全 文 ：西瓜分子育种与瓠瓜枯萎病抗性
在西瓜抗病育种中的应用
肖光辉
(隆平高科湘园瓜果种苗分公司 ,湖南 长沙　410125)
摘　要:概述了外源 DNA直接导入技术和基因工程技术等分子育种技术的原理 、方法和技术特点 ,以及研究进展。详细地概述
了瓠瓜枯萎病抗性导入西瓜的分子育种方法 、导入后代性状的变异与抗枯萎病材料和抗性组合的选育结果 ,以及西瓜抗枯萎病育
种所取得的突破性进展。
关键词:西瓜;分子育种;枯萎病;抗病育种
中图分类号:S651.034　　文献标识码:A　　文章编号:1006-060X(2002)03-0011-03
Watermelon Molecular Breeding and Utilization of Bottle Gourd s Resistance
to Fusarium Wilt in Disease Resistant Breeding of Watermelon
XIAO Guang hui
(Longping High-Tech X iangyuan Fruit and Melon Seeds and Seedlings Company , Changsha 410125 , PRC)
Abstract:The principle , methods , and technical characteristics of the 2 w atermelon molecular breeding
technologies of exogenous DNA direct introduct ion and gene engineering technology , and the recent
advances were review ed.watermelon molecular breeding method of bo ttle gourd s resistance to fusari-
um wilt int roduction into w atermelon , variations in the characters of introduced offsprings , the results
of resistant to milt materials and resistant hybrid combinations breeding , and the recent breakthrough
advances on watermelon resistant to wilt disease breeding w ere review ed in detail in this paper.
Key words:watermelon;molecular breeding;fusarium w ilt;resistance breeding
　　植物分子育种技术一般包括外源 DNA 直接导
入技术和基因工程技术[ 1] 。外源 DNA直接导入技
术是以整体植物的细胞为受体 ,将带有目的性状的
供体总 DNA 导入植物 ,筛选获得带有目的性状的
后代;基因工程技术是将目的基因分离出来 ,经重组
构建后 ,导入植物体中 ,筛选获得带有目的基因并有
效表达的后代。继分子育种技术在棉花和小麦上成
功地转移了不同来源的抗病基因[ 2-3]后 ,西瓜分子
育种研究取得了较大进展[ 4-9] 。瓠瓜枯萎病抗性
导入西瓜已获得抗枯萎病变异 ,创造了全新的西瓜
种子资源[ 10-14] ,并选育出了优良的抗枯萎病杂交
收稿日期:2001-11-05
基金项目:湖南省自然科学基金资助项目(97J JY2006)
作者简介:肖光辉(1964-),男 ,湖南安乡人 ,副研究员 , 主要
从事西瓜育种研究。
组合[ 15-16] 。有些研究成果已进入实用阶段 ,分子
育种技术在西瓜抗病育种 、品种改良和西瓜生产中
展现出了广阔的前景[ 17] 。
1　外源 DNA 直接导入技术的理论依据
外源 DNA直接导入技术的理论依据是周光宇
提出的 DNA 片段杂交假说[ 18] 。周光宇认为 ,远缘
亲本间的染色体结构从整体来看难以亲合 ,但从进
化的角度来看 ,部分基因间结构可能保持一定的亲
合性。当远缘花粉或外源 DNA的基因组进入母体
后 ,大部分被受体分解 ,保存下来的某些 DNA片段
有可能被整合进入受体染色体 ,参与受体性状基因
