全 文 ：·综述与专论· 2013年第3期
生物技术通报
BIOTECHNOLOGY BULLETIN
红小豆是豆科（Leguminosae）、豇豆属（Vigna）
中的一个栽培种（V. angularis），其籽粒高蛋白、中
淀粉、低脂肪，营养丰富，具有食药兼用的价值，
随着人们消费水平的提高，越来越受到消费者青睐。
早期研究认为红小豆起源于中国。我国红小豆种植
历史悠久，种质资源丰富，年种植面积和总产量一
直位居世界首位。关于红小豆生物技术的研究和应
用，日本起步较早，我国的研究和应用起步晚，基
础薄弱，大部分工作还集中在种质资源的分子标记
鉴定方面，研究的深度和广度都有待加强。本文是
从分子水平和细胞水平上对红小豆生物技术方面的
最新研究、应用进展进行了总结，以给红小豆遗传、
育种工作者提供参考。
1 红小豆 DNA 水平的研究
红小豆 DNA 水平上的研究主要集中在利用分子
标记技术对红小豆的起源、传播、进化、种质资源
收稿日期 ：2012-09-17
基金项目 ：国家科技支撑计划项目（2006BAD02B08）
作者简介 ：高义平，女，硕士，农艺师，研究方向 ：红小豆遗传育种 ；E-mail ：bdgyp@126.com
红小豆生物技术研究进展
高义平1，2  董福双1  王海波1
（1. 河北省农林科学院遗传研究所 植物转基因中心，石家庄 050051 ；2. 保定市农业科学研究所，保定 071000）
摘 要 ： 红小豆是一种重要的杂粮作物，其生物技术的研究和应用正逐步深入。从 DNA 水平和细胞水平对红小豆的生物技
术研究进展进行综述，包括红小豆种质资源的分子鉴定、遗传图谱构建、基因的克隆与转化、组织培养研究等方面，并提出目前
尚待研究的问题及未来发展方向。
关键词 ： 红小豆 种质资源 遗传图谱 基因克隆 组织培养
Progress and Prospect of Azuki Bean Biotechnologies Research
Gao Yiping1，2 Dong Fushuang1 Wang Haibo1
（1. Institute of Genetics and Physiology，Hebei Academy of Agriculture and Forest Science，Shijiazhuang 050051 ；2. Baoding Institute of
Agriculture Science，Baoding 071000）
Abstract:  Adzuki bean is one of the most important grain crops, its research and application of biotechnology is gradually deepening. The
biotechnology research advances of azuki bean was reviewed from DNA and cell level in this paper, which include germplasm evaluation, genetic
linkage map construction, gene clone and genetic transformation, tissue culture, while the existing problems and future development trend were
discussed.
Key words:  Azuki bean Germplasm Genetic linkage map Gene clone Tissue culture
的遗传多样性、不同地域栽培型、半野生型、野生
型小豆的变异程度及其相互之间亲缘关系的远近等
方面的研究，遗传图谱构建、基因克隆与转化等工
作相对较少。
1.1 种质资源鉴评和起源的研究
应用分子标记对小豆种植资源鉴定评价和起源
的研究最早始于 1993 年，Kaga 等［1］应用 RAPD 标
记将一个豇豆品种与 12 个小豆栽培品种区分开，后
