西瓜雜交種純度鑒定技術研究進展

摘要：純度鑒定是西瓜雜交種生產的一個重要環節。從種子形態、田間種植、蛋白質電泳和分子標記技術的研究應用進展及存在的問題等方面綜述了西瓜雜交種純度鑒定技術。

關鍵詞：西瓜;雜交種子;純度鑒定

中圖分類號：S651? ? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? 文章編號：1001-1463（2020）10-0083-05

doi：10.3969/j.issn.1001-1463.2020.10.019

Abstract：Based on the number of published papers and applied patents in Gansu Province during the 12th Five-year Plan period， and the number of agricultural scientific and technological achievements published by Gansu Provincial Science and Technology Department， this paper analyzes the characteristics of Gansu agricultural scientific research in independent innovation ability， main scientific research fields and scientific research subjects during the 12th Five-year Plan period. The existing problems in macroscopic agricultural research， discipline layout and agricultural informatization research were found out. It also puts forward some suggestions on strengthening the macro-strategy research on agricultural development， promoting the balanced development of agricultural scientific research， strengthening the research on agricultural informatization， and improving the scientific and technological innovation ability of agriculture-related enterprises.

Key words：Gansu;12th Five-year;Agricultural Science and technology;Output;Suggestion

我國西瓜栽培面積、產量及雜種化普及率均居世界首位。在西瓜雜種優勢利用過程中，雖然也育成了以雄性不育兩用系作母本的品種 [1 ]，但絕大多數西瓜雜交種制種仍需人工去雄授粉。由于制種農戶的責任心、隔離區的選擇、人工去雄的時機以及是否徹底干凈、母本對氣候敏感性和出現兩性花的概率等原因，都可能導致雜交種純度不達標。因此，作為西瓜雜交種生產的一個重要環節，如何快速、準確、經濟、可靠地鑒定千家萬戶生產的雜交種，對保證種子質量，占領市場先機尤為重要。傳統的雜交種鑒定以田間種植鑒定為主[2 - 5 ]，近年來，隨著生物技術的發展，有關單位相繼開展了同工酶電泳、種子蛋白質電泳和分子標記等技術在雜交種純度鑒定方面的研究。

1? ?種子形態鑒定

目前沒有發現西瓜種子花粉直感現象存在的報道，也就是說沒有發現制種當代從母本上收獲的雜交種與母本種子有明顯的差異。除三倍體無籽西瓜雜交種種胚發育不良、種子較秕，其母本種子四倍體，短橢圓形、喙方、種胚發育好，種子飽滿，可以在室內鑒定外，一般雙親為二倍體雜交種，種子形態與母本基本相同，很難根據種子的大小、色澤、形狀、表面紋路、麻點等有無及多少判斷母本與雜交種差異。因此，雖然種子形態鑒定周期短、成本低，但目前只能區分四倍體和三倍體，無法鑒定同母異父的無籽西瓜品種和二倍體雜交種[6 ]。

2? ?田間種植鑒定

田間種植鑒定主要是利用雜交種與其母本在某些質量性狀上的差異，來區別雜交種（真雜種）與母本（假雜種）。田間種植鑒定是目前西瓜雜交種純度鑒定的主要方法，包括苗期標記性狀、子房或幼果、果實鑒定? ? ?等[2 - 5 ]。其優點是鑒定結果準確、可靠，但鑒定周期長、費用高，沒有明顯質量性狀差異的品種，鑒定需要一定的工作經驗。

2.1? ?苗期標記性狀鑒定

西瓜苗期一般指子葉展平到第1雌花開放前。進行苗期鑒定，雜交種必須具有一些與母本明顯不同的標記性狀，如葉形、葉色、葉柄顏色、托葉形狀、卷須特點及蔓形等性狀上的差別。

