我國菜豆新品種選育研究現狀及展望

陳 瓊 韓瑞璽 唐 浩 劉明月 黃 科 周義之

（1湖南農業大學園藝園林學院，長沙410128；2農業農村部科技發展中心，北京100122）

菜豆（Phaseolus vulgarisL.），豆科，菜豆屬，染色體數2n=2x=22。菜豆又被稱為四季豆、蕓豆、玉豆等。據記載，菜豆起源于中南美洲，15世紀傳入中國，至今已有500余年的栽培歷史[1]。菜豆營養含量豐富，新鮮菜豆嫩莢含有葉綠素91.93mg/kg、維生素C 133.62mg/kg、有機酸172mg/kg，蛋白質含量高達4.27%，總糖3.12%，含水量90.24%，還含有胡蘿卜素和纖維素等[2-3]。菜豆富含的葉綠素具有增強心臟功能、有效降低膽固醇等功效。由于鮮豆莢口感爽脆，味道鮮美，得到廣大消費者的喜愛，成為我國主要食用豆類之一。

我國是菜豆主要生產國家之一，栽培面積、平均產量和總產量均居全世界第1位。菜豆在我國各個省份均有種植，河北、河南、山東、四川及廣東等省份為主要栽培區域。根據菜豆莖的生長習性可分為直立型和蔓生型兩種[4]，我國目前栽培的莢用品種以蔓生型為主。菜豆根據用途可分為粒用菜豆和莢用菜豆，我國生產的籽粒型菜豆主要出口到南美洲、歐洲、日本和東南亞地區，70%的鮮豆莢則主要供應我國沿江、沿海地區以及黑龍江等市場。

我國具有豐富的菜豆種質資源，截至2016年3月，由中國農業科學院作物科學研究所編目入庫的普通菜豆（絕大多數為粒用菜豆）約為5677份[5]。我國在現有資源的基礎上，根據不同的市場需求，采用多種育種方式，選育和引進了具有產量高、生育期短、耐儲運和抗病、抗逆性強等優良特性的新品種，為豐富人民群眾的菜籃子作出了貢獻。

1 新品種選育進展

近10年，我國許多科研單位積極開展菜豆育種工作并取得了顯著成效，培育出的高產優質、抗病抗逆性強、有地域特色且已經通過鑒定并報導的新品種約33個（表1）。這些品種每667m2平均產量為2083.6kg，與早期選育的菜豆品種產量相比有顯著提升，其中豐菜豆9號、津蕓2號等為高產品種；大部分品種對1種及以上的病害具備一定的抗性，但也有部分品種對幾種菜豆主要病害不具備抗性或抗性較弱；雖然沒有選育出設施專用栽培品種，但是多數品種也能在大棚內栽培；此外，為滿足市場需求還選育出了富含花青素的特色品種。這些新品種的選育與推廣，在彌補我國菜豆市場空缺和推動菜豆產業發展方面發揮了重要作用。

2 菜豆新品種保護

植物新品種權是一種知識產權保護，能夠有效保護育種者的合法權益并持續提高育種自主創新能力，促進種業發展以及保護生物多樣性。隨著近幾年我國新品種保護的迅速發展，菜豆育種者的品種保護意識逐漸增強，申請并獲得授權的新品種數量也逐年增加（表2）。從現有申請情況看，2015年以前菜豆新品種權申請包括科研單位、企業和個人申請，總的申請量比較少；2016年以后，種子企業申請量逐漸增加，與科研單位持平，總的數量超過過去所有總和。盡管我國菜豆新品種權申請數量呈上升趨勢，但遠遠落后于其他主要農作物。相關育種單位和人員還需不斷提高品種保護意識和積極性，確保自身合法權益得到及時保障。

