘关系。细胞学标记就是通过分析染色体数目和结构来检测物种间的遗传多样性，一般不受环境影响，但受制片技术的影响较大，标记数量少、统计的误差较大，较难区分种及变种以下的分类单元。目前对萝卜核型分析方面的研究已有一些报道，但关于萝卜染色体的精细结构和

7、特征方面的报道较少。 陈瑞阳等8在中国主要经济作物基因组染色体图谱中报道的萝卜染色体核型为 2n=2x=18=16m+2sm。沙玉辉等9采用根尖压片技术对不同肉质根皮色的萝卜种质进行核型分析，结果表明，不同皮色萝卜间染色体数目相同，都属于 1A 型；核不对称系数 Nau-dqp08Nau-chhongNau-txbyw07，Nau-txbyw07 相对 Nau-dqp08 和 Nau-chhong 较原始；不同皮色萝卜种质染色体形态没有较大的差异，多数染色体为中部着丝点染色体。沙玉辉10还研究了 11 个不同皮色的萝卜染色体核型特征，结果表明，染色体数均为 2n=18，均为中部和近中部着丝点染

8、色体，多数为中部着丝点染色体；3 份材料具有随体，核型有 1A 型和 2A 型，核不对称系数变幅为 55.39%59.48%，染色体相对长度变幅为8.16%14.19%，不同皮色的萝卜间染色体结构遗传差异不大；利用 RAPD和 SRAP 分子标记对供试材料进行分析表明，皮色相同的萝卜趋于聚在一起，但具有随体的萝卜则跟其皮色相同的萝卜分别聚在不同的类群，随体可以用于萝卜种质资源分类研究。许江等11采用根尖压片技术分析了 4 种不同肉质颜色萝卜核型特征，结果表明，不同颜色肉质萝卜染色体数目相同，核型分别为 2n=2x=14m+4sm、2n=2x=16m+2sm、2n=2x=18m和 2n=2x=1

9、6m+2sm；都未见随体，有 2A 型、1B 型和 1A 型，核不对称系数分别为 59.28%、58.61%、57.38%和 56.61%；从核不对称系数看，红色肉质萝卜可能是由白色肉质萝卜进化而来。 从这些研究可以看出，不同的萝卜品种间具有相同的染色体数目，多数为中部着丝点染色体，染色体长度差异不大，说明不同萝卜品种之间具有相似的遗传特性，在起源和演化中存在极为密切的亲缘关系。但染色体结构细微上存在一定的变化，这可能与试验所采用的萝卜品种不同有关。 3 生理生化水平上的研究 生理生化上的差异反应基因的表达差异，将生理生化特性作为标记，具有便捷、标记数量多、不易受环境影响等优点，已广泛用于不同

10、物种间遗传多样性的检测。 早在 1991 年，周长久等12调查结果表明，中国萝卜主要分布在河南省、江苏省、山东省和安徽省；通过对同工酶酶谱和萝卜肉质根颜色的分析，推断中国萝卜的起源中心在黄淮平原和山东丘陵一带，初步阐述了中国萝卜的起源中心。陈惠明等13又研究了 77 个中国栽培萝卜品种及 3 个日本栽培萝卜品种的同工酶差异，结果将 80 个供试萝卜品种分成 3 大类群，包括红萝卜品种群，白色、绿/白萝卜品种群，绿萝卜品种群，并且各类之间异常差异较大，相互杂交可以产生杂种优势。杨丽娟6将硫代葡萄糖苷作为标记，研究了 127 份萝卜材料间的亲缘关系，结合表型聚类分析和主成分分析结果，可将 127

11、份萝卜材料分成 3 类，包括长根型萝卜、短根型萝卜和扁圆形萝卜。张翠萍等14系统分析了不同萝卜种质花蕾的 4 种酶的差异，结果表明，不同材料间花蕾中酯酶和过氧化物酶的酶谱多态性较好，可用于今后萝卜材料间的遗传差异检测。朱长志等15分析了 32 份抗热萝卜材料种子间的蛋白遗传差异，结果表明，每份材料可检测出 2839 条谱带，共检测到 41 条蛋白谱带，其中多态性谱带 25 条（占 61%） ；供试材料间相似系数为 0.640.98，平均为 0.79，可将 32 份耐热萝卜分成白皮与红皮 2 大类群，肉质根皮色与聚类结果有较高的相关性。 4 DNA 水平上的研究 分子标记具有操作简单、稳定性好、

