我國西瓜甜瓜種質資源收集、保存與利用研究進展

王吉明，尚建立，李 娜，周 丹，馬雙武

（中國農業科學院鄭州果樹研究所 鄭州 450009）

西瓜甜瓜種質資源是西瓜和甜瓜遺傳物質的載體，包括地方品種、育成品種（品系）、野生種質和特殊遺傳材料等，擁有豐富的基因資源和表型性狀，是進行科學研究和育種的重要物質基礎，加強種質資源收集保存與評價利用，可以為提高西瓜甜瓜的科研水平和促進產業發展提供重要的支撐。我國是西瓜、甜瓜栽培大國，據世界糧農組織統計，2016年我國西瓜栽培面積為189萬hm2，甜瓜栽培面積48萬hm2，分別占全球西瓜甜瓜總栽培面積的38.3%和53.8%[1]，均居世界第一，我國西瓜甜瓜栽培范圍遍布全國多個生態區域，對品種和以品種選育為基礎的種質資源提出了巨大的需求。我國早期的種質資源工作伴隨著育種工作進行，重點收集和利用具有直接利用價值的種質資源，主要在國內各個科研、育種、高校和農場等單位進行，處于一種自發的狀態，缺乏專門的種質資源工作部門，具有直接利用價值的種質在利用過程中能夠得以保存，而一些無法直接利用的“低劣”種質會逐漸淘汰而面臨滅絕的危險。為此，在20世紀中后期，國內一些單位逐漸將西瓜甜瓜種質資源相關工作從育種中分離出來，如中國農業科學院鄭州果樹研究所在1980年成立了西瓜甜瓜品種資源課題組，成為較早的專業從事西瓜甜瓜種質資源工作的課題組之一，1981年新疆維吾爾自治區葡萄瓜果研究所成立了種質資源保存中心，專門保存新疆厚皮甜瓜種質資源。“七五”計劃之后，西瓜甜瓜種質資源工作又納入了國家相關科技計劃，下撥一定的經費予以長期支持，種質資源工作得以全面展開，由中國農業科學院鄭州果樹研究所西瓜甜瓜品種資源課題組牽頭，組織了中國農業科學院果樹研究所、新疆維吾爾自治區葡萄瓜果研究所、新疆農業科學院園藝研究所、新疆八一農學院、沈陽市農業科學院、黑龍江省農業科學院園藝分院等單位進行了西瓜甜瓜種質資源的收集、保存、鑒定評價和分發利用等工作與研究，初步奠定了我國西瓜甜瓜種質資源工作基礎。

1 種質資源的收集

1.1 地方品種的收集

表1 收集的部分西瓜甜瓜種質資源

西瓜和甜瓜在我國長期傳播和栽培過程中，逐漸形成了許多適應當地栽培環境的地方品種，成為我國西瓜甜瓜種質資源的重要組成部分（表1），如西瓜地方品種‘三白’‘核桃紋’‘雞爪灰’‘喇嘛瓜’等[2]，對于甜瓜，由于我國是薄皮甜瓜和部分厚皮甜瓜的次生起源中心，地方品種更為豐富，形成了以‘納 西甘 ’‘ 阿 克 其 ’‘ 謝 克 蘇 ’‘ 金棒 子’‘ 綠 棒 子 ’‘紅心脆’‘皮山奎瑞克’‘波斯皮牙孜’‘阿克土木休克’‘黑眉毛蜜極干’等為代表的厚皮甜瓜地方品種群，以及以‘婁瓜’‘五樓供’‘白兔娃’‘梨瓜’‘黃金瓜’‘ 海冬 青’‘ 一 窩 猴 ’‘十 道子 ’‘ 紅 到 邊 ’‘ 小花 道’‘ 羊角蜜’‘牛角蜜’‘八方瓜’等為代表的薄皮甜瓜地方品種群，為此，國內多家單位相繼開展了西瓜甜瓜地方品種的調查、整理、收集和利用工作，如1963年由中國農業科學院果樹研究所匯編的《全國西瓜甜瓜地方品種名錄》收錄了西瓜甜瓜地方品種135個；1979年由新疆維吾爾自治區農業廳、新疆生產建設兵團、新疆八一農學院等單位聯合組成的新疆甜瓜西瓜資源調查組在新疆進行了甜瓜西瓜資源調查，收集地方品種277份[3]；自1988年起，安徽農業科學院陸續收集江淮地區甜瓜地方品種35個，并選擇、分離出19個地方品種可供生產推廣應用或作育種材料[4]；此外，甘肅省農業科學院蔬菜研究所也對49個甘肅甜瓜地方品種的主要農藝性狀作了調查和報道[5-6]。