表1 近10年我國新選育的菜豆品種

表2 菜豆品種申請植物新品種權情況 （件）

3 主要育種目標

3.1 高產 為了滿足市場需求，保證種植戶的經濟利益，產量始終是菜豆育種的主要目標之一。當前，我國菜豆鮮莢的平均產量在2000kg/667m2左右。以早熟為栽培目的的菜豆品種側重于早期的豐產性，以高產為最終栽培目的則更注重菜豆整個生育期的總產量。近幾年，我國各科研機構通過多種育種方法，新品種的產量有顯著提升。郭建華等[6]以泰國豆為母本、連農923為父本雜交選育的連農架豆10號在大連市作春季大棚栽培時，每667m2平均產量達3500kg；曾巖等[7]以無筋6號的自然變異株為材料，選育出具備早熟、豐產等優點的新品種菜豆66號，產量約2847kg。

3.2 優質 優質也是菜豆品種選育中非常重要的目標，也是順應新時代農業供給側改革實現從產量向質量過渡的必然要求。優質要求選育的粒用菜豆耐老化，嫩莢兩側的纖維不發達；嫩莢勻直，莢長和莢重適中，嫩莢顏色呈綠色或淺綠而無紫色斑紋，莢面種粒不突出；蛋白質、維生素等營養物質含量高等。吉林市農業科學院梁國生等[8]選育的九架豆15號嫩莢深綠色、順直平滑，莢長18.5cm左右、寬2cm左右，無筋、無革質膜，商品性好。天津科潤農業科技股份有限公司蔬菜研究所選育出的津蕓二號嫩莢白綠色，圓棍形，莢長27~28cm，單莢重25~29g。中筋、軟莢，中果皮細胞不硬化，不形成革膜，口感極佳，適合作鮮食[9]。鄭祥博等[10]從西安市閻良區白不老品種中發現變異單株，收獲其成熟種子提純復壯，挑選優良株系，經過5~8代系統選育，培育出閻豆1號，該品種不僅品質優良，粗蛋白含量達2.95%，粗脂肪和粗纖維含量分別為0.25%和2.14%，而且商品性好，豆莢成熟不鼓豆、纖維少，肉質鮮嫩、無筋。

3.3 抗病性 枯萎病、炭疽病、普通細菌性疫病、銹病和菜豆普通花葉病毒等是危害我國菜豆的主要病害。這些病害一旦發生，嚴重影響植株正常生長發育，引起嚴重減產甚至絕收。為了節約生產成本、避免過量農藥對環境和人體健康的危害，育種家把菜豆對2種以上病害的兼抗性作為現代育種目標，在已篩選出的抗源基礎上，選育出一系列抗病品種。江蘇省農業科學院張紅梅等[11]以嫩莢營養較高的81-6菜豆品種為母本，抗菜豆煙草花葉病毒和白粉病的菜豆品種蘇地豆1號為父本，采用6代系譜法選育出蘇菜豆4號，經多地栽培證明該品種對葉霉病和根腐病的抗性強。夏雨清等[12]對母本哈菜豆15號和父本哈菜豆16的優良性狀、基因進行聚合，選育出長農菜豆5號，該品種不僅高產優質，還抗炭疽病、銹病、枯萎病。

3.4 設施栽培品種 設施園藝因具有提高作物產量、改善品質、可周年和工廠化生產等優點，在我國得以迅速地發展。由于設施普遍存在光照弱且分布不均、溫度和空氣濕度高等現象，普通菜豆品種在此環境下往往會生長發育不良，產量降低。為解決這一產業發展瓶頸，各科研機構選育出一些耐弱光、耐高溫和高濕品種，其植株矮小、結莢期較集中，在設施內栽培表現良好。陳迪娟等[13]選育出的連菜豆1號耐低溫弱光，耐熱性好，且抗病抗逆性強，適宜在江蘇地區作春季和秋季大棚栽培。夏雨清等[14]以98-2-8為母本、紫花油豆為父本，雜交后代經過優良穩定株系選拔、產比、示范試種、生區試驗、抗性以及早代品質分析鑒定等，選育出新品種長農菜豆1號，該品種耐低溫、弱光，抗逆性強，設施栽培豐產性好。

