番茄种质资源的创新取得了什么成果？

我国对蔬菜种质资源进行了哪些创新与利用？~

种质资源创新的主要目的是增加种质资源的遗传多样性和获得生产和育种所需的优异种质。按其目标的不同可分为两大类：一类是以遗传学工具材料为主要目标的种质资源创新，例如非整倍体材料、近等基因系、双单倍体系等的创建；另一类是以育种亲本材料为主要目标的种质创新（方智远、李锡香，2004）。近代以来，尤其是达尔文对物种遗传、变异的解释和自然选择、人工选择的进化理论；孟德尔的后代分离和独立分配规律；摩尔根的染色体、基因及连锁遗传理论创立以及从20世纪70年代兴起的分子遗传学，使种质资源的改良创新以及通过作物遗传育种改变其性状方面有了更多的自由（朱军，2004），也使蔬菜种质资源的改良创新及其遗传育种取得了较快进步。中国，特别是在“九五”、“十五”期间，“蔬菜种质资源的创新和利用研究”已成为蔬菜种质资源研究的重点，其进步也颇为显著。
中国从20世纪50年代开始研究甘蓝的自交不亲和系，并于60年代初由原中国农业科学院江苏分院、上海市农业科学院园艺研究所，分别在晨光大平头、黑叶小平头等甘蓝品种中进行自交不亲和系的选育，并初步获得103和105两份自交不亲和系。70年代初，中国农业科学院蔬菜花卉研究所等单位系统地开展了甘蓝自交不亲和系和杂种优势利用研究，通过连续自交、分离鉴定、定向选择的方法，先后选育成7224-5-3等具有不同熟性、不同类型的10个自交不亲和系及其配制的“京丰1号”等7个甘蓝杂交种，使中国蔬菜杂种一代利用研究取得突破性进展。此外，甘蓝显性核基因不育系的研究也取得了重要进展，它为中国所特有，已在2001年获得发明专利，并已育成01-216MS等5个具有不同熟性、不同类型的可实用的显性雄性不育系，为甘蓝一代杂种制种开辟了一条新途径；利用这些不育系作母本，已配制出中甘16、17、18、19、21等5个杂交种，经过审定已开始在生产上推广应用（方智远，2002）。大白菜和白菜原产于中国，种质资源十分丰富，经过长期改良，形成了各种不同熟性、不同类型的种类和变种。近20多年来，大白菜已育成一大批具有整齐、抗病、丰产特性的新组合，制种途径主要采用选育自交不亲和系、高代自交系、雄性不育系等。在已育成的200多个组合中，有自交系55个，自交不亲合系212个，雄性不育系21个。雄性不育系的选育，已分别育成雄性不育两用系（单基因雄性不育）、核基因互作雄性不育系、甘蓝型油菜雄性不育系等，这些不育系进一步丰富了亲本的种质资源类型（徐家炳、张风兰，2002）。在白菜的亲本改良上，南京农业大学，上海、广东等省（市）农业科学院主要在当地的优良地方品种中，选育出一批自交系或雄性不育两用系，已配制出一代杂种矮杂系列、矮抗系列、黑叶白菜17号、夏冬青等品种，并广泛在生产上应用。中国辣椒种质资源丰富，类型多样，很有利于种质资源的改良创新。张继仁（1980）从湖南地方品种中筛选出衡阳伏地尖辣椒等7个优良地方品种及道县早泡椒等10个在某一或若干个性状上比较突出的品种。江苏农业科学院蔬菜研究所从地方品种中筛选出如南京黑壳等优良地方品种，进而选育出一批新的亲本材料。中国农业科学院蔬菜花卉研究所引用对TMV和CMV抗性较强的辣椒品种二斧头、灯笼椒、栾川椒与易感病但经济性状好的茄门、同丰37号甜椒作亲本，通过杂交分离、多代回交、抗病性鉴定等方法，筛选出90-109、90-111、90-138、91-126、90-136等系列优良亲本。其他如北京、沈阳、天津市等地有关研究单位也各选育出一批优良亲本材料。进而形成了中椒、湘研、苏椒、甜杂、沈椒、辽椒、哈椒、津椒、海花等在国内生产上颇具影响力的系列优良品种。与辣椒相似，中国黄瓜种质资源也相当丰富，一大批各种类型的地方良种经过育种工作者的改良创新已成为生产上广泛应用的杂交种的重要亲本材料。如天津黄瓜研究所以抗性较好的地方品种天津棒槌瓜和唐山秋瓜为材料，杂交选育出津研系统黄瓜。又如华北刺瓜类型的北京大刺、长春密刺、新泰密刺、宁阳大刺等地方品种及华南类型的安徽小白条、成都二早子、广州青皮吊瓜、广州大青黄瓜等等，对育成现有各种系列的杂交种提供了丰富的种质资源（侯锋，1999）。目前如天津黄瓜所的津绿、津春、津优系列，中国农业科学院蔬菜花卉研究所的中农系列，北京市农林科学院蔬菜研究中心的北京系列和迷你系列，广东省农业科学院的粤秀黄瓜等等均包含了华北、华南类型以及国外温室黄瓜的亲缘关系。
