1、生物技术在蔬菜育种中的应用摘要：生物技术在蔬菜育种上的应用主要有作物组织培养技术、体细胞杂交技术、转基因育种技术、分子标记育种技术等，其中转基因技术主要应用于蔬菜品质改良和抗性育种，分子标记技术主要应用于蔬菜作物构建遗传图谱、种质资源研究、基因定位、分子标记辅助选择和品种纯度鉴定等方面。 关键词：生物技术；蔬菜育种；应用 自 20 世纪 70 年代初，以 DNA 重组技术和淋巴细胞杂交瘤技术的发明和应用为标志的生物技术诞生以来，迄今已走过了 30 余年的发展历程1。由于生物技术在解决人类面临的重大问题如粮食、健康、环境和能源等方面将开辟广阔的前景，因此越来越被各国政府和企业界所关注，与信息、新
2、材料和新能源技术并列成为影响国计民生的四大科学技术支柱，是 21 世纪高新技术产业的先导。生物技术即生物工程，是由基因工程、细胞工程、酶工程和发酵工程四大体系组成的现代高新技术，它以基因操作为核心，利用生物体（或生物组织、细胞及其组分）的特性和功能，设计构建具有预期性状的新物种或新品系。在农业方面，转基因植物于 1983 年问世，1986 年被批准进入田间试验，根据美国农业部动植物检疫局（APHIS）的数据，截至 1997 年 1 月 31 日，美国已批准的转基因植物田间试验达 2 584 例。近年来，生物技术越来越多地应用在农业中，使农业经济达到高产、高质、高效的目的。生物技术在蔬菜育种上的
3、应用主要有作物组织培养技术、体细胞杂交技术、转基因育种技术和分子标记育种技术等2。 1 组织培养技术在蔬菜育种上的应用 组织培养是指在无菌条件下，在人工制备的培养基上培养植物的各种离体器官、组织或细胞，这些离体部分可以不断地、一代代地连续生长，并可再生成植株。在培养过程中也会发生变异，可通过选择培养育成新品种。组织培养技术应用范围较广，如单倍体育种、克服远缘杂交不实及杂种不育、打破种子休眠、快速繁殖植株、种质资源保存、无性繁殖植物的脱病毒培养、原生质体的培养等。我国在油菜小孢子培养技术方面进行了较为深入的研究，主要集中于影响小孢子培养效率的因素、染色体加倍技术、再生苗移栽技术等，并初步建立了高
4、效小孢子培养技术体系，促进了小孢子培养技术在油菜育种研究如材料创新、杂交油菜亲本创制及杂种后代选育等方面的应用。 体细胞杂交即原生质体融合，可获得体细胞杂交产物，克服有性杂交中双亲不亲和的现象，扩大了杂交亲本和种质资源的利用范围。其具体步骤是：原生质体分离培养、原生质体融合、杂种细胞的鉴别与选择、诱导杂种细胞产生愈伤组织及再生植株。可应用在育种上的有核质替换、细胞质杂种的获得、远缘杂交创造新物种、细胞器的互作研究等方面。 2 转基因技术在蔬菜育种上的应用 将人工分离和修饰过的基因导入到生物体基因组中，由于导入基因的表达，引起生物体性状可遗传的修饰，这一技术称之为转基因技术。转基因技术的飞速发展
5、不仅为基因表达、调控和遗传研究提供了一个理想的实验体系，更重要的是为生物定向改良和分子育种提供了一种较佳的方法，使其成为基因工程和育种最有效的途径3，其主要应用于： 2.1 品质改良育种 目前蔬菜品质改良已成为蔬菜品种选育的主要目标，一些有价值的外源基因的导入无疑是一条有效途径。我国自主培育的“超油 1 号”和“超油 2 号”两个转基因油菜新品系，含油量高达 52.82%，是目前世界上含油量最高的甘蓝型油菜4。另外，抗腐能力强、耐贮性高的番茄以及具有高含量必需氨基酸的马铃薯等转基因蔬菜也开始进入市场。 2.2 抗性育种 2.2.1 转入抗病毒基因 利用最多的一种方式是通过遗传转化将病毒外壳蛋白