3.5 高山栽培以及加工專用品種 菜豆為喜溫蔬菜，不耐高溫和霜凍，當溫度高于28~30?C莖葉會表現出明顯的生長不良現象，葉數減少、葉色變淡，還會導致花蕾發育不完全、花粉畸形無活力等[15]。因此要實現菜豆夏秋季市場供應，必須要選擇夏季氣候涼爽的高山地區種植[16]，在進行高山栽培時必須要選擇耐熱、抗病、適應性強和優質高產的品種，才能保證菜豆的產量和品質[17]。浙江省麗水市農業科學研究院選育出的蔓生菜豆新品種麗蕓3號生長勢強，豆莢順直品質優、結莢性能好，耐熱性高，抗銹病，中抗炭疽病和枯萎病，是一個適宜高山栽培的優良品種[18]；汪寶根等[19]經多年系統選育而成的浙蕓3號具有結莢性好、嫩莢商品性佳、食用品質優、營養含量高等優點，且該品種耐熱性強，尤其適合秋夏高山栽培。

菜豆是世界主要食用豆類之一，鮮食和作加工的嫩莢市場需求量都很大；但目前菜豆生產仍然存在著加工型品種單一，現有少數幾個加工型品種產量低、品質欠佳等問題。為此，四川農業大學開展了一系列加工菜豆專用品種的引進和選育工作，選育并通過審定的品種加工菜豆1號和加工菜豆2號，具有抗病性強、適應性好、加工性好、加工口感脆嫩、種植效益高等優點，填補了四川省缺乏加工菜豆專用品種的空白[20]。連云港市農業科學院選育出的無筋1號嫩莢無粗纖維、鮮嫩、莢形完整、綜合抗性強，符合加工專用型品種的要求[21]。

3.6 附加營養價值 菜豆營養豐富全面，不僅含有蛋白質、碳水化合物、脂肪和礦質元素等基本營養物質，還含有多種對人體有保健作用生物活性物質，例如α-淀粉酶抑制劑和適量的菜豆凝集素能夠降低脂肪的吸收，植物固醇有降脂功效、減緩脂肪生成和促進甘油三酯代謝的功能，皂苷能抑制癌細胞的生長、減少膽固醇的吸收，植酸和黃酮類物質同樣對人體有益[22-25]。隨著人民生活水平日益提升，消費者對蔬菜的附加營養價值和保健作用有了更高的需求。為順應市場需求的新形勢，近幾年出現了大量富含花青素的紫色或紫紅色蔬菜，例如紫甘藍、紫菜花、紫白菜等，但是目前我國市面上的菜豆色澤單一，絕大部分為白綠色或綠色品種。為了豐富菜豆市場，提高菜豆的營養價值，我國也選育出了一些紫色菜豆品種。劉秀根等[26]以特嫩5號為母本、德國藍色架菜豆為父本，通過有性雜交，經6代的系統選育，培育出花青素含量高達56.46mg/kg的連農紫霞1號；嚴澤生等從泰國無筋菜豆的天然變異株中選育出的川紫無筋豆[27]和山西省鳳縣農業科技人員選育出的秋紫豆嫩莢也都為紫色。這些紫色菜豆嫩莢中的花青素有提升人體免疫力，抗氧化和保護視力等功效。

