莖瘤芥（榨菜）育種研究進展與展望

鄒瑞昌，萬正杰，王遠全，王愛民，彭瑩，宗洪霞

（1.重慶市萬州區多種經營技術推廣站，404000；2.華中農業大學園藝林學學院/華中農業大學園藝植物生物學教育部重點實驗室；3.湖南省蔬菜研究所；4.重慶三峽農業科學院）

莖瘤芥（Brassica junceavar.tsatsaiMao）又名青菜頭、菜頭，是十字花科蕓薹屬的一種重要蔬菜，以瘤狀膨大莖供食用，其加工成品稱為榨菜。莖瘤芥不僅是重要的鮮食蔬菜，也是重要的腌制加工蔬菜，其加工產品歷史悠久、風味獨特，在國內外市場頗為暢銷。全國莖瘤芥種植面積20萬hm2左右，主要分布在重慶、浙江、四川、湖南、湖北等省市，以重慶種植和加工規模最大[1]。2016年，重慶市莖瘤芥種植面積10.7萬hm2，產量280萬t，綜合產值95億元[2]。重慶加工榨菜形成了陶壇裝、塑料袋裝、玻璃聽裝三大包裝的涪陵青菜頭、全形榨菜、方便榨菜、出口榨菜四大系列產品200余個品牌，產品銷往全國各地以及出口東南亞、歐美等50多個國家和地區。過去15 a（2006-2020年），我國在莖瘤芥新品種選育、種質資源研究、育種技術研究和雜種優勢利用等方面取得了較大進展，為榨菜產業的持續健康發展提供了有力的科技支撐。

1 新品種選育

據不完全統計，2006-2020年共有34個莖瘤芥新品種通過國家登記、省市審（認）定或鑒定，其中常規種、雜交種分別為24、10個，有力地推動了莖瘤芥品種更新換代。從品種類型看，以常規品種為主、雜交品種為輔，且實現了早中晚熟配套。20世紀90年代前，選育的莖瘤芥均是常規品種，如三轉子、涪豐14、藺市草腰子等[3]。2000年開始，莖瘤芥雜種優勢育種取得重要進展，育成雜交品種涪雜2~8號、甬榨5號等。另外，早熟品種涪雜2號、膠研特選早榨菜等，晚熟品種涪雜8號、青晚1號等的成功選育，實現了早中晚熟品種配套和莖瘤芥兩季種植，滿足了鮮食和加工的不同需求。從審定渠道看，品種登記制度出臺后，審定品種數量呈現井噴式增長。2017年，“莖瘤芥”被列入第一批29種《非主要農作物品種登記目錄》，2018-2019年累計通過國家登記的莖瘤芥品種20個，占登記、審（認）和鑒定品種數量的58.8%。從選育單位看，主要為重慶市渝東南農業科學院、寧波市農業科學研究院、重慶市方正農業有限公司、重慶三千種業有限公司、綿陽福誠高科農業有限公司、四川蜀信種業有限公司、綿陽市全興種業有限公司等16家科研院所和種子企業，其中重慶市渝東南農業科學院育成品種最多，為10個。

2 種質資源研究

莖瘤芥種質資源的鑒定、評價、分類和遺傳研究是合理利用種質資源、選配親本、創新材料、提高育種效率的重要基礎。陳利萍等[4]利用組織培養技術輔助莖瘤芥材料選擇，選育出株型整齊、性狀優良、低空心率、低裂心率的莖瘤芥新株系。任錫亮等[5]通過田間自然發病鑒定和苗期人工接種蕪菁花葉病毒（TuMV）鑒定，篩選出9份抗蕪菁花葉病毒病莖瘤芥材料。沈進娟等[6]以“實踐八號”育種衛星搭載的5個芥菜品種為材料，通過5 a的田間選擇，獲得了產量明顯增高、品質有較大改善的莖瘤芥突變系。葛亞明[7]通過離體靠接法獲得了莖瘤芥與甘藍的種間嵌合體，并發現嵌合體表現出較強的抗病毒病和軟腐病；劉斌[8]通過對莖瘤芥與紫甘藍嫁接嵌合體后代的篩選，獲得了綜合性狀較好的優良株系，后續研究也進一步證明種間嵌合體是莖瘤芥種質資源創制的新途徑[9，10]。Li等[11]利用莖瘤芥與紫甘藍的遠緣雜交技術，獲得了三倍體雜種及異源六倍體新材料，拓展了莖瘤芥種質資源庫。劉義華等[1]在晚季栽培條件下對24份莖瘤芥種質資源的熟性、商品性、加工性和豐產性進行了初步鑒定，篩選出2份特晚熟性狀突出的優良種質資源。通過典型相關分析、通徑分析、遺傳分析、主成分分析、聚類分析等開展了莖瘤芥種質資源評價和遺傳研究，研究了莖瘤芥數量性狀的相關遺傳關系、農藝性狀不同性狀組間的關系、各生育時期農藝性狀間的關系等，為莖瘤芥新品種選育和材料創新提供科學參考[12~19]。楊連勇等[20]對52份莖用及葉用芥菜資源主要農藝性狀進行相關性和聚類分析，為芥菜育種中親本選擇和組合選配提供參考。近年來，分子標記方法開始應用到莖瘤芥的遺傳多樣性和親緣關系研究中。陳發波[21]、方平等[22]采用表型分析和SSR分子標記對133份莖瘤芥種質材料進行遺傳多樣性分析，證明莖瘤芥種質材料遺傳基礎相對狹窄，同時對莖瘤芥的起源進化進行初步探討。陳發波等[23]利用SSR分子技術對15份莖瘤芥材料的親緣關系進行了分析，發現大部分供試材料親緣關系較遠，遺傳多樣性比較豐富。林清等[24]利用SCoT標記對46份芥菜種質資源（其中莖瘤芥5份）進行遺傳多樣性分析，并嘗試構建指紋圖譜。宋明等[25]利用ISSR和RAPD技術對28份芥菜種質資源（其中莖瘤芥4份）進行分析，發現綜合2種標記數據的聚類結果和傳統的分類方法不太一致。