1.2 育成品種資源的收集

我國歷史上選育的具有實際栽培應用的育成品種，西瓜育成品種如‘鄭州3號’‘早花’‘華東24號’‘華東 26 號’‘興城紅’‘紅燈’‘慶豐’‘中育 1號’‘中育 6 號’‘中育 10 號’‘蘇蜜 1 號’‘74-5-1’‘瓊酥’‘石紅1號’‘汴梁1號’‘火洲1號’等，甜瓜育成品種有‘盛開花’‘白沙蜜’‘廣州蜜’‘運蜜一號 ’‘ 金 輝 ’‘ 河 套蜜 瓜’‘黃 旦 子 ’‘ 網 紋香 ’‘ 八一 香梨’‘炮臺紅’等（表1），這些品種多具有地方品種“血統”，具有較好的栽培性狀，亦成為現代西瓜甜瓜育種的重要材料。

1.3 國外引種

我國西瓜甜瓜種質資源引種大概分為3個階段：第一階段為新中國成立前后，該階段引入的數量較少，主要為具有直接栽培利用價值的品種資源，如從日本引入的大和系列、從蘇聯引進的‘蘇聯1號’‘蘇聯2號’和‘蘇聯3號’西瓜品種[7]，以及從美國引進的‘白蘭瓜’甜瓜品種等[8]；第二階段為20世紀末，重點引進抗性品種和優質品種，如抗枯萎病西瓜品種‘Sugarlee’‘卡紅’等[9]，用于滿足西瓜抗性育種需求，成為現代抗性育種和研究的重要種質基礎；第三階段為近十年左右，引種對象較廣，引入種質的數量和類型十分豐富，以引入新種質為主要目的，具有更大意義的種質資源引種，包括野生種質、抗性種質、特殊遺傳材料等，尤其是野生和近緣種質的引進[10]，填補了我國種質保存空白，拓寬了我國西瓜甜瓜遺傳背景（表1）。如國家蔬菜工程技術研究中心2003年從美國資源庫引進了1 373份西瓜種質資源[11]；而國家西瓜甜瓜中期庫自2004年起陸續引入西瓜種質資源1 120份、甜瓜資源523份。

2 建設了西瓜甜瓜種質資源子平臺，構建了種質資源中長期保存體系

目前我國已經建設了國家農作物種質資源平臺，由國家長期種質庫（中國農業科學院作物科學研究所，北京）、國家復份種質庫、國家中期種質庫、國家種質圃和國家種質信息中心組成，是集種質資源保存、服務、合作、交流、人才培養與科普教育功能于一體的機構[12]。國家農作物種質資源平臺下設包括西瓜甜瓜種質資源子平臺在內的不同農作物子平臺，在西瓜甜瓜種質資源子平臺中，國家西瓜甜瓜中期庫（中國農業科學院鄭州果樹研究所，河南鄭州）負責收集編目、中期保存、整理評價、繁殖更新和分發利用，并向國家長期種質庫提供新收集的種質，國家長期種質庫對收到的種質經過檢測合格后進行長期保存，并將復份種質送交國家復份種質庫進行安全備份保存，確保西瓜甜瓜種質不會因為意外情況出現斷種的危險，國家西瓜甜瓜中期庫和國家長期種質庫、國家復份種質庫共同構成了西瓜甜瓜種質資源中長期保存體系，在保障種質的保存安全的同時也實現了種質資源的高效利用。

