我國黃瓜抗病品種選育技術研究進展

馬 燕，李彥軍，滕 巍，范惠冬，張 倩

（吉林省蔬菜花卉科學研究院，吉林長春 130033）

黃瓜（Cucumis sativusL.）屬于葫蘆科黃瓜屬，是世界上十種最主要的蔬菜作物之一，我國已有2 000多年的栽培歷史，在蔬菜產業中占有重要地位。目前我國大部分地區采用設施大棚種植黃瓜，不僅增加了黃瓜的產量，而且能實現四季種植，給菜農帶來了巨大的經濟收益，但同時也給大棚黃瓜病害防治提出了新要求。

連片種植、重茬栽培等條件下容易滋生病菌，尤其是20世紀80年代以來，隨著設施農業的不斷發展，我國保護地蔬菜生產規模不斷擴大，但保護地溫濕度條件有利于病害的發生流行，黃瓜生產上已面臨著嚴重的病蟲害威脅，包括生理性病害、感染性病害和蟲害。在我國，黃瓜霜霉病、白粉病和枯萎病已成為黃瓜生產上的三大主要病害，常年發病率為10%～50%，嚴重時可達80%～90%，給黃瓜生產帶來了致命的威脅[1-3]。目前黃瓜病害的防治方法主要有化學農藥防治、農業防治、選育抗病品種等。本文從抗病品種選育的角度分析了黃瓜抗病品種選育技術，并簡要介紹了其他方法，展望了相關研究的發展方向。

1 選育抗病品種

選育抗病品種是防治黃瓜霜霉病最經濟、有效、安全、環保的長期控制策略。我國的黃瓜品種選育主要經歷以下幾個階段。

1.1 系統選育

系統選育從20世紀50年代后期至70年代初期，是利用自然界現有的變異，經過選擇培育成新品種的方法，又稱選擇育種法。如津研系列黃瓜品種即是采用該方法育成的[4]。該法簡單易行，優中選優，見效快，適合于群選群育工作，在我國育種的初期階段發揮了重要作用。局限性在于依靠自然變異，不能有目的的創新；個別性狀上容易改變，綜合性狀上較難突破。

我國的黃瓜育種是以產量、抗病性、抗逆性、品質等為目標進行的，但在黃瓜育種中卻存在遺傳變異小的嚴重問題，因此僅靠系統選育已經無法滿足黃瓜育種的需求。

1.2 雜交育種

雜交育種從20世紀70年代末開始[5]，是利用雜種優勢來選育性狀優良的雜交一代新品種，需要連續自交純化的親本材料。吉雜系列黃瓜、津雜系列黃瓜品種即是采用該方法育成的。1979年黃瓜抗病育種協作組組建完成，1983年抗病育種納入了國家攻關計劃，新品種在抗病性、早熟性、豐產性、品質等方面有了較大提高，替代了常規品種且趨于專用化[6]。該方法簡單易行、目標性強，但父母本材料的自交系純化時間較長，大約需要6～8年，再加上區域試驗時間，因此獲得一個雜交新品種大約需要7～9年的時間，育種進程過慢。對此，現代育種多采取加速世代的做法，如利用溫室、異地、異季等條件一年種植2～3代，結合多點試驗、稀播繁殖等措施，盡可能縮短育種年限。

1.3 誘變育種

誘變育種始于20世紀60年代，其是指通過物理（即輻射）及化學等因素誘發作物體產生突變，從中選擇培育新品種；是繼選擇育種和雜交育種之后發展起來的一項現代育種技術。李加旺等[7]利用23.22 C/kg60Coγ射線輻射處理具有某些優良特性的黃瓜自交系種子，并在其變異后代群體中篩選出兩個綜合性狀優良的單株。經3代系選，從中分選出一個主要性狀均能穩定遺傳的株系M-8，該品系在早熟、豐產、抗病性及商品性等幾方面具有明顯優勢。

該技術的優點是能夠提高突變率，在較短的時間內獲得更多的優良變異類型。誘變育種也有自身的弱點：一是誘變產生的有益突變體頻率低；二是難以有效地控制變異的方向和性質；三是誘發并鑒定出數量性狀的微突變比較困難。因此可以擴大誘變后代的群體，增加選擇的機會，同時誘變育種應與其它技術結合，實現不同技術上的相互促進。

