瓠瓜遺傳基礎及育種研究進展

欽 潔，黃 皓，尚小紅，郭元元，王益奎，周生茂

（1.廣西農業科學院 南寧 530007； 2.廣西農業科學院蔬菜研究所 南寧 530007）

瓠瓜[（Mol.）Stand]屬葫蘆科葫蘆屬一年生蔓性草本植物（2=2=22），又名蒲瓜、蒲仔、瓠子、長瓜、夜開花、葫蘆、瓢瓜等，源于赤道非洲南部熱帶低地，含有豐富的蛋白質、糖分、有機酸及多種微量元素，既有很好的醫療保健功能，又是炎熱夏季食用的涼性蔬菜，是我國栽培的葫蘆科蔬菜中最古老的一種，因其雌雄花大都在夜間及早晚光照弱時開放，故又稱“夜開花”。在熱帶非洲、印度、東南亞和我國大部分地區作為食用、藥用、觀賞、工藝加工品等廣泛栽培，是長江流域及南方各省份效益農業的重要蔬菜品種之一，其中浙江年均種植面積穩定在1 萬hm左右。

自20 世紀80 年代，我國開始進行瓠瓜育種，先后育成了不同類型、不同成熟期及不同抗性的瓠瓜新品種，在瓠瓜品質育種、抗病育種和抗（耐）逆性育種等方面取得了一定成果，一定程度上實現了我國主栽瓠瓜品種的國產化、良種化和雜優化。目前，對瓠瓜遺傳基礎及育種方面研究進行歸納總結的相關報道較少，筆者就近年來瓠瓜種質資源、品種選育、育種遺傳基礎、生物技術育種等方面的研究進行歸納總結，提出目前瓠瓜育種研究中存在的問題并進行展望，旨在為瓠瓜育種的深入研究提供依據和參考。

1 瓠瓜種質資源

種質資源是現代種業發展的物質基礎，也是育種的基礎材料。新中國成立以來，我國分別于1955—1958 年、1983—1985 年開展了兩次全國性大規模的農作物種質資源征集及多次專項考察搜集工作。“七五”期間（1986—1990 年），由中國農業科學院蔬菜花卉研究所牽頭，組織全國29 個省（自治區、直轄市）蔬菜科研、教學單位協作攻關，收集整理蔬菜種質資源并上交國家種質資源庫長期保存。全國共收集并保存171 份瓠瓜資源，其中福建上交最多（50 份），湖南次之（17 份）。截至1998年，全國共收集瓠瓜資源242 份。2015 年農業部、國家發展改革委、科技部印發了《全國農作物種質資源保護與利用中長期發展規劃（2015—2030年）》，并于2015—2020 年實施了第三次全國性農作物種質資源普查和收集，其間，浙江收集到瓠瓜地方種質資源51 份，廣西38 份，福建24 份，為瓠瓜資源保護和開發利用奠定了基礎。

在我國，瓠瓜可分為瓠子、長柄葫蘆、腰葫蘆、圓葫蘆四個大類，瓠瓜在我國已有7000 多年的栽培歷史，目前年栽培面積約13.33 萬hm，主要分布于浙江、福建、云南、上海、廣東、湖北、四川等地。長期以來，經過自然選擇和人工選育，各地形成了許多優良的品種群，如湖北、湖南、江西、江蘇等地區主栽品種有早熟的孝感瓠子、宜昌葫蘆、神農架瓠子、洪湖葫蘆、漢龍碧玉瓠瓜、面條瓠子，長勢強的興蔬短瓠，大葫蘆形的圓瓠1 號，優良的農家種三江口瓠子等品種，及上海、杭州的長瓠瓜，南京的面條瓠子，浙江的長葫蘆，福州的芋瓠等。廣東地區主栽品種有早蒲2 號、永樂、青秀、短瓠蒲瓜、正源3 號蒲瓜、早佳蒲瓜等，廣西地區有梧州早蒲瓜、桂林瓠子瓜、金城江瓠子瓜、牛角瓜、南寧牛腿瓠等地方品種。