國家西瓜甜瓜中期庫擁有70 m2的種子低溫保存庫1座，溫度為（0±5）℃，相對濕度＜40%，種質資源保存容量為10 000份。截至2016年12月，共保存西瓜甜瓜3 000份（不包括待繁的原種），涵蓋了西瓜屬植物全部的 5個種：西瓜（Citrullus lanatus）、藥西瓜（C.colocynthis）、缺須西瓜（C.ecirrhosus）、諾丹西瓜（C.naudinianus）、熱迷西瓜（C.rehmii），以及甜瓜屬植物的14個種：甜瓜（C.melo）、非洲瓜（C.africanus）、西印度瓜（C.anguria）、迪普沙瓜（C.dipsaceus）、無花果葉瓜（C.ficifolius）、角瓜（C.metuliferus）、普拉菲瓜（C.prophetarum）、泡狀瓜（C.pustulatus）、箭頭瓜（C.sagittatus）、吉赫瓜（C.zeyheri）、贊比亞瓜（C.zambianus）、七裂瓜（C.heptadactylus）、艾斯波瓜（C.asper）和酸黃瓜（C.hystrix）（表 2）。

國家長期種質庫總建筑面積為3 200 m2，由試驗區、種子入庫前處理操作區、保存區等3部分組成。保存區建有2個長期貯藏冷庫，總面積為300 m2，可保存種質40余萬份，種質貯藏條件為：溫度（-18±1）℃，相對濕度＜50%，截至 2016年 12月，國家西瓜甜瓜中期庫共向國家長期庫提供1 335份西瓜和1 132份甜瓜種質資源用于長期保存。

表2 西瓜甜瓜種質資源子平臺保存的近緣種種質及主要特點

3 構建了種質資源技術規范體系

構建技術規范體系包括《西瓜種質資源描述規范和數據標準》、《甜瓜種質資源描述規范和數據標準》2部著作[13-14]，以及由這2部著作核心內容上升的國家標準[15-16]。在西瓜甜瓜種質資源技術規范體系中，規范了145個西瓜性狀，包括基本性狀25個，形態特征和生物學特征性狀97個，品質性狀6個，抗逆抗病性狀11個，其他性狀6個；規范了146個甜瓜性狀，包括基本性狀25個，形態特征和生物學特征性狀93個，品質性狀8個，抗逆抗病性狀15個，其他性狀5個，并確定了優異種質的評判標準。

以西瓜甜瓜種質資源技術規范體系為基礎，我們開展了種質資源抗性篩選和鑒定評價，先后對754份西瓜種質進行了抗病毒病篩選，篩選出4份對ZYMV免疫種質和1份抗病種質，免疫種質分別為‘PI 494530’‘PI 595203’‘2013K12’和‘2013K15’[17]；另對948份西瓜種質進行了枯萎病抗性篩選，篩選出32份高抗西瓜種質，發病率均在20%以下，首次在我國西瓜地方品種資源中發現高抗枯萎病種質——‘撫州瓜’，經初步鑒定，‘撫州瓜’具有與育種上利用的國外抗性種質不同的遺傳背景，該發現對于進一步研究枯萎病抗性機制并加以合理利用具有重要意義。

4 種質資源的基因組學研究

基因組學于1986年首次提出后便廣泛地應用于各個專業和領域，促進了生物學科大數據時代的發展，特別是分子標記和測序技術的廣泛應用，使種質資源全基因組水平的基因型鑒定成為可能，已在玉米、水稻等作物的種質資源研究中得到應用[18-20]。

目前，國內外科學家已經完成了西瓜和甜瓜全基因組測序及組裝[21-22]，為利用二代測序技術對西瓜甜瓜種質資源進行快速重測序提供了重要的信息參考平臺，可以在較短時間內開發與目標性狀緊密連鎖的分子標記[23]，或特異性和通用性較強的分子標記[24]，如我們采用簡化基因組測序技術（SLAF-seq）對構建的93株西瓜F2群體進行了全基因組水平測序、SNP遺傳位點提取與過濾、基因分型后，構建了西瓜高密度遺傳連鎖圖，圖譜總長為1 906.31 cM，標記平均間隙僅為0.72 cM[25]，結合群體親本深度重測序提取的遺傳位點信息用于加密QTL初定位區間，成功地將西瓜抗枯萎病生理小種1基因（Fon_1）精細定位在1號染色體上的246 kb物理區間，開發出與Fon_1緊密連鎖的分子標記InDel1_fon1[26]，利用這些分子標記能夠進行與種質資源目標性狀緊密相關的基因型鑒定、遺傳多樣性研究與系統分類、品種資源的純度與真實性鑒定及遺傳背景分析等[27]，如我們采用枯萎病抗性分子標記對130份種質進行基因型分析，結果表明，我國一些西瓜地方品種資源具有抗枯萎病基因型基礎，為挖掘和利用我國西瓜地方品種中的抗性資源提供了重要線索[28]。

