广东省菜薹（菜心）育种研究进展

李光光 张 华 黄红弟 乔燕春 郑岩松

（广州市农业科学研究院，广东广州 510308）

菜薹（菜心）〔Brassica campestrisL. ssp.chinensis（L.）Makino var.utilisTsen et Lee〕是十字花科芸薹属芸薹种白菜亚种的一个变种，为 AA基因型植物，起源于广东。菜薹风味独特，生育周期短、复种指数高，也是广东省栽培面积最大和市场供应最主要的蔬菜。菜薹品种的选育方法主要有系统选育法、诱变育种、杂种优势利用、组织培养、分子标记辅助选择育种以及抗性及品质育种。本文就目前广东省菜薹育种发展现状与存在问题进行简要的论述。

1 菜薹育种方法

1.1 系统选育法

系统选育法最早在20世纪60年代广州市冼村菜农对四九菜心的选育（张衍荣，1997），即根据育种目标对品种内的不同株系进行多次选择、比较鉴定，筛选出优良的品种。目前用该方法育成并通过广东省品种审定的品种有油绿粗薹菜心（李桂花 等，2010）、四九-19号菜心、迟心2号、迟心29号、油青12号早菜心、绿宝70天菜心、特青迟心4号等。该方法直接根据植株的后代与原始群体的表现差异对具有优良性状或目标性状的群体进行选育，但育种时间长，如果是连续的单株选择，又会造成近亲交配，后代生活力下降（胡延吉，2003）。

1.2 诱变育种

诱变育种是利用理化因素诱发变异，通过选择育成新品种的方法。廖飞雄等（2003a）将60Coγ射线辐射菜薹种子和菜薹茎尖，利用离体培养技术，发现对种子的适宜辐射剂量是200 Gy左右，经催芽的种子为50～100 Gy，离体培养的茎尖为40～70 Gy。将油绿50天菜心和油绿 80天菜心两个品种利用空间诱变处理，经RAPD分析原种与定向选育5～6代的变异株系发现，原种与突变后代在DNA水平上存在差异，说明突变体基因发生了点突变或染色体互换、缺失（张金艳 等，2010）。

诱变育种可以在合适的诱变剂下产生点突变，实现某一缺点的改变，但该品种的其他优良性状也发生改变。另外，诱变育种的有利变异频率低，且多为隐性，后代性状鉴定困难，在育种过程中要遵循细胞遗传学原理进行筛选。对以种子为诱变材料的选育，由于其在M1代为变异的“嵌合体”，故需要 4～5代鉴定选择（陈大成 等，2001）。因此，诱变育种仍然要和其他育种方法结合才能实现品种的改良，而组织培养有利于保持和积累染色体变异，将诱变与组织培养结合起来，可以大幅度提高易位染色体频率（夏承志和张玲华，2006）。如菊花等花卉利用辐射与组织培养相结合的手段来加速筛选过程，已经取得了很好的效果（赵月芬和李斌麒，1990；丁慧清 等，1992）。

1.3 杂种优势利用

据统计，在已发现的雄性不育材料中，约 10%的核不育材料、70%以上的细胞质雄性不育材料都是通过种间或属间杂交获得的。研究表明，具有相同或者相近染色体组的种间杂交亲和性较强，容易得到杂种（刘忠松 等，2001；徐书法 等，2004）。芸薹属植物的A、C 两个染色体组之间存在着较密切的同源性（Lagercrantz & Lydiate，1996；Cheung et al.，1997；郄丽娟 等，2007）。刘胜洪等（2006）也认为菜薹（2n=20，AA）和普通白菜（2n=38，AACC）有AA组染色体相同，且其种间杂交有低度育性，其后的研究表明：在 BC3代的群体植株测定中，不育比率为94.60%，接近BC2代植株不育率水平，说明在不断的回交过程中，植株的不育率越来越高并相对稳定。梁红等（1994a，1994b）用甘蓝和菜薹杂交，并用胚培养获得了杂交后代，甘蓝×菜薹的杂种后代较接近菜薹，表现偏父遗传。这就为芸薹属间的不育源向菜薹中转育创造了可能性，其不育源多的基本上存在于甘蓝型油菜和普通白菜中。