来 Yee 等［2］用 RAPD 和 AFLP 标记对来自中国、日
本、韩国的 58 个品种进行遗传多样性分析，发现小
豆种间遗传多样性丰富，可以保证小豆种内遗传图
谱群体的成功构建。之后国内外很多学者相继开展
了分子标记技术应用于小豆遗传、育种的基础性研
究，尤其是种质资源的遗传多样性研究。
1.1.1 关于小豆起源的研究 瓦维洛夫在《主要作
物的世界起源中心》一书中，将中国的中部和西部
2013年第3期 11高义平等 ：红小豆生物技术研究进展
山区及其比邻的洼地列为小豆的起源中心。随着分
子技术的兴起，利用分子标记手段寻求小豆起源、
进化的证据成为早期起源研究的课题之一。叶剑等［3］
利用 SSR 引物对来自中国、日本、韩国、不丹、越
南 5 国的 104 份栽培小豆种质资源的研究表明，中
国西南地区的栽培小豆种质存在较丰富的遗传多样
性，初步认为我国西南地区可能是小豆的一个起源
中心和遗传多样性中心。宗绪晓等［4］用 12 对 AFLP
引物对来自 6 个国家的 146 份小豆栽培型和野生型
种质进行遗传多样性分析，结果认为中国、日本群
岛、喜马拉雅山西侧地区，应均为红小豆的起源中心，
初步肯定了栽培小豆的多起源中心观点，向中国唯
一起源中心说提出质疑。
1.1.2 关于小豆进化的研究 关于栽培小豆的进化
来源目前还没有定论。Xu 等［5］、金文林等［6］利用
RAPD 标记研究显示，遗传变异程度由高到低依次
为野生小豆、半野生小豆和栽培小豆，小豆的进化
是由野生到半野生到栽培型的过程，然而也有研究
认为栽培小豆来源于野生小豆，除了二者染色体数
目相同、杂交可行外，Xu 等［7］、Mimura 等［8］进一
步用分子标记研究遗传多样性的结果也支持了这一
观点。关于半野生小豆的来源 Yamaguchi 提出了 3
种假设，一是野生种和栽培种之间的进化产物 ；二
是古老栽培种的退化种 ；三是栽培种与野生种的杂
交衍生物［9］。研究结果的差异可能因研究材料的不
同而引起［10］。
1.1.3 关于遗传多样性的研究 宗绪晓等［4］、粟生
群等［11］、佘跃辉等［12］分别利用不同的分子标记对
我国栽培型小豆种质资源遗传多性进行检测，结果
均证明 ：我国小豆栽培型种质间存在较丰富的遗传
多样性 ；RAPD、AFLP、RAMP 等分子标记均可检
测到较高的多态性，可以作为小豆遗传图谱构建、
种质鉴定和分类以及新品种保护的有效工具。
1.2 遗传图谱构建
小豆的第一张分子标记遗传图谱是 1996 年由
Kaga 等［13］ 利 用 两 个 栽 培 品 种 的 F2 家 系 建 立 的。
2000 年，Kaga 等［14］用栽培品种和饭豆品种的 F2 家
系建立了一个相对完善的遗传图谱。2005 年，Han
等［15］以日本地方品种与尼泊尔野生种的 BC1F1 群体
为作图群体，构建了一张中等饱和度的小豆遗传连
锁图，这也是迄今为止饱和度最高的小豆连锁图谱。
Isemura 等［16］和 Kaga 等［17］再次分别建立了两个遗
传图谱，并标记了多个数量性状基因（表 1）。
Chaitieng 等［18］比较了小豆和豇豆的连锁图谱，
表 1 红小豆遗传图谱的构建情况
应用材料 标记 图谱长度 标记基因 参考文献
小豆品种（V. Erimoshouzu）和
（V. nakashimae）杂交后代的
80 个 F2 家系
132 个分子标记（108 个
RAPD，19 个 RFLP 和 5
个形态标记）
14 个连锁群，图谱总长
度 1250 cM，标记间的平
均距离为 3.48 cM
对紫茎、种皮黑色斑点、棕黑荚皮颜色、
炸荚性和凹脐垫性状进行了基因定位
［13］
小豆品种（Erimo- shouzu）和
饭豆品种（Kagoshima）杂交
后代的 86 个 F2 家系
189 个分子标记（74 个
RAPD，114 个 RFLP 和 1
个形态标记）的遗传图谱
14 个连锁群，图谱总长
度为 1702 cM，标记间的
平均距离为 9.7 cM
通过与小豆 × 野生小豆和绿豆图谱比较，
分别发现了 7 个和 16 个保守连锁区域 ；标
