橘紅心大白菜遺傳育種研究進展

丁謙+杜立忠+陳士亮+李景娟+張一卉+王鳳德+李化銀+高建偉

摘要：綜述了橘紅心大白菜育種及種質資源、營養品質、橘紅心性狀的遺傳規律研究現狀及進展，并對未來研究的方向和面臨的問題進行了闡述。

關鍵詞：橘紅心大白菜；遺傳規律；類胡蘿卜素

中圖分類號：S634.1-1文獻標識號：A文章編號：1001-4942（2014）12-0129-04

橘紅心大白菜因其葉球內葉顏色為橘紅色而得名，其營養成分含量也要高于普通白心大白菜，尤其是維生素C、β-胡蘿卜素等物質。橘紅心大白菜所含的類胡蘿卜素是一種廣泛存在于植物中的多烯烴類物質，人體自身不能合成，只能從食物中攝取，類胡蘿卜素在人體中起著重要作用，比如在心血管的保護﹑癌癥的預防以及肺部系統的保護等方面 [1～8]。本文就橘紅心大白菜育種中種質資源、營養品質、橘紅心性狀的遺傳規律等方面的研究進展進行了闡述，旨在為今后橘紅心大白菜育種研究提供參考。

1橘紅心大白菜種質資源研究

隨著生活水平的不斷提高，消費者對大白菜葉球顏色提出了更高的要求，隨之各種球葉顏色的大白菜應運而生，其中關于球葉顏色為黃色或橘紅色的大白菜研究較為常見。1999年青島市農業科學研究院對引自國內外的橘紅心大白菜品種進行連續多代的自交分離和雜交轉育，育成大量橘紅心自交系和自交不親和系，并于2004年育成橘紅心大白菜M168，生育期約為70～75天，缺點是不耐貯藏[9]。北京市農林科學院蔬菜研究中心選育出北京橘紅心，其選育方法于2002年被授權國家發明專利[10]；隨后選育出了北京橘紅2號新品種，該品種生育期為85～90天，抗病毒病能力較北京橘紅心差。山東省春秋大白菜育種研究中心于2005年通過抗性轉育和人工接種鑒定篩選技術選育出了高抗病毒病﹑兼抗霜霉病和軟腐病的中晚熟品種紅抗1號和晚熟品種紅抗2號 [11]，適于全國推廣。山東省農業科學院蔬菜花卉研究所王翠花等[12]通過抗病育種技術選育出一系列適于不同季節栽培的天正系列橘紅心大白菜和娃娃菜，包括橘紅58（娃娃菜）﹑橘紅60、橘紅62、橘紅65等，該系列品種具有早熟（生育期為58～65天）﹑結球緊實﹑采收期長﹑易包裝等優點，對病毒病、霜霉病和軟腐病具有較高的抗性。雖然我國在橘紅心大白菜田間選育上處在國際前列，并且擁有較為豐富的橘紅心種質資源，但是在其類胡蘿卜素代謝機理、遺傳規律以及控制橘紅心大白菜葉色變化的關鍵基因挖掘等方面尚處于起步階段。

2橘紅心大白菜營養成分研究

大白菜可食用部分，其營養成分主要包括氨基酸﹑維生素﹑微量元素以及類胡蘿卜素等，其含量在不同球葉顏色大白菜中存在著區別。宋廷宇等[13]對薹菜、大白菜與白菜中氨基酸種類進行比較，結果顯示人體必需的幾種氨基酸在白菜類蔬菜中無差異。金同銘等[14]則對我國大白菜主要產地的不同熟性品種中主要營養物質進行了常規化學方法以及近紅外光譜法測定，并對兩種方法進行了比較，結果表明近紅外光譜法與化學法在白菜營養物質測定方面有相似的準確性，適合推廣。隨后張德雙等[15]利用近紅外光譜法對大白菜中營養成分在不同葉片和部位中的分布規律進行了研究，結果顯示營養成分的分布規律在普通白菜和橘紅心大白菜中無差異，但是在營養成分含量方面則是橘紅心白菜表現突出。此后張德雙等[16]繼續對不同球葉顏色大白菜品種的主要營養成分進行了測定，并比較了其營養成分含量差異，橘紅心大白菜主要營養成分含量最高，尤其是β-胡蘿卜素﹑維生素C等物質；黃心大白菜次之；白心大白菜最低。由山東省農業科學院蔬菜花卉研究所王翠花等[12]選育的天正橘紅系列大白菜（橘紅58、橘紅60、橘紅62、橘紅65等）經農業部食品質量監督檢驗測試中心（濟南）對其主要營養成分進行檢測，結果顯示，天正橘紅系列大白菜中β-胡蘿卜素含量明顯高于普通白菜，其中橘紅62和橘紅65的含量最高，是普通白菜的11倍多，達到26.163 mg/gDW；橘紅58（娃娃菜）次之，含量為10.62 mg/gDW，是普通大白菜的4.53倍；最低的橘紅60也是普通白菜的3.18倍，達到7.465 mg/gDW。