应用国外种质材料经过改良并用于中国蔬菜新品种选育的例子很多，在番茄和辣（甜）椒的新品种选育上更为突出，20世纪70年代由日本引进的番茄品种强力米寿除在生产上直接大面积推广应用外，还被选育成自交系，在中国农业科学院蔬菜花卉研究所育成的中蔬系列番茄品种中作为亲本材料利用。70年代由美国引进的番茄种质材料玛纳佩尔Tm-2v是番茄抗烟草花叶病毒（TMV）的抗源，含抗病基因Tm-2v，该品种表现特别，具有苗期生长缓慢、叶片黄化、开花迟、结果少、果实小等特点。经中国农业科学院蔬菜花卉研究所、江苏、西安、北京等蔬菜科研单位根据育种目标进行转育，已先后选育成如粉果、有限生长、大果等不同类型含抗病基因Tm-2v的材料，并以此为亲本育成了中蔬、中杂、红杂、苏抗、佳粉、佳红、西粉、浦红、浙红、浙粉、东农、渝杂等系列品种。据不完全统计，以上单位所培育出的含Tm-2v基因的一代杂种，每年制种量约逾10万kg，占全国番茄商品用种量的50%左右，累计推广面积约66.7万km，且大大降低了烟草花叶病毒（TMV）在全国的危害程度，改善了市场供应，社会经济效益显著。又如由美国引进的组合力强的Ohio-MR9、含抗叶霉病的系列基因，经过改良转育成抗病材料，并育成了一大批露地和保护地番茄良种。此外，由日本引进的，用英国温室作物研究所筛选出的6个不同基因番茄品种组成的GCR系统番茄，作为番茄上TMV株系的鉴别寄主谱，对摸清中国番茄烟草花叶病毒（TMV）危害情况具重要作用（李树德、冯兰香，1995）。在辣（甜）椒国外优良种质资源的引进上，如中国农业科学院蔬菜花卉研究所从法国引进的优良抗病材料，有抗白粉病的H3、CI、PRIMOR等材料，以及2个抗疫病的商业品种，通过系谱选择法选出了6个优于茄门、对疫病达到抗病和高抗水平的株系，其中4株系兼中抗黄瓜花叶病毒（CMV）和烟草花叶病毒（TMV），对进一步开展甜椒抗疫病育种具有积极作用（张宝玺等，2005）。中国农业科学院蔬菜花卉研究所创新的黄瓜新种质“G5224”，结合了北京小刺、欧洲品种和美国品种的优点，表现全雌性、极早熟、耐低温、高抗角斑病、枯萎病，抗黑星病、白粉病和霜霉病，实现了具有不同血缘的抗病基因源的聚合。新种质“1613”源于欧洲型温室黄瓜与华北型刺瓜杂交选系，该材料表现强雌性、极早熟、耐低温、高抗角斑病、枯萎病，抗黑星病、白粉病和霜霉病。另外，利用具有野生血缘的优良加工抗病品系S452和优良炸片加工品种Atlantic的优点创造出马铃薯新种质“中蔬9408-1”，其炸片颜色为2.5级（美国快餐食品协会标准1～10级，以1级为最优），相对密度（比重）为1.092，平均干物质含量为22.19%，产量比对照品种大西洋增产13.65%。室内接种鉴定，抗马铃薯X病毒，高抗马铃薯Y病毒；田间鉴定抗马铃薯晚疫病。这将在改变国内马铃薯市场加工品种为国外品种所独占的局面中发挥重要作用。上述研究结果表明，通过常规杂交、分离、回交、选择等方法进行蔬菜种质资源的改良创新仍是目前采用的主要方法，而且效果显著。
除采用上述方法外，近年还利用花药和游离小孢子培养技术，选育优良的亲本材料。花药和花粉培养是快速获得优良纯系的有效方法，与常规多代自交获得纯系相比，具有周期短、效率高、纯系稳定等特点。而游离小孢子培养还具有花药培养所不具备的单细胞单倍体、群体数量多、自然分散性好、不受体细胞干扰、便于遗传操作等优点，而且能够快速获得双单倍体高纯度材料。河南省生物技术研究所在近10多年的时间里采用该项技术成功地培育、繁殖了大白菜品种8个，推广面积20万km。这是小孢子培养技术在蔬菜种质资源创新和遗传育种上的成功例子。此外，在芸薹属植物中先后对油菜、芥菜、大白菜的、白菜、甘蓝和芜菁等进行了游离小孢子培养，并获得了再生植株（蒋武生等，2002）。北京市海淀区植物组织培养技术实验室利用从日本引进的平安荣光品种，经花药培养和选育，1982年育成了中国首个花培甜椒品种海花3号；利用保加利亚辣椒经花培育成了海花1号辣椒，并进一步育成用花培品系作亲本的海丰系列杂交种10余个，在生产上大面积推广。此外，张家口市蔬菜研究所经多年研究也育成了以塞花命名的花培品种，并在生产上推广应用（邹学校、蒋钟仁，2002）。游离小孢子培养和花药培养技术，在细胞水平上为蔬菜种质资源的改良、创新和遗传育种开拓了一条新的途径。
近年，原生质体培养和体细胞杂交技术也已用于蔬菜种质资源的改良与创新研究。胡萝卜原生质体融合在7个融合组合中获得再生植株，在1个融合组合中成功地实现了胡萝卜瓣花性雄性不育性的转育。原生质体融合获得6个优良茄子品种与两个茄子野生远缘种的体细胞杂种植株，并将野生茄子中的抗病基因转到普通茄子中（李锡香等，2006）。
此外，植物基因工程在蔬菜种质的改良与创新方面也取得了一些新进展，例如在控制蔬菜果实成熟基因的利用上取得了成功。叶志彪等利用番茄乙烯形成酶（EFE）cDNA克隆，构建反义载体，通过农杆菌Ti质粒介导，转化子叶外植体，感染的外植体与农杆菌共培养，再生出完整的番茄植株。经检测，导入的标记基因能在后代中遗传传递。所获得两个转基因株系的EFE活性和乙烯的生成均受到明显的抑制，不及对照的10%。贮藏试验表明，转基因植株果实的好果率在贮藏88～92d后仍在80%以上，比对照贮藏期延长8～10倍，而其他特性与原亲本相似（叶志彪等，1995）。