三倍體無籽西瓜的母本為四倍體，節間短、葉片寬、裂片大缺刻較小、葉緣上翹、葉色深綠，雜交種為三倍體，節間長，葉形介于四倍體與二倍體之間，葉色較深。一般裂葉西瓜品種，其雜交種與母本的葉片大小有差異[7 ]。西瓜裂葉對全緣葉（板葉）為顯性，以全緣葉為母本，裂葉作父本時雜交種表現裂葉，當真葉性狀充分表現出來時就能準確鑒定 [8 ]。葉片延遲變綠受1對隱性基因（dg）控制，子葉及真葉幼葉最初呈淡綠色，隨著生長葉色變綠。子葉和幼苗期真葉，雜交種表現為正常綠[9 - 10 ]。葉片、葉柄、蔓、子房黃色對綠色為顯性[11 ]，雜交種子葉成株期表現為黃色。西瓜雜交種欣大的母本托葉為匙形頂端上翹，雜交種托葉匙形頂端向內平鉤，因此，托葉形狀與母本相同者則為假雜種，托葉頂端向內平鉤者為真雜種[12 ]。另外，短蔓、少側蔓、無毛或少毛、白化苗、斑點等性狀也可以作為鑒定標記性狀。苗期標記性狀只要典型，技術就容易掌握，而且時間短、準確率高，成本相對比較低。

2.2? ?子房或幼果鑒定

西瓜子房或幼果的橢圓形對圓形為顯性或半顯性。目前育成的品種大多采用圓果形/ 橢圓形的雜交組合，根據父本果形指數的大小，雜交種子房表現短橢圓到橢圓形，子房圓形的為假雜種。長橢圓形/圓果形組合，其雜交種子房為短橢圓形，中部肥大，假雜種為長橢圓形。圓果形/圓果形的組合，其雜交種子房不易分辨，最好有其他輔助的參考性狀，鑒定需要有一定的工作經驗。

子房或幼果鑒定是目前最常用的西瓜雜交種鑒定方法，鑒定周期較苗期標記性狀鑒定長，通常需要40～50 d;與果實鑒定比較，鑒定周期短，可以加大種植密度，占地較少，成本較低。缺點一是不能確定雜交種的父本。二是往往為了節省鑒定成本，加大種植密度，假雜種較真雜種沒有優勢，子房或幼果生長發育不良，容易被漏檢。三是北方地區制種如果當年要出鑒定結果，一般需要在日光溫室種植或南繁[4，13 - 14 ]。

2.3? ?果實鑒定

果實鑒定是指在果實膨大期至果實成熟后，從果形、果皮特征及剖面進行鑒定。鑒定的性狀包括果形、皮色條帶（核桃紋、黑皮、黃皮或花皮）、蠟粉等特征，以及成熟果剖面、瓤色、種子等和無籽西瓜是否有種子以及空殼、秕籽的比例。鑒定結果最可靠，但周期長，占地多，費用大[15 - 16 ]。多用于雙親典型性狀差異不明顯的品種鑒定、仲裁鑒定等。

3? ?蛋白質電泳

種子貯藏蛋白質和同工酶都是基因表達的產物，通過聚丙烯酰胺凝膠電泳，分析種子貯藏蛋白質和同工酶在種類、數量、結構等方面的多態性差異，可以倒推品種的基因型差異而進行品種純度鑒定。

3.1? ?同工酶電泳

采用蛋白質電泳技術進行西瓜純度鑒定研究的主要同工酶有過氧化物同工酶、酯酶同工酶、多酚氧化酶等[17 - 21 ]。由于受品種、植株生育時期、取材部位、電泳環境條件等因素的影響，研究結果出入很大。有人認為利用苗期過氧化物同工酶、酯酶同工酶可以進行西瓜雜交種真實性與純度鑒定[17 - 18 ];有人認為西瓜遺傳變異度較小，位點多態性較低，雜交種與親本同工酶的關系很復雜，如果沒有足夠大的品種間遺傳差異，過氧化物酶、酯酶與多酚氧化酶的差異很小（酶帶僅存在深淺上的差異）或無差異，同工酶蛋白質電泳難以用于雜交種純度檢測與鑒定[19 - 22 ] ，尤其父母本親緣關系很近的雜交種，不可能有效地進行純度鑒定[23 ]。