表达的调控或遗传 ,而使子代出现变异 。外源 DNA
可以在花粉管通道形成之后和封闭之前的一段时间
进入胚囊 ,与细胞壁尚不完整的卵 、合子 ,或早期胚
胎细胞整合 。大分子外源 DNA也可通过珠心细胞
　湖南农业科学　2002 ,(3):11～ 13　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　Hunan Ag ricultural Sciences　
DOI :10.16498/j.cnki.hnnykx.2002.03.005
壁上的纹孔或穿孔进行穿壁转移进入胚囊。花粉管
携带也是外源 DNA 进入胚囊的途径之一。另外 ,
在许多植物上已经证实 ,种子吸收的标记 DNA 能
进入幼苗的细胞核与染色体 DNA 整合 ,随着生长
进入茎和生殖器官。因此 ,幼苗植株分生细胞可作
为外源 DNA的直接受体[ 19] 。
2　采用外源 DNA 直接导入进行西瓜分子育
种存在的问题及解决方法
　　外源 DNA导入可以在亲缘关系远的物种之间
进行基因转移 ,遗传变异类型多 ,性状稳定快 ,育成
一个新品种只需要 3 ～ 4 代[ 20] 。故外源 DNA 导入
技术可作为作物种质创新的途径之一。虽然外源
DNA直接导入可以获得 10-3 ～ 10-1的遗传变异
率[ 20-21] ,但因为是以供体的总 DNA 进行导入 ,供
体DNA在受体细胞内的命运是随机的 ,大部分供
体DNA 片段被受体细胞分解 , 侥幸保存下来的
DNA片段也并非都能整合到受体基因组中 。且整
合到受体基因组中的 DNA片段有可能是一个完整
的基因 ,也有可能是一段重复顺序或基因的一部分 ,
它们或参与受体基因组的调控 ,或影响受体基因表
达。因而外源 DNA 导入时 ,子代中某个变异性状
的出现有很大偶然性 、随机性[ 1] 。另外 ,外源 DNA
导入引起性状变异的重现性也不高 。因为受体细胞
整合外源 DNA 片段与受体细胞的基因状态有关 ,
某些基因处于经常“开放”状态 ,容易整合外源 DNA
片段;而有些基因必须在整体植物生长发育到一定
阶段才“开放”[ 18] 。
尽管外源 DNA 直接导入引起的性状变异具有
随机性 ,变异的重现性不高 ,目前尚不能实现定向变
异 ,但若能对控制某一性状的基因进行准确的基因
定位 ,并能提取和纯化只带某一特定基因的 DNA
片段来代替总 DNA 进行外源 DNA 导入 ,则可在某
种程度上实现某些性状的定向变异 。如能采用转基
因技术 ,将抗枯萎病基因或其它目的基因分离 、克
隆 ,经重组构建后导入西瓜 ,筛选获得带有目的基因
并有效表达的转基因西瓜植株 ,则可实现真正意义
上的抗枯萎病性状或其它目的性状的定向转移。
3　瓠瓜 DNA 直接导入西瓜的方法
根据受体细胞的不同 ,外源 DNA 直接导入植
物的方法可分为两类[ 18] 。一类是以种胚细胞为
DNA 受体的技术 , 如子房注射法 、花粉管通道法
(DNA 涂抹柱头法)等;另一类是以茎端分生组织细
胞为受体的技术 ,如 DNA浸胚法等。采用 DNA浸
胚法 、子房注射法和 DNA 涂抹柱头法 ,将瓠瓜 DNA
导入西瓜都可以获得性状变异。用瓠瓜的总 DNA
浸西瓜干胚 , D1 代获得了 0.32%的变异率;采用
DNA子房注射法 D1 代也获得了 0.80%～ 1.77%
的变异率。浸胚法所获得的变异 D2 代性状变异大 ,
变异类型多 , 是瓠瓜 DNA 导入西瓜的有效方
法[ 5 , 8-9] 。
3.1　DNA 浸胚的适宜时间
当浸胚的时间短于 10 h时 ,D1 代无性状变异;
而用 500 μg/ml的 DNA溶液浸胚 15 h 和 20 h时 ,
D1代可分别获得 0.32%和 0.48%的变异率[ 5 , 8] 。
说明用 DNA溶液直接浸西瓜干胚 ,其浸胚时间长
有利于 DNA的导入。
3.2　DNA 子房注射和涂抹柱头的适宜时期
当 DNA浓度为 500μg/ml ,注射和涂抹的量为
10 μl/朵花时 ,在西瓜人工自花授粉后 6 h 以内切除
柱头 1/2进行 DNA 涂抹柱头后 ,西瓜不能坐稳果 ,
无法得到种子。在授粉后 6 h 时切除柱头进行
DNA涂抹的坐果率为 2%, D1 代变异率为 2.38%。
而随着授粉后的时间延长再行柱头切除进行 DNA
涂抹时 ,其坐果率增加 ,但 D1 代的变异率则减小。
授粉后 8 h 切除柱头进行 DNA 涂抹的坐果率为