苏联学者瓦维洛夫（Н.И.Вавилов），最早重视植物种质资源的收集和研究工作，其所在的植物研究所收集了来自22个国家约6000份栽培番茄材料。国际植物遗传资源研究所（International Plant Genetic Resource Research Institute，IPGRI）1987年报道全世界共收集番茄种质32000份，至1990年已超过40000份，其中70%为野生番茄。美国农业部（USDA）和亚洲蔬菜研究发展中心（AVRDC）收藏的番茄种质资源均超过6000份，番茄遗传资源中心（TGRC）和美国国家种子贮藏实验室（NSSL）收集的资源超过3000多份，荷兰园艺植物学院收集的资源约2500份。
中国番茄栽培和研究的历史较短，大量种植番茄仅有80年左右的历史。中国1955年开始开展蔬菜品种的调查与整理工作。1963—1966年从苏联、荷兰、意大利等国引入北京10号（引入并经选择后命名）、满丝、罗城1号等品种并推广应用，1977—1984年共观察鉴定了1000多份材料，1980年入库保存的材料已达500余份。随后，从“六五”到“十五”，番茄新品种选育及育种技术研究被列入国家重点科技攻关项目；同时从“七五”开始，蔬菜种质资源的收集、保存、评价研究也被列入国家重点科研计划。通过上述科研计划的实施，逐渐积累了大量的抗病、抗逆和优异番茄种质资源，并育成了一批多抗、优质、高产番茄新品种。目前，已由国家农作物种质资源库正式登记保存的番茄种质资源就有2257份。番茄种质的保存比较简单，在低温（2℃）干燥条件下番茄种子可保存20年以上。

番茄种质资源是其遗传育种的基础，番茄育种中几乎每次重大突破都是与重要材料的创新与利用相联系的。种质资源越多，研究越深入，就越能加快新品种选育的速度。筛选和创新高产、抗多种病害、高品质、耐高温和低温胁迫、抗旱、耐盐等种质一直是番茄遗传育种研究的重点。番茄种质资源创新最有效的手段是常规育种，此外还有基因工程、诱变育种和原生质体融合等途径。