5 種質資源的創新與分發利用

種質資源創新指利用雜交轉育、人工誘變、細胞工程和基因工程等技術手段與策略進行性狀轉育、聚合、誘變、導入或剔除而創造具有較高利用與研究價值的新種質。在西瓜甜瓜種質創新研究中，雜交轉育是應用最早和最廣泛的創新手段，如我國早期的固定品種‘早花’‘中育1號’‘汴梁1號’‘鄭州3號’‘鄭州2號’‘石紅1號’‘石紅2號’‘中育9號’和‘中育10號’等均是以地方品種、引進品種和選育的固定品種為材料雜交轉育而來的[29]。20世紀80年代后期，隨著雜交一代西瓜在我國的興起，雜交選育方法主要用于雜交品種親本（父本與母本）選育，成為現代雜交品種的主要創新方法[30-35]。人工誘變是通過化學或物理方法誘發種質產生遺傳上的變異而創新種質，主要包括秋水仙素誘變[36]、EMS 誘變[37]、輻射誘變（60Coγ、質子束、激光等輻射）[38-42]、低能氮離子注入[43-44]和太空搭載[45]等。

西瓜甜瓜種質資源子平臺以保存遺傳多樣性為主要目的收集和保存種質資源，相對于高代單系而言，種質資源屬于原始性較強的育種材料，為充分挖掘利用種質資源、促進原創性育種利用研究，我們在種質資源篩選和鑒定的基礎上，開展了一系列種質創新研究，先后創新出西瓜的高糖、早熟、葉色突變體、高抗枯萎病四倍體、高抗病毒病和甜瓜的高抗白粉病、兩性花株（每節均能坐瓜）等優質和特異種質，并利用這些創新種質選育出種質資源利用示范性品種‘鄭果 5506’[46]、‘鄭抗 5503’[47]等品種或雜交組合，目前這些創新的種質可提供對外分發利用。

西瓜甜瓜種質資源工作的重要目的之一是為了種質資源的利用，為此我們開展了持續性的、較大規模的種質資源分發利用行動。據統計，自2001年起，西瓜甜瓜種質資源子平臺中的國家西瓜甜瓜中期庫累計向全國100多個單位或個人提供種質利用4 800份次，分發范圍遍布除臺灣省和西藏自治區之外的全國各地，包括國家西瓜甜瓜產業體系崗位專家，大部分省、市級的農業科學研究院，高等院校，國內著名種業和產業愛好者等，用于西瓜甜瓜科研、育種和人才培養等。如通過持續的種質資源分發利用，西瓜甜瓜種質資源子平臺為北京市蔬菜研究發展中心的薄皮甜瓜育種和西瓜DUS測試技術標準制定、分子標記、基因組重測序及西瓜新品種培育[26]，以及東北農業大學的中國甜瓜品種核酸指紋庫的構建[48]、河南農業大學的甜瓜核心種質構建等研究提供了重要的支撐[49]。

6 展望與建議

我國種質資源規模近年來迅速擴大，收集的種質類型也呈現多樣化，已由過去服務于栽培和育種為主的收集轉變為種質遺傳多樣性的收集，重點收集所有未納入國家農作物種質資源平臺保存的種質，其中，引種成為近年來種質收集的主要方式，但隨著引種規模的擴大，國內外第三方種質機構的可引進資源存量越來越少，建議今后應加強原生地種質資源的考察和收集，重點收集地方品種、野生近緣種或近緣屬植物，以豐富我國西瓜甜瓜種質資源類型，拓寬遺傳背景。

西瓜甜瓜種質資源的基因組學研究已經啟動，正在成為西瓜甜瓜種質資源的一個重要研究熱點，通過比較和挖掘種質資源全基因組水平的遺傳差異位點信息，結合西瓜甜瓜種質資源表型精準鑒定結果，將快速開發更多與重要性狀緊密連鎖的分子標記，對于深度挖掘和利用西瓜甜瓜種質具有重要意義，建議逐步構建我國西瓜甜瓜種質資源的基因組信息數據庫，為全面提升種質資源的綜合利用價值提供重要的信息平臺。