由于广东省内菜薹的遗传资源基础狭窄，导致菜薹种类至今还未发现可以利用的雄性不育源。目前主要利用回交转育的方法将亲缘关系较近的甘蓝型油菜和普通白菜中的不育源转入菜薹中。广州市蔬菜科学研究所彭谦等（1989）以甘蓝型油菜湘油A不育源为母本，以菜薹及普通白菜为父本，通过种间杂交和连续回交，选育出菜薹胞质雄性不育系和相应的保持系以及早、中、迟熟父本自交系，基本上实现了三系配套。刘自珠等（1996）利用甘蓝型油菜湘油A不育源与四九-19号菜心回交转育得到的菜薹不育系，利用台山白菜×马耳白菜 F3中不育株再与四九-19号菜心杂交，从其自交后代中得到的可育株作保持系，经 4代回交转育得到菜心胞质雄性不育系002-8-20A，陆续配制出多个杂种一代新品种，其中早优1号、早优2号、中花杂交菜薹已在生产上推广应用；同时对其恢复保持关系进行了研究，研究结果表明菜薹胞质雄性不育系易找到恢复系而难找到保持系，是一个恢复品种广谱的雄性不育系。后经数代种植发现，该不育材料的农艺性状分离较大，叶片伸长、叶柄较长、侧芽多，而且该不育系的不育源中带有波里马细胞质雄性不育（Pol CMS）遗传物质，导致选育出的不育材料中的不育性不稳定，在温度变化中出现微量花粉，育性恢复。这对杂交种的生产及品种的种植都极为不利，因此，对该不育性稳定的改造也成了菜薹杂种优势利用的重点工作。

1.4 组织培养

芸薹属植物的花器官组织培养分化能力以及子叶、下胚轴、根切段、茎段作外植体通过愈伤组织再分化成芽（井忠平 等，1989）的研究结果表明，可以用组织培养来对菜薹现有品种的某些性状进行改良。张兰英等（1994）以萌发3～4d（长约4 cm）的菜薹无菌苗的下胚轴为材料，经原生质体培养，得到了完整的植株。张鹏等（1995）配合使用AgNO3与ABA，在离体培养条件下培养49-19、60D和70D 3个菜薹品种，研究发现子叶-子叶柄再生能力最强，可以获得高频率的植株再生。陈卓斌和吴梅珍（1998）以雄性不育株的幼嫩叶片作为外殖体，以 MS为基本培养基，短期内能获得大量试管苗。廖飞雄等（2003b）对不同品种菜薹的茎尖离体培养，结果认为BA 0.8 mg·L-1以上、NAA不超过0.5 mg·L-1能获得较好的增殖效果，而KT和ZT单一使用效果较好。

菜薹的耐热性可以用羟脯氨酸含量来衡定（廖飞雄和潘瑞炽，2001a），因此可以用逆境下离体组织的耐羟脯氨酸特性进行新品种选育。廖飞雄和潘瑞炽（2003c）在离体菜薹种子、茎尖和愈伤组织筛选耐羟脯氨酸变异的研究中，经0.3 mg·mL-1的羟脯氨酸3～4个周期对菜薹茎尖和愈伤组织筛选后，可获稳定抗性株系，种子萌发后的幼苗在浓度1.0 mg·mL-1的羟脯氨酸上，经4个世代连续筛选可获抗性株系，而浓度3.0 mg·mL-1的羟脯氨酸可用于幼苗的前期淘汰。廖飞雄和潘瑞炽（2004）利用离体60天特青，筛选出的一个耐羟脯氨酸品系Hypr 01，在人工气候箱模拟栽培高温逆境下，Hypr 01和未经选择的60天特青相比，有较强的耐热性。

离体培养不仅能够快速得到目的性状的菜薹材料，而且可以将优良性状的单株迅速保存并快繁，从而为菜薹育种减少一定的时间。但是对于优良性状的纯合，就不得不用小孢子、花粉培养，这正是目前菜薹育种工作中比较欠缺的。

1.5 分子标记辅助选择育种

分子标记是检测种质资源遗传多样性的有效工具（胡延吉，2003），该方法是通过基因定位，找到与目标基因紧密连锁的分子标记，然后通过分子标记，间接地对目标性状进行选择。王丽等（2006）用改良的 CTAB法提取菜薹基因组，并优化了 RAPD反应体系。孙雪梅等（2007）以菜薹为材料，确立了适合菜薹ISSR-PCR分析的最佳反应体系和PCR扩增参数，应用该反应体系和反应参数从15 条ISSR引物中筛选出5条引物可供菜薹ISSR-PCR反应分析。