记了饭豆紫茎 Psu 和强茎色 Iscu 基因
［14］
野生小豆（JP107881）和栽培
小豆品种（JP81481）的 187
个 BC1F1 家系
486 个分子标记（205 个
SSR，187 个 AFLP 和 94
个 RFLP）的遗传图谱
11 个连锁群，图谱总长
度为 832.1 cM，标记间的
平均距离是 1.85 cM
定位了籽粒大小、荚长宽、种子休眠、株高、
茎粗、叶面积大小等基因
［15］
野生小豆（JP110658）和栽培
小豆品种（JP109685）杂交后
代的 188 个 F2 家系
233 个分子标记（191
个 SSR、2 个 STS、1 个
CAPS、2 个 SCAR、36 个
AFLP 和 3 个形态标记）
10 个连锁群，图谱总长
度为 771.9 cM，标记间的
平均距离为 3.48 cM
对百粒重等 46 个农艺性状进行定位，定
位到了 162 个 QTLs
［17］
野生小豆（JP107881）和栽培
小豆品种（JP81481）的 141
个 F2 家系
74 个 SSR 标记 图谱长度 649.7 cM 定位了 33 个控制农艺性状的 QTL 位点 ［16］
研究表明小豆和豇豆分子标记排列顺序高度保守，
但在进化过程中两个种之间基因组发生了倒位、插
入、缺失、重复和易位现象，第 1、2、5 连锁群发
生倒位，小豆第 1 连锁群与豇豆第 10 连锁群部分区
域一致，两个物种的 SSR 等分子标记可以通用。
1.3 基因克隆
小豆基因克隆工作多以其他作物相关基因序列
来设计引物进行。Zheng 等［19］根据其他作物 ABA-
生物技术通报 Biotechnology Bulletin 2013年第3期12
Gpase 设计兼并引物，从 cDNA 文库克隆，与诱导
ABA-Gpase 进行 Northernblot 杂交，从小豆的幼苗中
克隆并鉴定了一个 ABA-葡萄糖基转移酶基因。刘燕
等［20］根据大豆、豌豆等植物的铁蛋白基因序列设
计简并引物，利用 RACE 延伸技术获得红小豆铁蛋
白基因的 cDNA 全长序列，将携带该基因的表达载
体通过基因枪转化法转入水稻。对转基因水稻叶片
的 PCR 检测和铁含量测定证明，目的片段已经整合
到水稻基因组中。陈新等［21］根据豇豆 PR 基因、四
季豆 PvPR1、PvPR2 基因及绿豆 PR10 基因的保守
区域设计简并引物，以小豆 cDNA 为模板进行 PCR
扩增，克隆到了 PR 类抗病基因 VaPR3。Kouichi 等［22］
通过对小豆下胚轴在不同处理时间 300 G 超重力时
VaKTN1（剑蛋白基因）转录水平的研究显示，15
min 内 VaKTN1 转录水平增加，45 min 时转录水平达
到最大值，2 h 时这一水平降至正常水平范围。
1.4 遗传转化研究
小豆的遗传转化工作多围绕小豆籽粒的抗豆象
工 作 展 开。Yamada 等［23］ 以 pSG65T 为 基 因 载 体、
根癌农杆菌 EHA105 为侵染菌株、卡那霉素为抗性
筛选基因、gfp 为报告基因，研究了小豆的上胚轴
的转化效率，得到了 2% 的转化率。Chen 等［24］利
用 农 杆 菌 介 导 法 把 绿 豆 品 种（Vc6089A） 抗 豆 象
基因 VrD1 转入到当地栽培小豆中，得到了成功表
达 ；Matusim 等［25］通过 pZHBG 质粒携带、农杆菌
EHA105 介导转化小豆上胚轴，将抗豆象基因转化到
日本北海道栽培小豆品种中，经 Southern 杂交检测
到了 31 个转化植株，转化率 14% ；Nishizawa 等［26］
将来源于普通菜豆的 α-淀粉酶抑制剂 2（αAI-2）基
因，通过农杆菌介导转入小豆，Southern 杂交结果
显示获得了 3 个整合方式不同的稳定品系。免疫印
迹分析显示，αAI-2 基因在转基因小豆种子中得到了
表达。转基因小豆与普通菜豆具有相同的 α- 淀粉酶
的抑制特异性。通过小豆象鼻虫侵害试验，3 个转
基因小豆品系具有了极高的抗性水平。
2 红小豆细胞水平的研究