1.4 生物技術輔助育種

生物技術輔助育種是自20世紀70年代以來，由細胞工程、DNA重組和轉基因技術等一系列現代生物技術組建而成，目前已成為當今世界發展最快、最活躍的高新技術領域。現代生物技術在農業上的廣泛應用，給農業生產帶來了新的飛躍。1995年開始天津科潤黃瓜研究所率先開展了生物技術在黃瓜育種上的應用研究，將單倍體誘導技術、轉基因技術和分子標記等技術與傳統黃瓜育種技術相結合，獲得了前所未有的成功，不僅大大縮短了育種年限，而且新品種的抗性、品質也有了很大的突破。

1.4.1 單倍體誘導技術

單倍體誘導技術屬于現代生物技術中細胞工程的范疇。目前，獲得黃瓜單倍體的途徑很多，如可以通過花藥培養、子房培養、游離小孢子培養以及輻射花粉授粉誘導等4種人工途徑獲得[8-12]。其中在黃瓜育種上應用較成熟的是通過未授粉子房離體培養獲得單（雙單）倍體植株，該技術比其他三種技術容易且再生頻率高，是產生單倍體的主要途徑[13-14]。

該技術的優點在于植株的基因型和表現型完全一致，大大降低了誤選的頻率，而且以單倍體為誘變材料，使獲得突變體的速度加快，從而縮短了育種年限，快速產生純合的育種新材料（純系），提高育種效率。目前國內有些公司已充分掌握了該技術并利用其輔助育種取得了大量的種質資源及新品種。也有學者如杜勝利[15]建立了黃瓜未授粉子房再生體系，且已獲得20多個較為優良的育種材料。該技術的局限性在于整套技術比較復雜，影響因素較多，推廣難度較大。

1.4.2 轉基因技術

轉基因技術屬于現代生物技術中基因工程的范疇，通過將外源的抗病、抗蟲、抗逆及特有品質等有效基因導入植物體，從而產生具有新性狀的植株，培育出新的抗病、抗蟲、抗逆等優良品種。

該技術的優點在于轉基因黃瓜不僅可以保留原來的豐產性和商品性，而且獲得了新的抗病性或抗除草劑等特性，大幅節約生產成本，提高生產效率。該技術的缺點在目前轉基因農作物的安全性存在質疑，因此，該技術在黃瓜育種上僅限于研究，未批準商業化種植。

1.4.3 分子標記技術

分子標記技術屬于現代生物技術的范疇，是以直接檢測DNA核苷酸序列的差異為基礎的遺傳標記，又稱DNA分子標記技術。隨著黃瓜遺傳圖譜的逐漸飽和，目前針對黃瓜抗病基因已開發出AFLP、RAPD、SSR（simple sequence repeats）、SCAR等數十種抗病基因的分子標記。自1987年第一張黃瓜遺傳連鎖圖譜發表，到2020年國內外先后發表了22張黃瓜遺傳連鎖圖。2017年，牛志紅[16]在已構圖譜的基礎上新增了大量的SSR標記，圖譜總長749.2 cM，共610個標記的遺傳圖譜，是目前黃瓜近緣雜交群體飽和度最高的遺傳圖譜。近年來已開發了數千對SSR標記，用于遺傳多樣性研究、遺傳圖譜構建和標記的多態性分析。相比其他分子標記技術，SSR具有實驗程序簡單、多態性高、穩定的特點，已經成為近年來分子標記的研究熱點之一。

該技術的優點在于多態性高；不受環境條件影響，各個發育時期和組織器官均可檢測；重復性好，便于資源共享；在基因組中大量存在且分布均勻；遺傳穩定,可靠性強；操作方便，速度快，不受地域影響。該技術的局限性在于，目前黃瓜抗病性的遺傳規律尚未摸清，抗病性存在多基因調控，因此分子標記的結果會出現假陽性，即分子標記結果顯示抗病而實際栽培中不抗病。