[1] Food and Agriculture Organization of the United Nations[DB/OL].[2018-01-16]．http://www.fao.org/faostat/en/#data/QC ．

[2]朱金英，王友平，賀洪軍．德州西瓜地方品種的退化及其提純復壯技術[J]．上海蔬菜，2012（4）：77-79．

[3]新疆甜瓜西瓜資源調查組．新疆甜瓜西瓜志[M]．烏魯木齊：新疆人民出版社，1985．

[4]蔣康眾．江淮地區甜瓜品種資源研究和利用[J]．農業科技通訊，1992（2）：16-17．

[5]周文江．甘肅省甜瓜地方品種簡介（二）[J]．甘肅農業科技，1986（6）：21-25 ．

[6]周文江．甘肅省甜瓜地方品種簡介（一）[J]．甘肅農業科技，1986（4）：2-5．

[7]王堅．我國西瓜品種的發展與展望[J]．農業科技通訊，1988（10）：14-15．

[8]蘭州市城關區農業局．白蘭瓜三圃系選法[J]．甘肅農業科技，1980（3）：33．

[9]徐潤芳，楊鼎新．我國西瓜抗枯萎病育種的進展與前景[J]．中國西瓜甜瓜，1992，5（1）：2-5．

[10]王吉明，尚建立，馬雙武．甜瓜近緣植物引進觀察初報[J]．中國瓜菜，2007，20（6）：31-33．

[11]范敏，宮國義，張瑞麟，等．美國資源庫西瓜種質的初步觀察與數量分類[J]．中國瓜菜，2004，17（4）：1-3．

[12]曹永生，方溈．國家農作物種質資源平臺的建立和應用[J]．生物多樣性，2010，18（5）：454-460．

[13]馬雙武，劉君璞．西瓜種質資源描述規范和數據標準[M]．北京：中國農業出版社，2005．

[14]馬雙武，劉君濮．甜瓜種質資源描述規范和數據標準[M]．北京：中國農業出版社，2006．

[15]農業部種植業管理司．農作物優異種質資源評價規范西瓜：NY/T 2387-2013[S]．北京：中國標準出版社，2013．

[16]農業部種植業管理司．農作物優異種質資源評價規范甜瓜：NY/T 2388-2013[S]．北京：中國標準出版社，2013．

[17]尚建立，王吉明，馬雙武．西瓜抗小西葫蘆黃花葉病毒種質資源鑒定[J]．中國瓜菜，2014，27（4）：14-15．

[18]CHEN HAO DONG，XIE WEI BO，HE HANG YU，et al．A high-density SNP genotyping array for rice biology and molecular breeding[J]．Molecular Plant，2014，7（3）：541-553．

[19]WANG SHICHEN，WONG DEBBIE，FORREST KERRIE，et al．Characterization of polyploid wheat genomic diversity using a high-density 90000 single nucleotide polymorphism array[J]．Plant Biotechnology Journal，2014，12（6）：787-796．

[20]GANAL M W，DURSTEWITZ G，POLLEY A，et al．A large maize（Zea maysL．）SNP genotyping array：development and germplasm genotyping，and genetic mapping to compare with the B73 reference genome[J]．Plos One，2011，6（12）：e28334．

[21]GUO SHAOGUI，ZHANG JIAN，GUO SUN，et al．The draft genome of watermelon（Citrullus lanatus）and resequencing of 20 diverse accessions[J]．Nature Genetics，2013，45（1）：51-58．

[22]GARCIA-MAS J，BENJAK A，SANSEVERINO W，et al．The genome of melon（Cucumis meloL．）[J]．Proceeding of the National Academy of sciences of the United States of America，2012，109（29）：11872-11877.