6、的编码基因转入受体细胞中表达，目前这种技术已在番茄、黄瓜、南瓜、甜瓜、生菜等蔬菜上应用。此外，病毒复制酶基因、病毒的反义基因以及一些非病毒来源的基因转化也均有很大发展。马伟采用农杆菌介导法将 TuMV-CP基因导入大白菜中，建立了高效的大白菜离体再生、遗传转化体系，并对转基因植株进行分子生物学检测，证实得到的再生植株为转基因植株，目的基因已在部分植株上表达；同时，还对转基因植株的后代进行检测，分析该基因所控制性状的遗传稳定性以及基因表达情况，为大白菜基因工程抗病育种提供理论依据5。 2.2.2 转入抗虫基因 目前应用的抗虫基因主要有两种，即来源于苏云金芽孢杆菌的毒素基因和来源于植物的蛋白酶抑制
7、因子基因，其中研究最多的是毒素基因，如从苏云金芽孢杆菌中提取出引起鳞翅目昆虫神经中毒而死亡的内毒素基因，将其转入番茄和马铃薯中，发现这些转基因植物的杀虫效果良好。毒素基因还能稳定遗传，并且毒素对人畜无害。日本科研人员从苍蝇体内分离得到一种抗菌性很强的蛋白质基因，并将这种基因转移到作物细胞中培育出抗病的烟草、白菜6。 2.2.3 转入抗逆基因 目前抗逆基因工程的研究，一方面集中于在逆境条件下才能表达的某些基因的研究，如与抗（耐）盐碱有关的脯氨酸合成酶基因及其他与抗逆有关的基因；在一种酵母中发现了一种抗盐碱基因，现在人们已经培育出抗盐碱的番茄和某些瓜类。另一方面则是抗逆代谢过程中某些酶的研究，现已
8、分离出大量与抗逆代谢相关的基因，目前应用于作物上的抗冻基因主要是鱼类的抗冻蛋白基因，例如我国科学家把生活在寒温带的“美洲拟鲽”冷水鱼的抗冻蛋白基因注入番茄的花粉管，得到转基因的抗寒番茄，试验表明，这种番茄幼苗与对照品种相比，致死温度下降 2 ，所需积温减少 125 ，并表现出很强的抗晚霜能力。 2.2.4 转入抗除草剂基因 主要有两种途径：一是使除草剂的敏感性改变，如将除草剂所作用的酶或蛋白质的基因转入植物，使其拷贝数增加，从而使转基因植物中这种酶或蛋白质的量大大增加；或针对除草剂能识别酶上的位点这一特点，用基因突变的方法使该位点上的相应氨基酸发生突变，但这种基因突变不会损坏该酶的二级结构和酶
9、的保护功能，只是使除草剂不能识别这个位点。二是导入外源基因使除草剂解毒，如草甘膦是一种广谱除草剂，人们在一种突变细菌中发现了抗草甘膦的基因，将该基因转入到植物中，则转基因植物能不被草甘膦杀死。 3 分子标记技术在蔬菜育种上的应用 标记育种是利用与目标性状基因紧密连锁的遗传标记，对目标性状进行跟踪选择的一项育种技术7。分子生物学的发展为植物遗传标记提供了一种基于 DNA 变异的新技术手段，即分子标记技术。它直接以 DNA形式出现，在植物体的各个组织及各发育时期均可检测到，不受季节、环境的限制，不存在表达与否的问题；数量极多，遍及整个基因组；多态性高，利用大量引物、探针可完成覆盖基因组的分析；表现
10、为中性，既不影响目标性状的表达，也与不良性状无必然的连锁；许多标记为共显性，能够鉴别出纯合的基因型与杂合的基因型，提供完整的遗传信息，其主要应用于： 3.1 构建遗传图谱 遗传图谱是植物遗传育种及分子克隆等许多应用研究的理论依据和基础，而传统的遗传标记技术标记数目少，难以形成一个较为完整的连锁图。在蔬菜作物中，利用分子标记技术目前已构建了番茄、马铃薯、辣椒、蒿苣、甘蓝、胡萝卜、芥菜、豌豆、黄瓜、白菜、芹菜等约 20 种蔬菜作物的图谱。 3.2 种质资源研究 许多科研工作者都借助分子标记技术进行蔬菜种质资源分类与遗传多样性的研究。Mc Greger 等利用分子标记技术分别对白菜和马铃薯的不同品种