一、常规育种与多种新技术相结合创新番茄种质

至今，常规育种技术仍然是创新番茄资源最有成效的手段，几乎所有育成的品种和杂交种，所有的亲本、自交系，以及所有野生番茄中的抗病虫、抗逆、高品质等基因向栽培番茄骨干亲本的渗入几乎都通过常规育种方法实现。利用基因工程、诱变育种、原生质体融合等手段所获得的番茄新种质，也最终需通过常规育种程序来选择和验证。

（一）常规育种与抗病性鉴定技术相结合加速抗病种质的创新

常规育种创新抗病材料突出的例子是Manapal番茄的选育、引进及其在育种中的广泛应用。Frazier，W.A.（1946）在夏成夷农业试验场采用秘鲁番茄（L.peruvianum）、醋栗番茄（L.pimpineuifolium）、多毛番茄（L.hirsutum）这3个野生番茄复合杂交选育得到H.E.S.2603抗病品系，SOOST，R.K.（1958，1963）根据抗病性的分离比例明确了抗病性由显性基因控制，Clayberg，C.D.（1960）将其定名为Tm-2，并将其定位于第9条染色体上，和nv（netted viresent）连锁。H.M.Munger（1971）利用回交育种方法连续9次回交将抗病基因和nv基因导入到了Manapal中育成Manapal Tm-2v，纯合的Tm-2v其植株表现为抗病、矮缩、黄化、生长缓慢。日本引入该抗病材料后，育成强力玲光、强力圣光、强力明光等品种，中国引入该基因后育成不同类型的亲本材料，选育出高抗番茄烟草花叶病毒（TMV）的中蔬、中杂、红杂、苏抗、佳粉、西粉、浦红、浙红、浙粉、东农、渝红等系列品种，解决了中国番茄生产中TMV的危害问题，在20世纪90年代，每年制种10万kg，约占番茄用种量的50%以上。随后，中国又引进了抗枯萎病、叶霉病、根结线虫、青枯病、晚疫病等抗性材料，在番茄抗病育种中发挥了重要作用。

（二）常规育种与分子标记辅助选择相结合创新优异种质

国际知名的种子公司如孟山都、先正达、安莎、瑞克斯旺、龙井、农友等已将分子育种作为其育种的重要手段，并将一些番茄重要性状如抗病毒、真菌、抗虫、抗逆、高品质基因等的分子标记引物序列应用于分子标记辅助选择。这些公司利用上述方法已聚合了一批同时含有3～6个抗病基因的育种材料。育成的番茄品种可抗ToMV、叶霉病、枯萎病、根结线虫、黄萎病、细菌性斑点病等6种病害。同时，还加强了对番茄重要园艺性状如品质、抗逆性、产量等数量性状的分子标记辅助选择研究。

国内的研究者从“十五”开始，逐步建立了番茄高产，抗病毒病、叶霉病、枯萎病、细菌性斑点病、晚疫病、青枯病、抗根结线虫，高番茄红素、高可溶性固形物等基因的实用分子标记，并利用分子育种手段创新了同时含有4～5个抗病基因且园艺性状优良的育种材料。现以中国农业科学院蔬菜花卉研究所对中杂9号母本的选育及其抗病性改良为例简述中国抗多种病害番茄育种材料的创新过程（图24-13）。

图24-13 中杂9号母本的选育及其多个抗病基因的添加

1.中杂9号母本的选育

1986年从荷兰引进杂交种编号为86-5，经过多代自交分离选择，结合人工接种抗病性鉴定筛选，培育出了同时含有Tm1、Cf5和I-1基因、复合抗病性强、产量高、品质优良、对低温弱光适应性强的优良自交系892-43，该自交系即中杂9号的母本。

2.添加抗根结线虫基因Mi和叶霉病基因Cf9基因

课题组用引进的含Cf9和Mi基因的材料041-373，将其与中杂9号母本杂交，再用中杂9号母本为轮回亲本进行连续回交，从回交2代开始，每个回交世代的幼苗在定植之前均进行DNA提取，再用分子标记检测筛选同时含Cf9和Mi基因的单株，淘汰其余单株。连续4次回交和利用分子标记辅助选择后，再进行2次连续自交和利用分子标记辅助选择，结果获得了以中杂9号母本为遗传背景的含Tm1、Cf5、Cf9、Mi和I-1基因的优异种质07g-2，该材料除具有复合抗病性外，其熟性、丰产性、株型、耐低温弱光性等均与中杂9号母本相当。