橘紅心大白菜中營養物質含量豐富，尤其在類胡蘿卜素種類以及含量等方面都優于普通大白菜，所以對于橘紅心大白菜中類胡蘿卜素的研究尤為重要。

2.1橘紅心大白菜中類胡蘿卜素研究

陳鵬飛等[17]運用反向高效液相色譜法（RP-HPLC）對不同類型大白菜中胡蘿卜素種類進行分析鑒定，結果表明黃心和淡黃心大白菜中見光外葉與不見光球葉中類胡蘿卜素種類相同，橘紅心大白菜中見光外葉成分和黃心或淡黃心大白菜中類胡蘿卜素相同，但其橘紅色內葉中的類胡蘿卜素種類遠比其外葉豐富，是研究大白菜中類胡蘿卜素代謝和積累的優良材料。李娟[18]提出乙醇和丙酮（1∶1）混合試劑避光提取橙色大白菜中的類蘿卜素并利用高效液相色譜法（HPLC）對橘紅心大白菜中四種類胡蘿卜素的分布規律以及不同時期的積累規律進行研究，結果表明內葉含量高于外葉含量，結球期番茄紅素先降后升，葉黃素與α-胡蘿卜素、β-胡蘿卜素含量整體下降，其中葉黃素在結球后期消失，總體而言橘紅心大白菜營養豐富。

鑒于橘紅心大白菜種類較少以及沒有較為成熟測定方法的局限，現階段對于橘紅心大白菜中類胡蘿卜素研究的報道較少，關注的重點也主要集中在類胡蘿卜素種類以及與其他顏色大白菜中含量差異的比較方面，所以開發并建立一種行之有效的測定方法顯得尤為重要。

2.2 橘紅心大白菜中類胡蘿卜素代謝機理研究

近年來關于植物類胡蘿卜素的生物合成途徑以及相關酶類等方面的研究較多，其中大部分研究圍繞著合成途徑中的三個限速反應展開，這三個限速反應分別為GGPP（牻牛兒基牻牛兒基焦磷酸）的合成﹑八氫番茄紅素的合成以及八氫番茄紅素的去飽和反應；其涉及的酶主要包括了以下4種，即牻牛兒基牻牛兒基焦磷酸合成酶（GGPS）﹑八氫番茄紅素合成酶（PSY）﹑八氫番茄紅素去飽和酶（PDS）和ζ-胡蘿卜素脫氫酶（ZDS）[19，20]。番茄紅素是這四種酶共同作用下合成的第一種物質，也是后續α-和β-胡蘿卜素﹑葉黃素和玉米黃質的合成前體。植物體內不同的類胡蘿卜素種類以及含量的多少導致了葉片顏色的不同，所以研究類胡蘿卜素的種類以及合成中的酶基因具有重要作用。endprint

1999年Shewmaker等[21]將一種細菌八氫番茄紅素合成酶基因（crtB）轉入普通油菜中，其種子中α-和β-胡蘿卜素含量較對照明顯提高，總含量提高50倍，且其種子胚呈現明顯橘色，而對照組胚呈現綠色。Lu等[22]對花椰菜Or基因突變體中β-胡蘿卜素的積累機制進行研究， 結果顯示其Or基因的表達主要是促進花椰菜細胞中的前質體和其他無色質體向有色體的分化， 主要是形成大量積累β- 胡蘿卜素的有色體。張華敏等[23]利用達草滅對橘紅心大白菜愈傷組織進行處理，并對其類胡蘿卜素含量進行分析，結果顯示橘紅心大白菜合成八氫番茄紅素的能力與普通白菜并無差異。由于現有研究僅對橘紅心大白菜類胡蘿卜素合成積累過程中某個或者某些相關基因進行研究，從而導致了相關研究結果不夠全面，其積累機理沒有系統性的研究結果，因此橘紅心大白菜的類胡蘿卜素積累機理并不完全明確。