3 育種技術研究

3.1 單倍體培養

芥菜類蔬菜小孢子培養技術已研究多年，其中葉用芥菜小孢子培養技術取得重要進展，已成功創制優良D H系并開始應用于育種實踐[26~28]。但是，受基因型的影響，莖瘤芥小孢子培養依然較難，目前對莖瘤芥小孢子培養技術的研究較少，還沒有建立起完善、穩定的培養技術體系，也未見將小孢子培養技術應用于育種實踐的報道。張艷梅[29]對莖瘤芥小孢子培養誘導胚狀體進行了初步研究，發現莖瘤芥株系B2-1014在1/2 NLN培養基中胚誘導率最高，為31.1%。顧祥昆等[30]對莖用芥菜等進行了小孢子培養，并研究了熱激誘導處理、基因型、培養條件以及供體植株生長條件對小孢子培養的影響。

3.2 組織培養

建立高效穩定的組織培養再生體系是轉基因育種的重要基礎。近年來，莖瘤芥組織培養技術取得較大進展，已通過子葉、帶柄子葉、下胚軸等外植體培養獲得了再生植株，建立了較好的再生體系并開始應用于遺傳轉化。孫全等[31]采用正交設計法篩選出莖瘤芥子葉組培最佳培養基為MS+6-BA 3.0 mg/L+NAA 0.10 mg/L+2，4-D 0 mg/L+3 g/L瓊脂粉，平均再生頻率達90.67%。張艷梅等[32]以莖瘤芥的下胚軸為外植體進行離體培養，獲得了較高頻的愈傷組織誘導率及分化率，其中愈傷組織的誘導率達90.0%，不定芽誘導率達92.2%，不定根誘導率達97.8%。沈進娟等[33]建立了不定芽分化率達94.4%、不定根誘導率達83.4%的莖瘤芥（榨菜）高效離體再生體系，發現最佳誘導分化時間為20~25 d，最佳不定芽誘導的激素組合為6-BA 2 mg/L+NAA 0.2 mg/L。梁婷等[34]在優化莖瘤芥組織培養基的基礎上，構建了莖瘤芥Cry2基因的RNAi載體，并嘗試建立了莖瘤芥遺傳轉化體系，成功獲得了轉基因植株。朱學棟等[35]以莖瘤芥永安小葉品種為材料，開展了莖瘤芥子葉及帶下胚軸莖段離體培養研究，發現子葉與葉柄的切口處極易產生愈傷組織，最適培養基為MS+1.0 mg/L 6-BA+0.2 mg/L NAA，愈傷組織分化率達到64%。

3.3 分子育種

借助蕓薹屬蔬菜基因組信息和高通量測序技術等，莖瘤芥QTL定位、功能基因克隆、基因組學等研究領域取得了不少進展。通過高通量測序技術和高密度遺傳圖譜，開展了芥菜基因組學研究，繪制了莖瘤芥的高質量基因組圖譜，為莖瘤芥遺傳改良和分子育種打下了基礎。在莖瘤芥中開發了基于PCR的SV標記，并在構建的6條連鎖群上檢測到2個與莖膨大相關的QTL位點[36]。利用莖瘤芥轉錄組序列，通過EST-SSR分子標記構建包含17個連鎖群的遺傳圖譜，并檢測到4個控制莖質量的QTL位點[37]。楊景華[38]利用同源序列法克隆了榨菜CMS的不育基因orf220，同時通過轉基因驗證其功能[39，40]。利用AFLP和RACE方法，克隆了莖瘤芥不同發育時期表達的差異基因orf451，推測orf451參與了瘤狀莖中皮層的多聚糖水解進而影響其膨大過程[41]。Cao等[42]通過cDNA-AFLP分析，發現受光照和溫度調節的基因BjAPY2，并發現其可能在瘤狀莖膨大過程中起重要作用。Shi等[43]發現視網膜神經膠質瘤易感基因BjuB.RBR.b和BjuA.RBR.b，認為它們可能與瘤狀莖膨大相關；并發現在莖瘤芥瘤狀莖細胞膨大，特別是髓細胞的膨大中可能起重要作用的基因BjXTH1和BjXTH2[44]。董麗麗[45]、Sun等[46]也對莖瘤芥莖膨大的分子機制進行了研究，克隆了莖瘤芥膨大相關基因。