3.添加抗细菌性斑点病基因Pto基因

课题组再次将引进的含Pto基因的材料Ⅱ6A-986，与07g-2杂交，再用07g-2为轮回亲本进行连续回交，从回交2代开始，每个回交世代的幼苗在定植之前均进行DNA提取，再用分子标记检测筛选含Pto基因的单株，淘汰其余单株。上述工作在顺利进行，有望获得以中杂9号母本为背景遗传背景含Tm1、Cf5、Cf9、Mi、I-1和Pto基因的优异种质。

图24-14 Mi基因

图24-15 Cf5和Cf9基因

图24-16 含Mi基因抗根结线虫的抗性表现

图24-17 以9706为遗传背景同时含Mi、Cf5、Cf9等6个抗病基因的新种质

（三）数量性状位点（QTL）技术在种质创新中的研究和应用

1.产量QTL

研究发现，在多毛番茄（L.hirsutum）、潘那利番茄（L.pennellii）、细叶番茄（L.pimpinellifolium）、小花番茄（L.parviflorum）、奇美留斯基番茄（L.ckmielewskii）等果实小、产量低的野生番茄中存在增加番茄产量的基因（QTL），目前共鉴定了40个与番茄产量（如果实大小、果实直径、果实重量、前期产量、总产量等）有关的QTL，克隆了一个具有副作用的QTL fw2.2，并建立了高产量QTL近等基因系或亚近等基因系。例如TA1229多毛番茄（L.hirsutum）的1个近等基因系，含有来自多毛番茄（L.hirsutum）第一染色体的长24cM的DNA片段，已经证明，该外源DNA片段为含有增加产量的QTL，能增加植株重量和果实数量，在植株生长的后期仍能维持其生长效率，维持营养生长与生殖生长之间的转化率。

2.抗逆性和高品质QTL

研究者们还利用L.ckmielewskii、L.pennelli、L.pimpinellifollium、L.cheesmanii、L.hirsutum、L.parviflorum、L.peruvianum和L.esculentum的RIL、F2、F3、BC1、BC1S1、BC3、BC4S1、NIL群体，结合RFLP、AFLP、RAPD分子标记方法和QTL分析等技术绘制了不同的QTL连锁图谱，并且分离和定位了近1000个数量性状QTL。这些QTL分别与抗逆性（耐高低温、耐盐、耐涝）、品质（番茄红素、胡萝卜素、可溶性固形物、糖、甜度、酸度、滴定酸、pH、维生素C、干物质、黏度）、果实性状（果形、外观颜色、内部颜色、果肩色素、硬度、弹性、果实心室数、果实种子数、种子千粒重、果皮厚度）、植株形态（植株鲜量、干重、分枝数、叶片节数、第一花序节位、叶长、开花期等）、风味品质[芳香味浓度、柠檬气味、糖味、橘子果实味、药味、pent-1-en-3-one，pentanal，pantan-3-one，2-methylbut-2-enal，haxanal，3-methylpentan-1-ol，（E）-hex-2-enal，Hex-3-en-1-ol，2-（Methylthio）ethnol，3-（Methylthio）propanal，6-Methylhept-5-en-2-one，2-Isobutylthiazole，2-Phenylethanal，Orthomethoxyphenol，Eugenol，Geranlacetone，Beta-ionone]等有关。

目前QTL研究存在的普遍问题是高产量、抗逆性好、高品质等QTL的近等基因系中所含有野生番茄的DNA片段长度比较长，QTL与低产量、小果实等不良基因间连锁累赘的影响仍然较大，在育种实践中直接应用这些高产量QTL仍有很大的难度。因此将常规育种与分子育种相结合，打破优良QTL与不良基因之间的连锁，将高产和高品质QTL导入到目前国内栽培品种的高产量骨干亲本中，则番茄产量、抗病性、抗逆性和品质育种将有望取得突破。

四）远缘杂交创新种质

一些野生种番茄具有普通番茄所缺乏的某些宝贵遗传基因，如多种抗病性、抗逆性（耐寒性、耐盐性），以及具有高可溶性固形物等有价值的性状（吴定华，1999）。因此通过与野生种番茄的远缘杂交也是创新番茄种质的重要方法。近几十年来，国内外的番茄研究者对远缘杂交进行了大量研究，并取得优异成绩。研究者们利用较多的野生番茄主要是秘鲁番茄、多毛番茄、智利番茄和醋栗番茄。表24-5列出了近年所筛选的抗源和育成品系。

表24-5 利用远缘杂交选育的新品系

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