3.2? ?種子蛋白質電泳

利用聚丙烯酰胺凝膠電泳對雜交種及其父母本種子蛋白質進行分析，通過譜帶特征來檢測不同西瓜雜交種的純度，也因西瓜品種的不同而可靠性不同。有認為在一定條件下，可以將雜交種與其親本種子明顯區分開，鑒別譜帶特征進行雜交種純度鑒定[24 - 27 ]，也有人認為難以發現統一的譜帶特征來檢測不同西瓜雜交種子的純度[28 ]。

4? ?分子標記技術

分子標記技術是通過分析DNA的多態性，在DNA水平上比較品種基因組的結構與組成。目前有關西瓜雜交種純度鑒定主要應用的分子標記技術有簡單重復序列（simple sequence repeats，SSR）技術和相關序列擴增多態性（sequence-related amplified polymorphism，SRAP）技術、擴增片段長度多態性（amplified fragment length polymorphism， AFLP）技術、隨即擴增多態性DNA標記（random amplified polymorphic DNA，RAPD）技術等。多數西瓜雜交種具有與雙親帶型互補的SSR引物，可進行西瓜雜交種純度的室內快速鑒定，而且與大田鑒定結果吻合率高[29 - 41 ]。應用SRAP技術在雜交種和親本間擴增出特異性條帶，與大田鑒定結果吻合率也較高，適合在室內快速準確地進行雜交種的純度鑒定[42 - 44 ]。有研究認為AFLP 技術可以有效地區分不同西瓜材料[45 - 47 ]，也有人認為大部分引物組合擴增出的不同倍性西瓜之間的AFLP譜帶無明顯差異[48 ]，西瓜品種間同源性較高，遺傳基礎狹窄，多數品種親緣關系較近[49 - 50 ]。在反應條件適合、引物選擇正確的情況下，篩選重復性好、能產生多態性的引物可以找到某些特殊RAPD譜帶作為純度鑒定的方法[51 - 52 ]，但有些西瓜品種RAPD譜帶不太明顯[51 ]。

5? ?小結與討論

西瓜雜交種純度鑒定技術主要包括田間種植、蛋白質電泳和DNA分子標記技術等，但難度、準確可靠性、經濟性、時效性差異較大，而且因具體鑒定品種的不同而不同。

田間種植鑒定是具有苗期標記性狀，尤其是具有典型質量性狀標記的西瓜雜交種的首選鑒定方法，子房或幼果、果實鑒定也是目前田間種植鑒定的主要方法。苗期標記性狀鑒定的優點是技術就容易掌握、可以加大樣本結果準確可靠、鑒定周期短、費用低。子房或幼果、果實鑒定的優點是結果準確可靠，缺點是相對實驗室檢驗時間長、費用高，易受環境影響，影響種子上市時間，且需要一定的工作經驗。需要特別注意的是種植密度高時易造成的小苗、弱苗，而這些苗往往是假雜種。

同工酶電泳技術目前研究較多的有過氧化物同工酶、酯酶同工酶、多酚氧化酶等，受品種、植株生育時期、取材部位、電泳時環境條件等影響，鑒定結果不穩定，尤其父母本親緣關系較近的雜交種。種子蛋白質電泳技術較同工酶電泳技術可靠性較高，但也因品種的不同，結果不同。其優點是簡便、快速、費用較低，但結果易受實驗環境影響，且沒有一種大家公認的西瓜種子蛋白質或同工酶電泳譜帶。

分子標記技術鑒定檢測的對象是種子DNA片段， 沒有器官的特異性，不受環境影響，準確性、穩定性和重復性較高，速度快，但費用昂貴， 離普及和應用尚有距離。SSR技術的鑒定結果易于分析，重復性、穩定性高，多數雜交種鑒定可采用，與大田鑒定檢驗結果吻合率高。SRAP標記特異性和可重復性較高，方法簡單，結果可靠。RAPD技術簡單、快速，尤其在批量品種鑒定方面具有優勢，但有些品種RAPD譜帶不太明顯，重復性不夠，還需進一步改進。采用SRAP技術可擴增出雜交種和親本間特異性條帶的，鑒定結果與大田鑒定吻合率高。

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（本文責編：陳? ? 珩）