12、标记数量较多、价格便宜等特点，且不受基因表达与否的限制，因此基于 DNA 多态性分析的分子标记技术已经成为遗传多样性鉴定与评价的通用方法。近年来，关于分子标记技术用于萝卜种质资源遗传多样性研究方面的报道较多。 龚义勤等16、李红双等17、武创等18和付卫民等19以萝卜为材料，对 RAMP-PCR、SRAP-PCR、ISSR-PCR 和 EST-SSR PCR 技术的反应体系和反应程序进行了优化，为这些标记在萝卜中的利用提供了依据。孔秋生等20利用 12 个 RAPD 随机引物分析了不同国家和地区萝卜种质资源的遗传差异，结果共扩增出 109 条带，其中多态性带占 66.05%；聚类分析结果表明，

13、可将 56 份供试材料分为 2 大类 9 组；主成分分析将供试材料分为 3 大类 7 组，RAPD 标记聚类结果与其种质的来源地有一定的相关性。孔秋生等21又利用 8 对 AFLP 引物对上述 56 份萝卜种质的遗传多样性进行了研究，共扩增出 327 条带，其中多态性带占 39.1%；系统聚类分析可将 56 份供试材料分为 5 大类 9 组，主成分分析将供试材料分为 4 类 7 组，2 种分类方法所获结果基本一致；结果表明，来源于不同地区的萝卜种质资源存在一定的遗传多样性，分子标记的聚类结果与萝卜种质资源的表型基本一致。Wang 等22用 221 个 AFLP 引物对65 个欧洲和亚洲的萝卜品

14、种进行分析，结果表明，供试材料可以分成 4 类，各类群间遗传差异较大。韩太利等7利用 8 对 AFLP 引物对 33 份萝卜品种的亲缘关系进行了分析，结果表明，每对引物扩增条带数为3556 条，平均每对引物 45.2 条，多态性带占 42.10%，表明不同萝卜品种之间存在丰富的遗传多样性；同时利用形态学指标对供试材料进行分析，2 种聚类分析均可将萝卜材料分为 3 大组，即绿皮萝卜组、白皮萝卜组和红皮萝卜组，分类结果与根皮色紧密相关。赵丽萍等23利用SRAP 和 AFLP 分子标记对不同萝卜品种间的遗传多样性进行研究，SRAP分析表明，共扩增到 155 条带， 多态性条带占 53.85%，聚类分

15、析将供试材料分为 4 类；AFLP 分析结果表明，可将供试材料分为 3 类。任雪松等24将 80 个 RAPD 随机引物用于胭脂萝卜的纯度鉴定，结果表明，利用引物 S50 可将胭脂萝卜及其杂株区分开来。Zhu 等25利用 RAPD、AFLP 和 SRAP 3 种分子标记对 17 个国内外萝卜品种进行种质鉴定与遗传多样性分析，结果表明，RAPD 与 SRAP 聚类结果与表型的分类结果基本一致，采用不同的分子标记揭示的亲缘关系存在一定的差异，基于 3 种分子标记揭示的亲缘关系更加可靠、准确。方平等26利用 86 对 SSR 引物分析了 37 份肉质颜色不同萝卜材料间的遗传差异，共扩增到 976 个

16、条带，其中多态性条带 892 个（占 91.39%） ；共检测出 753 个基因型，其中有效基因型 443.99 个，有效基因型比例为 58.96%；Shannon 多态性指数在0.442.77，平均为 1.76；当相似系数为 0.81 时，可将供试萝卜分成3 类；红色肉质萝卜间的遗传多样性低于白色肉质萝卜间的遗传多样性，不肉质颜色萝卜品种间亲缘关系较近。Liu 等27利用 RAPD、ISSR 和SRAP 分子标记分析了 35 份晚抽薹萝卜的遗传多样性，结果表明，多态性条带占 85.44%、85.2%和 85.41%，平均相似系数为 0.781、0.787 和0.764，可将 35 份供试萝卜

17、材料划分为 3 个类群，聚类结果与材料来源和主要特征相符，3 种分子标记都能用于萝卜品种间的遗传多样性鉴定。 近年来，随着测序技术的发展，各种植物的基因组和转录组测序数据迅速增加，NCBI（National Center for Biotechnology Information）网站上公布了大量的萝卜 EST 及基因序列数据。崔娜等28分析了 287 349 条萝卜 EST 序列，结果表明，无冗余 EST 序列有 58 105 条，全长为 38 622.476 kb；通过 MISA 搜索 SSR 位点，得到含有SSR 位点的 EST 序列 3 523 条，共 3 718 个 SSR，平均每