11、进行了成功的分析鉴定。Stanb 等利用分子标记技术，将来源于国家植物种质资源系统（NPGS）中的 922 份黄瓜种质材料与 118 份黄瓜栽培材料进行了分析比较，发现栽培材料的遗传背景十分狭窄，将 NPGS 黄瓜中的基因通过回交的方式引入栽培黄瓜，可以进行品种改良8。 3.3 基因定位 大多数经济性状都是数量性状，如产量、成熟期、品质等。传统上是采用数理统计学的方法，把控制某一数量性状的微效多基因当作一个整体研究，由于这些微效多基因易受环境条件影响，因此对这些性状的选择效果差、周期长，而分子标记技术的发展已可以将多个数量性状进行分解，并进行个别研究。 3.4 分子标记辅助选择 在作物的选择育
12、种中，过去对目标性状的选择是根据形态标记进行的，由于环境因素和生长时期对表现型有极大影响，因此这种选择需要大量的人力、物力及很长的时间，而分子标记辅助选择可以极大地提高选择的效率。例如在进行回交育种时，可以在回交后代中选择带有目标基因、同时带有回交亲本标记的单株进行回交，以加快育种进程。 3.5 品种纯度鉴定 利用分子标记技术进行蔬菜品种鉴定，可以不受环境、取材部位、时间等因素的影响，在种子或幼苗阶段即可鉴定，且信息量大，可以区分出形态标记难以鉴别的细微差异，准确、快速（数小时至数天即可完成） 。品种鉴定需要首先构建品种的标准 DNA 指纹图谱，将需要鉴定的品种的指纹与之对比，即可知道品种的纯
13、度和真伪。严莉等利用生理生化方法和 DNA 分子标记技术，在分子水平、基因水平上根据不同品种遗传密码和酶谱表现不一的特征对种子进行鉴别，快速、准确、可靠9。 生物技术在蔬菜遗传育种、品质改良上的应用前景十分乐观，最近十几年来已取得很大的进展，转基因蔬菜成果已经在生产上得到应用10。目前，许多国家为了鼓励和推动生物技术的发展，已经制定和采取了一些新的、有效的政策及措施，并被人们逐渐接受。在不断加强基础研究工作的同时，还要将生物技术充分融合到常规育种中去，并尽快转化为生产力，使其为人类社会提供更多的服务，带来更多的经济效益和社会效益。 参考文献 1 向太和，杨剑波，吴家道.我国农作物生物技术育种研
14、究现状和展望J.安徽农业科学，1994（2）： 104-107. 2 严智燕，张瑞香，黎宇.生物技术在育种中的应用J.安徽农学通报，2008（11）： 93-94. 3 王连峰，张军，曾宪贤，等.转基因技术的研究及应用进展J.生物技术，2008（3）： 86-89. 4 王新发，王汉中，刘贵华.现代生物技术在油菜育种中的应用及前景J.中国油料作物学报，2002（3）： 74-77. 5 马伟.大白菜转芜菁花叶病毒外壳蛋白基因的研究D.哈尔滨：东北农业大学，2002. 6 李恋.生物技术在植物育种上的新应用J.内蒙古农业科技，2006（3）： 52-54. 7 刘志文.人工合成甘蓝型黄籽油菜的分子标记和利用研究D.武汉：华中农业大学，2005. 8 汪社英，蒋学波.生物技术与蔬菜品种的改良J.安徽师范大学学报（自然科学版） ，2000（2）：188-189. 9 严莉，谢英维，张亚平，等.现代生物技术在作物品种纯度鉴定上的研究进展J.种子，2002（6）： 45-46. 10 龙艳，牛应泽.我国油菜品质育种研究的进展与展望J.四川农业大学学报，2002（4）： 372-376.