2 瓠瓜品種選育

近年來，由于消費者口味偏好、市場定位、近親繁育等，瓠瓜品種間種質資源遺傳基礎愈發狹窄，不同的育成品種間基因差異逐漸縮小，導致其種性退化，因此，生產中迫切需要選育出更多更豐富的瓠瓜品種來滿足實際生產的需求。瓠瓜育種目標主要考慮以下幾個方面：第一，要以植株生長勢強、抗病抗逆性強、產量高、品質優作為育種首要目標。第二，根據瓠瓜變種類型、品質確定育種目標，菜用瓠瓜需選擇具有早熟、果皮薄、肉質嫩軟多汁等性狀的品種；用作容器的瓠瓜，可選擇果大、質硬、葫蘆形狀的品種；用作砧木的瓠瓜，可選擇生長勢強、抗病性強的品種。第三，根據栽培目的來確定育種目標，如以冬春或夏季栽培為目的，應選擇耐寒或耐熱性強及對長日照不敏感的品種。瓠瓜育種途徑一般包括引種、常規選種、雜交育種和分子育種等。

2.1 引種

目前，我國瓠瓜生產普遍應用地方品種，引種不失為充實地方瓠瓜種質資源的一條重要途徑，通過從國外或國內不同地區間引種的方式，能夠加快全國各地瓠瓜生產和豐富瓠瓜種質資源。據文獻記載，熊培桂最早開始瓠瓜引種試驗，成功解決了限制瓠瓜在西寧地區發展的品種因素，接著關振中利用平安地區氣候條件對瓠瓜的引種技術進行了研究。近年來，瓠瓜引種相關報道較多，浙蒲二號瓠瓜新品種及配套爬地栽培技術可在江、浙、滬一帶水稻區推廣，且已在嘉興、余杭、寧波、紹興和江蘇等地區進行推廣，應用效果顯著。早浦2 號通過引種試驗，適宜在廣東陽江市春、秋兩季種植[15]。

2.2 常規選種

瓠瓜地方品種間易于雜交，常出現混雜分離情況，如品質變劣、產量降低、出現苦味等，可采用混合選擇、單株選擇等常規選種技術在地方種植品種中選育出新品種。2003 年廣東省農業科學院在全省率先選育出抗病、優質、豐產的常規品種美豐一號瓠瓜，接著，廣東各地先后育成了美豐一號、美綠一號和粵豐一號等瓠瓜常規品種。陳先知等從蒼南地方品種五月早瓠瓜變異單株中經系統選育獲得瓠瓜新品種溫圓蒲1 號。鄒宜靜等將杭州長瓜經過嚴格自交提純復壯改良育成了改良杭州長瓜品種。

2.3 雜交育種

受黃瓜、西瓜等瓜類作物雜種優勢明顯的啟發。華中農業大學向長萍團隊從20 世紀90 年代開始進行瓠瓜雜交育種研究，用收集的瓠瓜品種純化為自交系后進行雜交，選育出我國第一個瓠瓜雜種一代品種華瓠雜1 號。此后，瓠瓜的雜交育種研究才逐漸發展起來，瓠瓜雜種一代新品種選育逐漸取得了顯著成效。近年來，根據生產上不同需求，我國選育出了不同類型的瓠瓜品種（表1）。

瓠瓜除作菜用，因其抗性優良，與西瓜親緣關系接近，常用作西瓜及其他葫蘆科蔬菜作物的砧木材料。因此，除表1 所列出的菜用瓠瓜品種外，國內一些科研單位相繼篩選、培育出適合作為砧木的瓠瓜品種，如龐兆良等培育出的瓠瓜砧木雜交種雪峰強砧1 號，與西瓜嫁接親和性好，共生親和力強，適宜于我國南方前期低溫寡照條件下嫁接育苗及西瓜重茬區進行嫁接栽培。

表1 我國育成的主要瓠瓜品種

3 瓠瓜遺傳規律研究

3.1 瓠瓜主要農藝性狀的遺傳研究

只有了解了瓠瓜各種性狀的遺傳規律，有目的地設計育種方案，才能將不同的優良基因綜合到瓠瓜個體中。目前，對瓠瓜遺傳規律的相關基礎研究主要集中在抗病性、抗耐（逆）性、瓜形、鮮味及苦味等方面。瓠瓜的形狀、皮色、單瓜質量等3 個果實性狀的遺傳多樣性最豐富，利用果實形狀和單瓜質量可以初步判斷瓠瓜種質之間的親緣關系，瓠瓜瓜長、瓜長生長系數、蛋白質含量等性狀遺傳符合加性-顯性模型，小區產量、雌雄花開花期、鐵離子含量等性狀遺傳符合加性-顯性-上位性模型，雜種生長勢優勢與雜種產量優勢關系密切。瓠瓜果形遺傳調控機制復雜，可能存在一因多效或緊密連鎖的基因。砧用瓠瓜對枯萎病的抗病性與根系生長具有相關性，可以根據根系生長情況快速評價砧用瓠瓜對瓠瓜枯萎病的抗性表現。