4 育種方式和途徑

4.1 雜交育種 雜交育種是根據育種目標選配親本，通過人工雜交將分散在不同親本上的優良性狀組合到雜種之中，然后對其后代進行培育選擇和比較鑒定，繼而獲得優良新品種的育種途徑；雜交優勢育種是利用2個或幾個遺傳性不同的親本雜交育出在生長勢、生活力、抗逆性和產量等方面均優于其親本的雜種一代的一種育種方法[1]。利用雜種優勢選育出的品種常常在豐產性、品質以及抗逆性等方面超過前者選育出的品種。雖然這兩種育種方法存在育種年限長、過程繁瑣等缺點，但菜豆具有嚴格自花授粉繁殖特性，因此目前大部分品種仍是采用有性雜交配組，經過多年的系統選育方法得到。鄂菜豆1號是江漢大學用JD-5作母本、紅花四季豆作父本進行雜交，經系譜法選擇育成，該品種在武漢等地試種每667m2產量達到1600kg左右[28]。隆化達旺綠色農業發展有限公司選育的中雜蕓15號也是以新泰98-1為母本、WB6-3-1為父本進行雜交后，經自交9代選育而成，該品種性狀優良，適合大部分地區春秋露地及保護地栽培[29]。

4.2 選種和引種 目前選育出的優良新品種中，也有一部分是科研人員通過選種方式培育的，利用菜豆群體中存在的自然變異，將符合要求的優良植株選擇出來，經過比較和繁育而獲得新品種[1]。吉菜豆4號是以農家品種麻子豆田間植株的變異株為材料，經系統選育而成的菜豆新品種，該品種果莢生長速度快，具有早熟、豐產性好、抗病抗逆性較強、品質及果實商品性好等特點[30]。

引種是指從外地（包括國外）引進優良品種、品系，通過適應性試驗后直接在本地推廣種植[1]，一直是解決品種問題的一條重要途徑。我國矮生菜豆品種大部分都是從國外優良種質資源中引進的。例如，石家莊農林科學院樊建英等[31]對從國外引進的菜豆資源進行鑒定，育成早熟、優質、高產的菜豆新品種翠玉2號。豐旺是中國農業科學院蔬菜花卉研究所從河北引進的唐山菜豆，經單株系統選育而成的菜豆新品種[32]。

4.3 誘變育種 誘變育種是利用物理、化學因素，誘發有機體發生遺傳變異，然后根據育種目標進行選擇、鑒定，培育新品種[1]。煙臺市農業科學院夏秀波等[33]對當地農家品種一尺青進行提純復壯，經多年的系統選擇得到4個純正株系，對這些株系進行N離子輻射處理，得到性狀優良、優勢明顯的新品種煙蕓3號。中國西部航天育種基地采用航天育種的方式選育出了著莢能力極強、耐老化儲運、抗性高的太空架豆[34]。西昌學院高原及亞熱帶作物研究所選育出的西黑蕓4號是以地方品種小黑豆為材料，采用60Co-γ射線100-150 Gy輻射劑量對其干種子進行輻射誘變處理，再通過系譜法選擇培育出的一個品質優良、抗病抗逆性強的菜豆新品種[35]。

4.4 分子標記輔助育種 在過去的菜豆育種工作中，對目標性狀的選擇依賴于表型性狀，但環境因素、植株的生理狀態等對表型性狀的影響較大，有些性狀必須采用特殊的栽培措施或人工接種這些方式進行鑒定（如抗病性等），因此需要大量的人力物力，且周期長。分子標記輔助選擇能夠快速地選擇含有目標基因的單株、有效地選擇目標基因附近發生交換重組個體，以此作為育種輔助手段，極大地提高了育種選擇的效率，加速育種進程。

耿慶河[36]對菜豆百粒重、粒長、粒寬、粒厚、長寬比、長厚比等性狀進行了QTL定位研究，并且對親本間存在差異的兩個質量性狀花色和生長習性進行了初步定位。劉春良等[37]在對菜豆生長習性相關基因的定位研究中，精細定位了源于無限蔓生材料連紫一號的蔓生單基因gh-lz，這一研究結果為普通菜豆生長習性相關基因的定位及進一步的功能研究奠定了分子基礎。