1.4.4 誘導抗病性

早在20世紀30～40年代，人們就已了解到植物有誘導抗病現象，直至80年代以來，才對誘導抗病性進行了深入和系統的研究。誘導抗病性是利用生物化學的誘導劑，使植物對外源刺激發生反應，調動自身體內免疫系統的功能來阻止病原菌侵入為害，從而產生系統抗性。抗病性誘導具有抗病譜廣、持效期長和系統抗性的特點，是一種具有很大潛力的植物病害防治方法，是近年來植物病理學研究的熱點問題之一。目前已報道的可使植物產生誘導抗性的化學物質有20余種[17]。

2 其他防治方法

2.1 化學防治

在農業生產上，通常采用噴施化學農藥的方法來控制作物病害的發生與危害[18]。如用代森聯干懸浮劑、咪鮮胺乳油等藥劑來防治黃瓜炭疽病，用90%乙磷鋁可濕性粉劑400倍防治黃瓜霜霉病等。化學防治方法的優點是見效快、效果好、操作簡單；缺點是長期頻繁使用導致病菌產生抗藥性、增加植物產品中的農藥殘留、污染環境以及破壞生態系統中生物的多樣性和平衡關系等一系列問題。

2.2 農業防治

農業防治是利用綜合的農業技術措施，在不用藥或少用藥的前提下，達到防治的目的，主要包括選用抗病品種、使用無害健壯種苗、水分調節、合理施肥、合理布局田間作物構成、適當提前或推遲播種期等[19-21]。該方法的優點是環保、具有穩定性和持久性、防治規模大；缺點是對技術要求高，不適合個體農戶小規模生產。

3 研究展望

目前，我國的選育工作主要采用基于數量遺傳學原理的常規選育和基于分子遺傳學原理的分子輔助育種相結合的手段進行。但在實際應用中，基本上還是以基于數量遺傳學原理的傳統選育方法為主。目前尚未見有純利用分子遺傳學選育出新品種的報道。顯然，這一遺傳改良的理想技術還未能真正得到獨立應用。因此，在以基于數量遺傳學原理的傳統選育方法為主導進行良種選育的同時，應進一步完善分子育種理論，促進分子數量遺傳學這一新興學科的發展，并真正應用到良種選育工作中去，這是我國遺傳育種產業技術研究發展的趨勢。

3.1 加強分子標記輔助育種

將分子標記輔助選擇與傳統育種經驗相結合，合理利用多態性高的分子標記；繼續完善黃瓜基因圖譜，針對我國黃瓜品種在抗病蟲性等方面出現的問題，找到與這些性狀緊密連鎖的標記，為分子標記輔助育種和基因的定位克隆奠定基礎。

3.2 加強對組織培養技術的應用研究

在我國，利用組織和細胞培養進行黃瓜植株再生的研究已經取得了較大的進展[22]。黃瓜轉基因技術及黃瓜單倍體培養技術都是以黃瓜組織培養為基礎。近年來，利用選擇壓對組織培養產生的體細胞無性系變異群體篩選抗病突變體的技術發展迅速，先后在煙草黑脛病、玉米小斑病、小麥根腐病、小麥赤霉病、水稻紋枯病及稻曲病、茄子黃萎病、番茄灰霉病、梨黑星病、香蕉枯萎病等十余種作物上成功篩選到抗病植株[23-24]。該技術的優點在于組織培養技術已經非常成熟；組織培養過程會產生大量的變異，相比田間，選擇群體更大且節約空間；利用選擇壓使育種的方向更明確。該技術的局限性在于通過選擇壓篩選出的植株的抗病性有可能不遺傳，僅是對當代進行了誘導抗病性。目前利用該技術在黃瓜抗病突變體選育方面還未見報道。

3.3 加快環保型農藥的研發

在綠色可持續發展成為今后主攻方向的背景下，加快淘汰高毒、高風險農藥，推廣和普及高效、低毒、安全、環保型農藥已成為我國農業發展的必然趨勢。未來，在高效新農藥大量出現、施藥技術進步及環保要求更加嚴格的背景下，農藥劑型的發展將趨向精細化和環保化，水乳劑、水分散粒劑、水懸乳劑、微乳劑、可溶性粉劑、微膠囊等新型農藥劑型將逐步興起。

3.4 發展低碳農業

隨著我國及世界農業結構的變革趨勢，專業化集約化的農業形態也逐步形成；傳統的以高碳、高耗能、環境不友好的現行農業生產方式已經走向末路，以低碳、節能、環境友好為顯著特點的低碳模式將成為我國農業的發展方向。