目前分子标记技术已经越来越广泛地运用在各种叶菜类育种工作中，而分子标记在菜薹的辅助育种上的应用，则很少见到报道。

1.6 抗性及品质育种

广东气候高温高湿，病害对菜薹的品质性状的危害很大，病毒病是菜薹栽培中的主要病害，而田间以TuMV及其复合毒株为主（李学文，1989）。华南农业大学植保系以四九菜心、60天特青等35个菜薹品种为鉴定材料，经病毒病接种后筛选出60天特青为最耐病的原始材料，经单株选择选出代号为 8722的中花菜薹，对其进行优质、丰产、耐病毒病的系统选育，选出 8722菜薹新品种。郑岩松（1996）利用芥兰与菜薹进行远缘杂交和回交，从远缘杂种后代中选择出抗TuMV的菜薹品种，而且远缘杂种后代对TuMV的抗性水平取决于轮回亲本的抗性水平。

菜薹品质主要包括商品外观形态、营养和风味（张华和刘自珠，2010），优质的四九菜心营养成分中每100 g菜薹食用部分的能量为89 kJ、粗纤维0.91 g、粗蛋白2.15 g、粗脂肪0.69 g、碳水化合物1.65 g、VC 52.16 mg，并富含P、Fe等14种矿质营养元素，总氨基酸含量达275 mg·g-1，包含以软脂酸为主的9种饱和脂肪酸和以亚麻酸为主的4种不饱和脂肪酸，其可食用部分的总黄酮达1.73 mg·g-1，但不含有生物碱类化合物（杨暹 等，2002）。梁承愈等（1994）通过研究菜薹生长发育的内部结构后认为优质菜薹的标志是近茎端上段始终具分裂能力，其维管束小，未木质化；当维管束木质部大于韧皮部时，菜薹的品质上段较好；而当茎薹基部皮层与髓部薄壁组织明显疏松时，细胞间隙多而大、维管束多而密，次生木质部比例大，品质变劣，无食用价值。菜薹炭疽病在广东普遍发生时间是每年的4～9月，不仅影响菜薹的外观和内在品质，而且减产严重（张华 等，2000）。目前菜薹多以品质育种为研究重点，而将抗性与品质育种相结合方面重视较少。

2 存在的问题

面对层出不穷的育种手段，广东省菜薹育种方法仍显得较为传统。广州市农业科学研究院在20世纪90年代，利用现有的不同菜薹材料杂交，培育出油绿50天、绿宝60天、油绿701等菜薹新品种；同时该单位的研究人员对菜薹高代自交系间组合优势表现进行了测定，并选育出早优 3号菜薹。而在杂种优势，特别是在菜薹不育系的选育、基因工程的运用方面，选育的品种都未在生产上广泛应用。

2.1 雄性不育的选育

广州市农业科学研究院虽然用 Pol CMS甘蓝型油菜湘油 A为不育源培育出菜薹不育系002-8-20A，后代繁育发现其不育性不稳定，仍然没有大量的投入生产。Pol CMS的不育性在多数材料中都不稳定，随着回交保持代数的增加和环境的改变都会产生一些微量花粉（Burns et al.，1991；唐章林 等，1997）。广州市农业科学研究院得到的菜薹不育系与Pol CMS不育系一样存在一定温度下产生可育花粉，这主要是取决于来自父本的细胞核（杨光圣和傅廷栋，1987），而通过筛选缺乏温度敏感基因的保持系，可育成不育性稳定的不育系（傅廷栋 等，1989）。唐章林等（2010）以Pol CMS不育系为母本，与（甘蓝型油菜×羽衣甘蓝）×甘蓝型油菜复合杂交高世代群体单株成对杂交、连续回交，获得了不育性彻底、对环境温度变化钝感且育性稳定的甘蓝型油菜CMS不育系DA，并认为育性稳定的根本原因可能是DA携带有对温度钝感的不育基因。因此通过广泛测交复合杂交高世代的群体单株，可能解决不育系的温敏问题。

2.2 菜薹抗性与品质育种

菜薹品种的抗性降低会使其产量减少、品质等级下降，而抗病性的形成是病原体与寄主间一系列的生物、生理和生化等相互作用的结果，这就要求菜薹原始材料的收集要在杂交近缘种、野生种甚至不同属植物中进行。就外形而言，一般叶色较浅的早熟黄叶菜薹品种的抗病性较强，叶色较深的早熟油青和中熟品种次之，叶色深绿的中迟和迟熟品种抗病性较弱（张华 等，2000）。抗性较强的菜薹品种，需从抗性较强的菜薹材料中选育。在杂交育种中所用的抗病亲本特别是野生种，一般是纤维或酸含量高、品质风味差等，而且遗传基础比较复杂，不同株系的抗性也有较大差异，因此有必要对现有材料进行抗性与品质性状初步评价（柳李旺 等，2001），在杂交方式上需要分别采用复式杂交或多代回交，考虑到后代群体分离较大，其育种的规模和年限也相应较长（陈大成 等，2001）。