18、10.39 kb 就出现 1 个 SSR，萝卜 EST-SSRs 出现频率较高，类型丰富，具有良好的多态性和开发利用价值；并合成 183 对 EST-SSR 引物，对 12 份萝卜种质、1 对亲本及其 F1 进行 PCR 扩增，验证引物的有效性，筛选出具有清晰扩增产物、多态性好的引物 64 对，在亲本及 F1 中表现出差异的引物 30 对，其中共显性引物 27 对。这些引物的利用，为今后萝卜种质资源鉴定及利用提供了有利的工具。 5 存在的问题及展望 5.1 存在的问题 萝卜在我国广泛栽培，形成了许多不同类型的变种及品种，但对中国萝卜资源的收集、整理和研究较少，现有研究都是针对某一地区的萝卜种质

19、资源进行，对萝卜进行系统的多年多点鉴定较少。而随着优良萝卜品种的推广及农民种植习惯的改变，许多优良的地方种质正逐渐消失，急需加强萝卜资源的保护与利用。 对中国萝卜种质资源的基础研究相对较少，研究不够深入。关于萝卜细胞学特征、生理生化特性、遗传规律等方面的报道相对较少，特别是关于一些重要性状的分子遗传机理研究较少。 虽然已有较多遗传标记用于萝卜遗传多样性研究，但相同萝卜材料在不同遗传标记分析体系中遗传距离存在显著差异，因此，需要开发新的、更准确的遗传标记。 随着人民生活的提高和加工产业的需要，对萝卜的需求多样化，如加工药材、加工萝卜干、作泡菜、水果萝卜、提取天然色素等，急需拓展萝卜种质资源的遗传

20、多样性，选育不同类型的品种，以满足生产和市场的需要。 5.2 展望 加强萝卜种质资源的收集、整理和利用，扩大萝卜种质的遗传多样性。 加强萝卜种质资源的基础研究，加强一些重要性状生理生化、基因定位及基因表达调控机理等方面的研究。特别是一些我国特有的基因资源有待开发和保护，如我国特有的胭脂萝卜、心里美萝卜、脉地湾萝卜、沙窝萝卜和潍县萝卜等。 加强分子标记在萝卜资源中的利用，特别是利用测序技术，从核苷酸水平上直接反映萝卜种质间的遗传多样性，实现萝卜分子标记辅助育种。 通过系统的遗传多样性评价，构建萝卜核心种质库，为提高萝卜种质资源的利用效率奠定基础。通过远缘杂交或转基因技术创造新的萝卜种质，利用现代

21、生物技术手段，诱导萝卜单、双倍体，选育不同类型的萝卜品种，以满足人民对萝卜的不同消费需求。 参考文献 1 汪隆植，何启伟.中国萝卜M.北京：科学技术文献出版社，2005：13-14. 2 柴树桔，张东起，李萌，等.充分利用档案信息资源促进萝卜种质创新、新品种选育及应用J.长江蔬菜，2010（22）：74-76. 3 李鸿渐，汪隆植，张谷雄.以春化特征为基础的萝卜品种分类的探讨J.南京农学院学报，1983（3）：31-35. 4 连勇，张纪增.我国主要萝卜地方品种的形态和类型J.中国蔬菜，1991（6）：27-29. 5 曲士松，张炎光，张玉勋，等.萝卜优异种质资源的鉴定与评价J.黑龙江农业科学

22、，2002（2）：16-18. 6 杨丽娟.硫代葡萄糖苷标记鉴定萝卜种质资源遗传多样性的研究D.合肥：安徽农业大学，2010：6-7. 7 韩太利，李可峰，谭金霞.利用形态学与 AFLP 标记研究栽培萝卜种质亲缘关系J.中国蔬菜，2008（9）：15-18. 8 陈瑞阳，宋文芹，李秀兰.中国主要经济作物基因组染色体图谱（第二册：中国农作物及其野生近缘植物染色体图谱）M.北京：中国科学出版社，2002：272. 9 沙玉辉，刘莉，王康，等.3 种不同皮色萝卜种质染色体核型分析J.基因组学与应用生物学，2009，28（6）：1 141-1 145. 10 沙玉辉.萝卜倍性遗传操作与种质核型分析D.南京：南京农业大学，2009：4-5. 11 许江，许冬梅，姚启伦，等.不同颜色肉质萝卜核型分析研究J.河南农业科学，2011，4（12）：120-125. 12 周长久，陈惠明.中国栽培萝卜（Raphanus sativus L. var. long ipinuatus Bailey）分布及起源中心的初步研究J.北京农业大学学报，1991，17（4）：47-52. 13 陈惠明，周长久.萝卜酯酶同工酶与品种亲缘关系的研究J.湖南农业大学学报，1999，25（3）：191-193.