3.2 抗病性

白粉病與病毒病是瓠瓜生產上的兩大主要病害，有關瓠瓜抗病性遺傳研究主要集中在危害癥狀、防御措施、生理特性和基因組學方面。20 世紀90 年代，Robinson 等研究指出瓠瓜對白粉病的抗性受1 對隱性基因控制。王玲平等的研究也證實了此結論。瓠瓜對白粉病抗性與其攜帶有利等位變異數目呈正相關，對白粉病的抗性受1 對隱性基因控制，硅能提高酚類代謝的酶活性，提高瓠瓜對白粉病的抗病能力。砧用瓠瓜世代群體對瓠瓜枯萎病的抗性由多基因控制，抗性遺傳符合“加性-顯性”模型，以加性效應為主，且抗病對感病表現為部分顯性。不同家系對瓠瓜枯萎病的抗性遺傳模型為“加性-顯性-上位性”，抗病親本中顯性基因多于隱性基因。

3.3 抗耐（逆）性

國內在瓠瓜抗耐性方面的研究主要集中在耐濕澇、耐低溫等方面。瓠瓜作物根系生長速度、葉綠素含量、POD 活性及MAD 含量可作為瓠瓜苗期耐澇性相關指標，綜合判斷瓠瓜苗期耐澇性。瓠瓜親本JZS 的耐濕澇特性由1 對顯性單基因控制，F的不定根數目比耐濕澇親本JZS 增多，表現出超親優勢。采用外部形態指標和生理生化指標可以正確評價蒲瓜的耐熱性，相對電導率、Pro 與MDA 含量與冷害指數可以作為選擇瓠瓜抗寒性品種的指標。

3.4 苦味遺傳

遺傳特性是苦味產生的內因，有研究證實，瓠瓜變苦與栽培管理及外界條件沒有關系，苦味是由顯性基因和另一對基因和決定的，只有植株同時存在和-時才使果實形成一種糖甙——葫蘆甙而產生苦味的性狀，基因互補作用是造成瓠瓜變苦的原因，其含量以果實的外果皮部分最高，葉部、莖部、卷須、花冠上均無苦味物質存在，所以瓠瓜不能在其開花結果前判斷其是不是苦味瓤瓜。張谷曼研究發現瓠瓜果實苦味的產生涉及2 對基因的互補作用，需要顯性苦味基因與顯性基因的共同存在，缺一不可。

但也有研究發現，苦味的產生與環境因子有一定的關系，嫩葉含氮量過低或嫩瓜中含氮量過高會明顯導致苦味瓜的出現，推測是因為在瓠瓜生長過程中，異常的N 代謝導致苦味素在瓠瓜中產生并積累，從而引發苦味產生。可見，氮素與苦味的發生有一定相關性。也有研究表明瓠瓜變苦是一種返祖遺傳現象，具體機制還有待進一步研究。

4 瓠瓜生物技術育種研究

4.1 瓠瓜分子標記輔助育種

分子標記輔助選擇是育種中常用的手段。盡管瓠瓜基因組相對較小（約為630 Mb），從分子水平檢測瓠瓜不同種質間遺傳多樣性的研究還較少。近年來，瓠瓜的基因組序列信息和位點特異性分子標記研究開始被重視起來。

4.1.1 瓠瓜相關基因的分子標記開發 基因分子標記研究是進行分子標記輔助選擇育種、分離和克隆基因的基礎。目前已公開的與瓠瓜有關的標記種類、數量相對較少，見表2。利用瓠瓜轉錄組數據進行SSR 標記開發，可為其遺傳多樣性分析和遺傳圖譜構建提供更豐富可靠的標記選擇。王玲平等開發了國際上首個瓠瓜白粉病標記GPDSATG/CTC75，與白粉病抗性基因的連鎖距離為9.6 cM，可用于瓠瓜抗白粉病品種的輔助選育；宋慧等首次通過分子標記分析瓠瓜耐澇性，篩選到瓠瓜SSR引物S87/88-230 bp，與瓠瓜耐濕澇相關的不定根數目基因的連鎖距離為8.8 cM，為進一步利用分子標記輔助選育耐濕澇瓠瓜新品種提供有效標記。