2.3 基因工程在菜薹不育中的研究

通过基因工程将功能基因转入菜薹植株中，可以方便快捷地得到功能基因的特定功能，极大地简化田间选育的工作强度和缩短育种时间。曹必好等（2008）以菜薹带柄子叶为外植体，利用根癌农杆菌导入法将TA29-barnase基因转化菜薹中，获得的转化植株具有雄性不育的特性，与其他菜薹杂交获得的F1植株在生长势和产量方面表现优势，表明开展菜薹优势育种具有一定的潜力。肖旭峰等（2008）通过RT-PCR法克隆并获得了两个决定菜薹开花的关键基因BrcuFLC和BrcuFRI，分析表明BrcuFLC基因在早、晚熟菜薹品种的表达量随真叶数增加而逐步减少，在茎、叶中的表达强，花次之，根中较弱；BrcuFRI则在早、晚熟菜薹品种的所有阶段表达量都较低，而在根中的表达量明显高于茎、叶和花。另外，肖旭峰等（2010）研究了与菜薹开花有关的基因片段BrcuFCA在不同时空表达的特性，推测菜薹主要的抽薹开花途径不是春化和FRI-依赖途径，而很可能是自主开花途径。张鲁斌等（2010）首次从菜薹中克隆了苯丙氨酸解氨酶（PAL）基因的全长cDNA，命名为BcPAL1，该基因编码的氨基酸序列与十字花科类植物的PAL聚为一支，两者具有较近的亲缘关系。基因工程已经在育种中显示了强大的便利，为广东省菜薹育种的运用提供了一条新的方法和思路。但该法主要以理论研究为主，对菜薹的实际育种指导较少。

3 展望

目前，系统选育法、诱变育种、杂种优势利用、组织培养、分子标记辅助选择育种以及抗性育种在菜薹育种工作中已选育出很多菜薹新材料。目前，广东省菜薹品种仍是常规种，并以系统选育方法为主，但长期的使用造成遗传资源枯竭、后代选育品种缺乏新的抗性基因，品种缺乏竞争优势。因此要利用多种育种手段为菜薹新品种的选育服务。

3.1 菜薹杂种优势利用

现有的菜薹不育源主要从含有Pol CMS的甘蓝型油菜不育材料中导入，创造的菜薹不育系含有甘蓝型油菜的部分特性，为菜薹杂交种的推广带来了弊端。菜薹是由易抽薹的普通白菜经长期驯化选择得到的（张华 等，2000），两者间存在较近的亲缘关系。目前大白菜中已存在CMS96雄性细胞质不育系（张德双 等，2005）、普通白菜中有不育株率达100%的异源胞质雄性不育系黄苗寒青A等（金永庆 等，2001），为菜薹不育系的选育奠定了基础。

3.2 菜薹抗性与品质育种

根据经济和文化条件的侧重点不同，各地区对菜薹商品品质的标准存在一定的区域性差异，如有要求叶色淡绿、植株高、腋芽萌发能力强的菜薹品种，有侧重叶片缺刻较多的菜薹品种。但一般对于抗性和品质两者都较好的菜薹品种更为欢迎，这就要求菜薹抗性和品质育种要兼顾当地消费标准和市场需求来及时调整育种策略。

3.3 新技术辅助选育菜薹新品种

实践证明，利用诱变技术、组织培养创建新的菜薹资源已经成为比较方便的手段，但这些新技术创造出的菜薹资源目前还没有相关品种的选育报道；而在利用分子辅助育种和基因工程研究单个基因片段功能方面，已经有了一些相关报道，为菜薹性状的机理研究打下了应用基础，但运用在菜薹新品种选育实践中仍然比较缓慢。

目前在菜薹品种中还没有发现自然变异的雄性不育单株，这就要求菜薹育种相关单位在利用杂种优势育种创建菜薹雄性不育系方面要借鉴更多的十字花科不育源，并利用远缘杂交将属间十字花科的不育性状转入菜薹品种中创建菜薹胞质细胞质雄性不育系，另外借助花药、小孢子培养创建菜薹的 DH群体，利用分子标记辅助育种和基因工程的可操作性技术，为菜薹育种工作者提供了更加可靠、便捷的选育手段。

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