[23]張屹，張海英，郭紹貴等．西瓜枯萎病菌生理小種1抗性基因連鎖標記開發[J]．中國農業科學，2013，46（10）：2085-2093．

[24]ZHANG HAIYING，WANG HUI，GUO SHAO GUI，et al．Identifi?cation and validation of a core set of microsatellite markers for genetic diversity analysis in watermelon，Citrullus lanatusThunb．Matsum．＆ Nakai[J]．Euphytica，2012，186（2）：329-342．

[25] SHANG JIAN LI，LI NA，LI NAN NAN，et al．Construction of a high-density genetic map for watermelon（Citrullus lanatusL．）based on large-scale SNP discovery by specific length amplified fragment sequencing（SLAF-seq）[J]．Scientia Horticulturae，2016，203：38-46．

[26]李娜，王吉明，尚建立等．西瓜枯萎病生理小種1抗性QTL精細定位與 InDel標記開發[J]．中國農業科學，2017，50（1）：131-141．

[27]范建光，張海英，宮國義，等．西瓜DUS測試標準品種SSR指紋圖譜構建及應用[J]．植物遺傳資源學報，2013，14（5）：892-899．

[28]王吉明，李楠楠，尚建立，等．西瓜抗枯萎病種質資源的分子標記篩選研究[J]．安徽農業科學，2015，43（32）：200-202．

[29]馬雙武，韋小敏，王吉明．我國西瓜種質資源的創新研究[J]．北方園藝，2006（5）：55-57．

[30]徐永陽，徐志紅，趙光偉，等．甜瓜新品種‘網絡3號’的選育[J].中國瓜菜，2017，30（11）：18-20．

[31]趙光偉，徐永陽，徐志紅．厚皮甜瓜新品種——‘網絡2號’的選育[J]．果樹學報，2015，32（6）：1297-1299．

[32]徐永陽，徐志紅，劉君璞．甜瓜新品種——‘中甜1號’的選育[J]．果樹學報，2005，22（3）：300-301．

[33]譚素英，劉文革，黃秀強，等．鄭抗無子3號西瓜品種選育研究[J]．果樹學報，2002，19（6）：406-410．

[34]王鳴，孫振久，張顯，等．西瓜新品種‘西農8號’的選育及推廣[J]．西北農業大學學報，1997，23（4）：115-117．

[35]王堅．鄭雜5號西瓜的選育[J]．農業科技通訊，1988（1）：16-17.

[36]周謨兵，林友毫，彭金光，等．利用秋水仙素組培技術誘導四倍體西瓜的研究[J]．長江蔬菜，2007（9）：43-44．

[37]侯艷，朱子成，朱娜娜，等．EMS誘變西瓜突變體庫的構建及表型分析[J]．西北植物學報，2016，36（12）：2411-2420．

[38]孫遜，任瑞星，孟暉，等．早熟薄皮甜瓜新品種‘唐甜10號’[J]．園藝學報，2016，43（5）：1011-1012．

[39]吳明珠，伊鴻平，馮炯鑫，等．新疆厚皮甜瓜輻射誘變育種效果的探討[J]．中國西瓜甜瓜，2005，18（1）：4-6．

[40]孫遜，任瑞星，施巾幗，等．質子束（H～+）處理西瓜種子誘變效應研究[J]．中國西瓜甜瓜，2002，15（4）：6-7．

[41]王恒煒．西瓜新突變型的誘發和篩選研究初報[J]．甘肅農業科技，1998（3）：34-35．

[42]李雨潤，郝麗珍．CO2激光對西瓜種子最佳輻射劑量的篩選及其數學模擬[J]．激光生物學報，1999，8（4）：290-292．

[43]尹若春，吳麗芳，郭金華，等．低能氮離子注入西瓜胚芽的存活率的初步研究[J]．激光生物學報，2002，11（3）：207-211．

[44]王浩波，高秀武，谷運紅，等．離子束誘變西瓜體細胞抗鐮刀菌酸突變體研究[J]．核技術，2003，26（8）：609-611．

[45]崔艷玲，路志學，蘆金生．航天誘變選育航興1、2、3號西甜瓜新品種[J]．核農學報，2004，18（4）：326．

[46]馬雙武，王吉明，尚建立．抗病無籽西瓜新品種鄭抗5503的選育[J]．中國瓜菜，2009，22（2）：13-15．

[47]馬雙武，張莉，王吉明，等．西瓜新品種—鄭果5506的選育[J]．果樹學報，2007，24（4）：565-566．

[48]顧冉，周金蒙，馬鴻艷，等．甜瓜種質資源多樣性分析與指紋圖譜的構建[J]．中國蔬菜，2015（9）：31-38．

[49]胡建斌，馬雙武，王吉明，等．基于表型性狀的甜瓜核心種質構建[J]．果樹學報，2013，30（3）：404-411．