表2 瓠瓜相關性狀的分子標記與定位

4.1.2 瓠瓜遺傳圖譜的構建與基因定位 李國景挖掘開發了大量SSR、SNP、InDel 等分子標記，構建了含3186 個標記的首張高密度瓠瓜分子遺傳圖譜，定位了37 個與果形關聯的QTLs，其中包括1個控制長形果向圓形果轉變的主效QTL，篩選到與苦味互補基因連鎖的一對InDel 標記，可以預測品種果實是否會出現苦味。汪穎等團隊構建了包含12 個連鎖群和68 個SNP 標記的遺傳連鎖圖，總長度達826.3 cM，共檢測出24 個果形相關性狀的QTL，隨后在F群體中檢測到一個控制瓠瓜果實由圓形到長棒形轉變的主效QTL，并鑒定出3 個主要瓠瓜果形調控關聯區域，對揭示瓠瓜復雜果形的遺傳調控機制具有重要意義。宋慧等獲得了甬砧系列瓠瓜的分子指紋圖譜，該圖譜能有效區分甬砧系列及其對照，起到品種鑒定與保護的作用。

4.1.3 瓠瓜親緣關系和遺傳多樣性 分子標記技術以其準確性高、速度快、周期短而較多地應用于瓠瓜種質親緣關系分析和種質資源多樣性檢測方面。世界范圍內瓠瓜可以以大洲為界限劃為不同類群，非洲、亞洲的瓠瓜種質是相對獨立的，新大陸（美洲）的種質起源于非洲，但受到了亞洲種質的一些影響，源自日本的瓠瓜品種與源自中國和泰國的瓠瓜品種存在地理分化現象，分屬于不同的分支。瓠瓜地方品種間的形態多樣性是人類長期選擇、近親繁殖、自花傳粉的共同結果，瓠瓜類群分布主要與種質資源的地理位置相關，不同產地瓠瓜品種間存在豐富的遺傳變異和地理分化現象，瓠瓜的農藝性狀分類和地理分布與分子標記存在一定的相關性。還可以通過分子標記對收集的瓠瓜地方種質資源進行表型鑒定和遺傳多樣性分析，為開展瓠瓜育種研究、指導親本選配以及構建瓠瓜種質庫提供依據。

4.1.4 瓠瓜種子純度鑒定 要發揮瓠瓜雜交種的優勢，最根本的是要保持雜種一代的純度。隨著DNA 分子標記技術的發展，瓠瓜開始使用不同類型DNA 分子標記鑒別種子的真偽和純度，已有相關報道研究使用AFLP、SSR、RAPD、SRAP、InDel 等分子標記技術進行瓠瓜種子純度鑒定，但操作性復雜、難度大、推廣難，而利用SNP 分子標記對瓠瓜種子純度進行鑒定，不失為一種準確、簡便、快速的品種鑒定和純度檢測方法。

4.2 瓠瓜基因克隆

近年來，育種家逐漸在瓠瓜抗病育種上開始運用基因克隆技術，并取得了一些進展。趙芹等首次對瓠瓜逆轉錄酶序列進行克隆分析，利用Ty1-copia 逆轉座子轉錄酶保守序列設計簡并引物，得到25 條逆轉錄酶序列，為利用逆轉座子開發分子標記研究瓠瓜遺傳變異及進化途徑奠定了基礎，并從大籽瓠抗性材料基因組DNA 中分離抗病基因的同源序列，獲得23 條瓠瓜NBS 抗病同源序列，為進一步克隆瓠瓜功能性抗病基因以及分子標記輔助選擇抗病品種奠定了基礎。

4.3 瓠瓜組織培養

瓠瓜組織培養研究報道較少，李勁松等系統地研究了瓠瓜子葉外植體直接發生不定芽，以及不定芽生根壯苗培養的影響因子。結果表明，以子葉基段打孔或切開產生不定芽頻率較高，以MS 培養基，添加1.0 mg·L的6-BA 對于誘導瓠瓜子葉外植體分化出不定芽比較理想，附加1.0 mg·L的NAA可用于不定芽的生根壯苗培養，可獲得健壯的完整植株，其根系發育良好，平均單株根數達5.3 條。