4 雜種優勢的利用研究

莖瘤芥細胞質雄性不育系的選育是莖瘤芥雜種優勢利用的理想途徑。目前，國內外報道的莖瘤芥細胞質雄性不育類型主要有歐新A CMS、hauCMS和orf220 CMS。歐新A CMS是史華清等[47]在云南的芥菜型油菜中發現并選育成的雄性不育材料，范永紅等[48]、孟秋峰等[49]將歐新A不育胞質轉育到莖瘤芥中，選育出不育徹底、綜合性狀優良的莖瘤芥雄性不育系，并陸續選育出涪雜系列、甬榨5號、青晚1號等雜交品種，歐新A CMS已成為莖瘤芥雜種優勢利用最廣泛的不育源。HauCMS是傅廷棟1999年在芥菜型油菜中發現的一種新的雄性不育材料，萬正杰[50]以hauCMS為不育源選育了榨菜雄性不育系，并已用于莖瘤芥雜種組合的配制。Orf220CMS是以芥菜型油菜CMS與大白菜的種間雜種為不育源，通過回交轉育獲得的榨菜雄性不育系，其經濟性狀良好、雄性不育徹底、雌性功能正常、花器蜜腺發達、結籽性能好，應用前景較好[51]。雖然目前尚未報道hauCMS和orf220 CMS不育胞質選育成功的莖瘤芥雜交品種，但這2種胞質莖瘤芥雄性不育系的選育和應用，將豐富芥菜雜種優勢利用的不育胞質類型，避免莖瘤芥雄性不育胞質利用的單一化。

5 展望

5.1 加強種質資源收集保護、精準鑒定和種質創制

目前，我國的莖瘤芥種質資源相對貧乏、遺傳基礎較狹窄，且很多材料均存在種性退化，優良性狀表現不突出等問題。另外，芥菜為常異花授粉作物，對現有材料特別是表現優異的育種材料純化勢在必行。應進一步加強莖瘤芥種質資源的收集保護、鑒定研究、優良基因的挖掘，同時建立和完善小孢子、花藥培養技術及遠緣雜交技術體系，加快莖瘤芥種質資源的純化，創制莖瘤芥特異新材料，拓寬莖瘤芥種質的遺傳基礎。

5.2 針對生產和市場需求走向多元化育種目標

現有莖瘤芥品種及綜合品質難以滿足生產和市場發展的需要。一是現有品種的抗（耐）病性差，抗逆性弱。近年來，莖瘤芥病毒病、根腫病、霜霉病等頻頻發生，造成莖瘤芥減產或絕收；同時，生產上缺少耐抽薹的莖瘤芥新品種，常發生未熟抽薹和腋芽抽生等現象，造成產量大幅下降。二是缺乏適宜鮮食和產品加工的專用優良品種。一直以來，莖瘤芥主要用作加工榨菜，品種以中、晚熟為主，但目前的莖瘤芥品種仍需手工去筋；另外不同熟性的品種仍然較缺乏，鮮食莖瘤芥對極早熟、早熟、極晚熟品種需求較大。三是缺少適宜各地生態氣候環境條件種植的品種。目前，重慶和浙江是莖瘤芥的主產區，培育的品種也較多，但由于生態類型不同，兩省培育的品種難以互引種植。今后，莖瘤芥育種目標將呈現多元化，主要培育不同熟性、豐產、抗（耐）抽薹、抗（耐）病（病毒病、霜霉病）、優質（高蛋白含量、高鈣、高鐵、低皮筋含量、低空心率）、適應不同生態環境種植的加工和鮮食專用新品種。

5.3 加快分子育種研究和應用

近年來，在莖瘤芥基因組學、開發與重要性狀連鎖的分子標記、功能基因克隆等方面取得了較大進展，但還遠遠不能滿足實際育種的需要。今后，應進一步加大分子育種方面的研究力度，利用全基因組信息，篩選相關性狀基因緊密連鎖的標記，建立莖瘤芥全基因組背景選擇育種技術體系，通過雜種優勢育種、單倍體育種和分子標記輔助育種技術，創制高產、優質、耐抽薹、抗病毒病、抗根腫病育種親本材料，對莖瘤芥重要農藝性狀和品質性狀進行品種改良，加快分子育種的實際應用。