18%,D1 代变异率为 1.86%。授粉后 12 h 和 24 h
切除柱头进行 DNA涂抹的则无性状变异 。
在授粉后 8 h 以内将柱头切掉 1/2 后进行
DNA子房注射的西瓜不能坐稳果 ,无法得到种子。
随着授粉后的时间延长再行子房注射时 ,其坐果率
逐渐增加 ,授粉后 8 h和 12 h注射的 D1代的变异率
分别为 1.77%和 0.80%,但授粉后 24 h进行子房
注射的 D1 代变异率为 0 。上述结果[ 5 ,8]说明 ,采用
DNA涂抹柱头法将瓠瓜 DNA导入西瓜的合适切除
柱头的时期为授粉后 6 ～ 8 h;采用 DNA 子房注射
法将瓠瓜 DNA导入西瓜的合适注射时期为授粉后
8 ～ 12 h。
3.3　DNA 导入的适宜浓度
若注射或涂抹的量为 10 μl/朵花 ,注射或涂抹
的时期为授粉后 8 h ,浸胚时间为 15 h ,当 DNA 浓
度为 1 000μg/ml时 ,采用 DNA注射法 、涂抹柱头
法和浸胚法导入的 D1 代变异率分别达 2.33%、
2.43%和 0.96%,分别是 DNA 浓度为 500 μg/ml
的 1.32倍 、1.31倍和 3.00倍 。这说明 DNA 的浓
度较大时有利于 DNA的导入。
12　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　湖南农业科学　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　第 3 期
4　瓠瓜 DNA 直接导入抗枯萎病材料和抗性
组合的选育
4.1　抗枯萎病西瓜种质资源的选育
瓠瓜 DNA 导入西瓜的后代均在病圃中直播栽
培进行抗性筛选 ,自然淘汰感病单株或株系。D3 代
和 D4代在连作西瓜 3 a ,前茬枯萎病发病率 30%以
上的病圃中进行自交纯化和抗性筛选[ 10-13] 。导入
瓠瓜 DNA的西瓜 D3 代在病圃中直播栽培时 ,表现
抗枯萎病。其中 D3 -1 和 D3 -2 不发病 , D3 -3 、
D3-4和 D3 -5 的发病率分别为 1.85%、2.56%和
5.17%,而受体西瓜的发病率为 48.3%。苗期接种
鉴定的结果表明 , D3-1 和 D3 -2 对西瓜枯萎病高
抗 ,D3-3 和 D3-4中抗 。D3 代 D3-1 ～ D3 -5这 5 种
类型 D4 代继续在病圃中直播栽培时 ,不仅性状稳
定 ,而且 D3-1 、D3-2这 2 种类型 D4 代和供体瓠瓜
一样 ,在病圃中不发病;D3-3 、D3-4和 D3-5类型 D4
代的发病率分别为 2.1%、3.3%和 9.5%;而受体西
瓜的发病率为 41.7%。苗期接种鉴定的结果是 D3
-1和 D3-2高抗;D3-3和 D3-4中抗。表明枯萎病
抗性也较稳定。
通过瓠瓜 DNA 导入 ,在受体西瓜的后代材料
中选育出了性状稳定的 2份高抗和 2份中抗西瓜枯
萎病材料[ 10-13] 。
4.2　抗枯萎病杂交组合的选育
瓠瓜 DNA 导入西瓜选育出的高抗枯萎病材料
D3-1和 D3-2与感病品种蜜宝进行抗性遗传的研究
结果[ 11 , 15] 与周凤珍用高抗品种“卡红”的研究结
果[ 22]相一致 。高抗枯萎病材料与感病品种杂交 ,其
F 1代表现高抗 ,F2 代及与感病亲本回交的 BC1代群
体抗 、感分离比例符合 3∶1和 1∶1的理论值 ,表明瓠
瓜DNA导入西瓜的枯萎病抗性遗传也是受单基因
或单 DNA片段控制的显性遗传 。利用抗性材料进
行杂交育种可以获得抗枯萎病品种[ 11 ,15] 。这为西
瓜抗枯萎病育种提供了理论依据。且选用综合性状
优良 ,但不抗枯萎病的西瓜品种作亲本 ,与选育出的
抗性材料共配杂交组合 24个 。在病圃中经小区测
试和品种试验 ,选育出了 3 个高抗和 2个中抗西瓜
枯萎病的杂交组合 。这 5 个组合的适应性广 ,抗性
强 ,产量高 ,综合性状优良 ,适于连作 ,是有发展前途
的苗头组合[ 15 , 16] 。
瓠瓜 DNA 导入西瓜选育出了高抗枯萎病材料
和高枯萎病组合是西瓜抗病育种的重大突破 ,为西
瓜育种甚至其它作物的育种向高新技术发展提供了
实践和理论上的依据 ,将对中国西瓜生产产生重大
影响 ,并将产生巨大的经济效益[ 17] 。
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