3橘紅心大白菜遺傳規律研究

余陽俊等[24]利用白色葉球自交系與橘紅色葉球純系作為父母本并對其F2代以及回交后代葉片顏色形狀進行統計分析，結果表明，一對隱性基因控制著大白菜橘紅色球葉性狀，這一結果與Matsumoto等[25]對橘紅色性狀田間表現的統計結果一致，認為橘紅色性狀為一對隱性基因控制。張德雙等[26]利用不同球葉顏色（白色、黃色、橘紅色）的純系品種組合并對其子代、F2代、回交代的田間性狀進行統計分析，結果表明橘紅色性狀是由一對隱性基因控制的質量性狀，并且與花色具有完全連鎖。張德雙等[27]以橘紅心大白菜和紫色外葉的普通白菜為親本研究其雜交代、自交代和回交代，結果表明橘紅色內葉與紫色外葉互為獨立的非連鎖遺傳。耿新翠等[28]采用橘紅心大白菜自交系與普通白心自交系作為親本，并對其雜交代﹑自交代以及回交代進行子葉顏色的遺傳與葉色的關系以及其穩定性的研究，結果表明子葉顏色、花色以及內葉顏色三者遺傳表現為一因多效，且子葉顏色較為穩定。張立志等[29]對橘紅心大白菜球葉細胞中有色體個數以及類胡蘿卜素形態進行了分析，結果表明球葉除球葉頂芽不含類胡蘿卜素外，其他球葉部位細胞都含有4～6個有色體，并且類胡蘿卜素呈晶體狀結晶。

對于橘紅心大白菜中球葉顏色的研究主要集中于球葉顏色的遺傳規律研究上，并沒有伴隨著對其類胡蘿卜素種類以及各種成分含量的多少進行研究，所以這方面的研究有待提高。

4橘紅心大白菜相關基因研究

DNA水平的研究是從本質上對某一物種進行研究，自從1980年Botstein等[30]首次應用RFLP（限制性片段長度多態性） 作為構建遺傳連鎖圖譜的遺傳標記以來，分子標記的種類不斷增加，分子標記技術不斷完善，為從DNA水平上研究橘紅心大白菜中與橘紅心性狀連鎖的基因提供了有力的保障。

1998年，Matsumoto等[25]利用RFLP技術將橘紅心單隱性基因定位到大白菜DH系圖譜中，并確定了與其連鎖的3個RFLP標記。王琦[31]采用集團分離分析法（BSA）對196個大白菜F2代與橘紅色球葉顏色相關聯的RAPD遺傳標記進行篩選，并成功將一個RAPD標記轉化為SCAR標記。劉秀村等[32]對以純種橘紅心大白菜和純種白心大白菜雜交子一代的小孢子培養得到的雙單倍體系采用集團分離分析法進行RAPD分子標記研究，找到一個與橘紅心球色基因連鎖且遺傳距離為3.8 cM，LOD值為19.05的分子標記。王國臣等[33]則采用RAPD、RFLP分子標記技術對雙單倍體系與橘紅心基因連鎖的分子標記進行研究，成功篩選到一個遺傳距離為8 cM 的RAPD標記S1338656和一個遺傳距離為13 cM 的AFLP標記P67M54172并成功轉化為SCAR標記，得到田間驗證。Feng等[35]以07A163和Chiifu為親本雜交，將得到的600個F2個體作為供試材料對橘紅心基因（or）進行定位，并尋找新的與其具有連鎖關系的分子標記，成功將or基因定位在第9連鎖群上的AC172873和AC189246分子標記之間，遺傳距離為4.6 cM。

橘紅心大白菜基因的研究已經進入較快發展的時期，隨著各種分子標記以及遺傳圖譜的更新，將控制大白菜橘紅心的關鍵基因分離出來已為期不遠。

5橘紅心大白菜研究展望

橘紅心大白菜已經出現很多年，雖然目前在橘紅心大白菜遺傳規律研究方面已獲得“橘紅心是由隱性單基因控制”的較為統一的結論，但在類胡蘿卜素合成的調控機理以及連鎖基因等方面的研究還比較薄弱，有很多問題需要解決。今后應在橘紅心大白菜中類胡蘿卜素合成代謝調控機理以及相關酶類基因的克隆等方面加強研究，為橘紅心大白菜的選育提供更多的理論支持。

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