陳明麗等[38]利用分子標記在普通菜豆地方品種紅蕓豆中發現一個抗炭疽病基因，該基因來源安第斯基因庫，可能是已知抗炭疽病基因CO-1的等位基因。朱吉風等[39]通過SSR標記定位了1個普通菜豆抗菜豆普通細菌性疫病QTL，該位點位于標記p6s249與p6s183之間，解釋4.61%的表型變異，效應值較小，將在培育穩定持久抗菜豆普通細菌性疫病品種中發揮作用；郝俊杰等[40]、吳星波等[41]在已開發的SCAR標記基礎上，分別篩選出了抗角斑病、銹病和白粉病基因聚合體的菜豆資源，有助于改良普通菜豆抗病性和提高產量。

目前我國分子標記育種在菜豆育種上的應用仍然處于初級階段，雖然已經有部分研究對菜豆的性狀和抗病基因進行了定位，但大多數研究只對基因進行了初步定位和分析，并且研究結果應用到實際育種過程中的范圍也很有限。因此還需要更多深入和精確的研究成果，讓基因選擇與表型選擇在菜豆育種中有機地結合起來，為未來的菜豆分子育種奠定基礎，不斷地加速育種進程，降低工作量和育種成本。

5 展望

我國菜豆種質資源豐富，但育種工作與其他主要蔬菜相比還相對滯后，近幾年在科研人員的不懈努力下，已經選育和引進了一批高產優質且抗性強的特色品種，但從另一個角度看，隨著人民群眾對菜豆品種需求的日益多樣化，新品種選育也存在亟需解決的問題。例如，品種產量不高，品質較差，甚至出現品種退化現象；多數品種對菜豆主要病害抗性不強；大部分常規品種難以適應設施內光照弱且高溫高濕的環境。要妥善地解決這些問題，推動我國菜豆產業的不斷發展，必須堅持不斷發掘種質資源和利用新興技術的基礎上，進一步明確未來菜豆育種的方式和方向。

（1）菜豆是典型的自花授粉植物，在引種和栽培過程中，會發生偶然雜交和基因突變的現象，因此品種類型和種質資源非常豐富。但雜交育種年限長成為了阻礙菜豆育種的一個因素。為了進一步提高育種針對性，加速育種進程，選育出更加優質、多樣化的新品種，在加強對種質資源的收集和研究的基礎上，應更為深入地探索控制重要農藝性狀相關生長發育分子機制，利用全基因組關聯分析技術，發掘、篩選并精細定位相關基因，同時不斷加強對高遺傳轉化率方式的探索，真正實現分子和常規育種的高效結合。

（2）菜豆病害不僅會造成產量降低，也會使產品品質變劣，商品性大大降低。在病害的防治過程中往往會出現濫用農藥的現象，對食品安全造成了嚴重的威脅。抗性育種被認為是控制病害最有效、最經濟、最環保的方法，能夠從根源上保證菜豆的高產優質和安全。今后的育種工作中要不斷發掘地方菜豆品種中的抗性資源，鑒定已有資源對主要病害的抗性，篩選并建立豐富的抗性資源庫，在此基礎上采用常規育種與分子標記輔助育種結合的方式，選育出對多種主要病害均具備抗性的優良菜豆新品種，推進農業綠色可持續發展。

（3）設施園藝具有周年生產、集約化程度高、大幅提高資源利用率和勞動生產率的特點，能不同程度地減輕或防止露地生產條件下災害性氣候和不利條件對農業生產的危害，使食物生產與供應得到安全保障，近年來設施園藝在我國得到迅速發展，設施栽培面積已經達到世界第一[42]。隨著設施栽培面積的不斷擴大，設施內灌溉、植保以及采摘機械化不斷完善和發展，我國在其他果蔬種類上已經相繼選育出了大量設施專用品種，今后菜豆育種應順應這一趨勢，選育出更多具備適應設施氣候、早熟豐產、抗病性強、結果期集中等優點的設施栽培專用菜豆品種。