4.4 瓠瓜基因組測序

隨著測序技術的發展和測序成本的大幅度降低，我國傳統特色蔬菜作物瓠瓜開始有了全基因組方面的研究。中國瓠瓜種質資源的基因組大小為329.11～344.56 Mb，建立了瓠瓜基因組信息相關數據庫，可為瓠瓜基因組文庫構建、測序深度分析和基因組組裝提供理論依據。Wu 等首次對瓠瓜自交系USVL1VR-Ls 進行基因組De Novo 測序分析，揭示了葫蘆科植物基因組進化史。許端祥等對福州芋瓠瓠瓜葉片進行了高通量無參轉錄組測序分析，共獲得664 252 268 個reads 片段，經序列組裝共計獲得87 518 個Unigene，總長度高達91 405 320 bp，76.03%的Unigene 長度主要集中在1～1000 bp。

5 問題及展望

5.1 重視瓠瓜品種多樣化和種質資源的收集鑒定

中國種植瓠瓜歷史悠久，全國各地均有栽培且品種十分豐富。國內已在水稻、小麥等糧食作物和主要蔬菜作物上建立了核心種質庫，但瓠瓜的核心種質庫尚未建立。雖然結合第三次全國農作物種質資源普查與收集行動，部分省區如福建、浙江、廣西等地對瓠瓜種質資源進行收集鑒定，但整體來看，對瓠瓜種質資源的系統研究不夠深入，也缺乏對我國瓠瓜種質遺傳多樣性的全面分析。因此應加強對瓠瓜野生特異種質的引進與發掘利用，從世界各地收集、挖掘優異的瓠瓜種質資源，挖掘并利用其中優良抗性、品質等性狀基因來豐富育種資源，對資源性狀進行精深系統的分析、鑒定和評價，利用新技術、新方法創新瓠瓜育種資源。

5.2 應加強瓠瓜育種相關的基礎研究

我國開展瓠瓜育種研究較遲、基礎較薄弱，雖然取得了一些進展，但相對葫蘆科其他瓜類作物，瓠瓜重要性狀遺傳學基礎研究起點低、起步晚，遠遠落后于西瓜、黃瓜、甜瓜和南瓜等其他瓜類作物。利用常規育種、雜種優勢等方法進行產量、抗病、品質育種仍占主導地位，國內還未見誘變育種的相關報道，分子育種也處于起步階段，對瓠瓜主要性狀遺傳規律、性狀遺傳力等基礎性研究也不多。應利用現代生物技術打破傳統育種的局限性，加強對瓠瓜遺傳規律、種質遺傳力等基礎研究，為瓠瓜育種提供可預見性。

5.3 抗性育種仍然是瓠瓜育種的重要方向

我國對瓠瓜大部分的研究集中在標準化栽培技術、品種選育、生理特性方面，而目前市場上瓠瓜品種的抗病性、抗蟲性、耐冷涼、苦味性問題仍然存在。國內育種家應加強瓠瓜兼抗或高抗主要病害及對逆境（干旱、濕澇、低溫）的強抗逆性方向的育種工作，緊密結合市場受歡迎的外觀性狀和內在性狀及產量等。育種方向從單抗性品種向多抗性品種轉變，可以減少農藥的使用和對環境的污染，生產綠色有機農產品，滿足人們對健康低碳生活的需求。

5.4 加強分子育種研究

分子育種技術在瓠瓜遺傳育種研究中處于初級階段，與傳統育種結合起步較晚，如基因編輯技術等現代生物技術等還未完全進入實用階段，使新品種選育進程偏慢，自主選育的瓠瓜品種還不能完全滿足社會需求。現代生物技術對一些重大問題如提高抗病蟲性、突變體保存利用、優良材料快繁技術、種質資源篩選等方面起有效的輔助作用，如瓠瓜分子遺傳圖譜構建、重要性狀基因定位、遺傳轉化、指紋圖譜數據庫建立、分子標記選擇育種等，對瓠瓜育種材料和育種技術的創新、重要農藝性狀基因挖掘產生較大效果，具有廣闊的應用前景。