2.1 组织培养、胚拯救及原生质体培养
20 世纪 80 年代是红小豆组织培养研究的密集
期。鲁明塾等［27］ 通过 MS+1.0 mg/L ZT+500 mg/L LH
诱导愈伤组织培养基、MS+2.0 mg/L 6-BA+1.0 mg/L
KT+0.5 mg/L NAA+ 500 mg/L LH 诱导愈伤分化成苗
培养基、MS+500 mg/L LH 诱导幼苗生根培养基将小
豆子叶外植体通过愈伤途径再生成苗 ；许智宏［28］
将小豆上胚轴在添加生长素的 MS 培养基上直接再
生成苗 ；Ozaki［29］将 MS 培养基上诱导的致密型愈
伤在 MS+0.2 或 1.0 mg/L BA 的培养基上诱导成苗 ；
金文林［30］ 用小豆幼根、上胚轴、初生叶、子叶等
几种外植体都诱导出了良好的愈伤组织，上胚轴在
MS+6-BA 培养基上不通过愈伤途径直接再生成苗。
胡英考［31］开展了小豆与饭豆的杂种幼胚胚拯
救研究，其中以小豆为母本的 11 d 以上的幼胚，在
MS 和 MB（MS 无机 +B5 有机）基本培养基、添加
1.0 mg/L IAA 和 0.2 mg/L KT 的两种培养基上，获得
了 13 个植株，但幼苗移栽后死亡，没有得到开花结
实植株。
小豆原生质体再生植株成功的报道有两例。黄
培铭和葛扣鳞［32］将叶肉原生质体愈伤组织分化成
苗 ；Sato 等［33］用北海道小豆栽培品种诱导原生质
体，再通过原生质体培养诱导成苗，并获得了再生
苗的种子。所用的培养基有 ：MS+2.0 mg 2，4-D 固体
培养基诱导上胚轴愈伤 ；同样培养基的液体诱导悬
浮细胞系 ；1% 纤维素酶 +0.1% 果胶酶 +1.5% 溶解
酶 +0.4 mol/L 甘露糖醇的 CPM 盐溶液（即将纤维素
酶、果胶酶、溶解酶、甘露糖醇全部溶解于 CPM 盐
溶液）破壁获得原生质体 ；原生质体在 MS+1.0 mg /L
2，4-D+1.0 mg/L BAP 固体培养基上培养、在 MS+1.0
mg/L BAP +0.1 mg/L IAA 上诱导出芽成功。
2.2 染色体核型分析
小 豆 染 色 体 在 豇 豆 属 中 相 对 较 小， 不 易 观
察， 细 胞 遗 传 学 的 研 究 报 道 较 少。 郭 淑 华 等［34］
选 用 4 个 北 京 地 方 小 豆 种 质 进 行 了 染 色 体 核 型
分析，确定其染色体数目 2n=22，染色体核型为
2n=14M+6SM+2Sat，但参试材料间染色体组型无明
显差异。金文林等［35］用 60Co-γ 射线处理小豆风干种
子后，对小豆根尖染色体畸变率进行了观察，发现
γ 射线照射造成小豆根尖染色体桥和断片频率较高。
佘跃辉［36］于 2005 年应用改良 ASG 法对 12 个
小豆种质染色体的核型进行了比较分析，并对 3 个
2013年第3期 13高义平等 ：红小豆生物技术研究进展
小豆种质染色体进行了 G-带带型的初步观察，结果
表明，12 份小豆种质在染色体形态特征上存在差异，
其核型组成上有 6 种类型，分别为 ：2n=22=20m+
2sm，2n=22=18m+4sm，2n=22=16m+6sm，2n=22=
16m+6sm（2Sat），2n=22=14m+8sm，2n=22=14m+8sm
（2Sat），核型类型上分为 1A 和 2A 两种类型。G-带
带型分析表明，同源染色体的带纹数目、分布位置、
染色深浅基本一致，可以较准确地进行染色体配对；
非同源染色体的带型有明显差异，可以准确区分。
不同种质间在 G-带带型上存在多态性，反映了小豆
各种质之间在遗传结构上的差异，揭示出小豆种在
染色体结构上存在着多样性。
3 小结
在细胞水平上，首先，虽然前人有过成功的愈
伤组织、原生质体再生成苗经验［27，33］，但目前国
际上仍没有一种快速获得组培苗材料的方法，愈伤
组织再生成苗、原生质体再生成苗等技术还不成熟。
把一个品种通过组培途径再生成苗需要几个月甚至
1-2 年的摸索，而且遇到难培养类型还往往不能成
功。这使得小豆的转基因技术应用受到很大限制 ；
其次，远缘杂交虽可为育种创造巨大的增产及抗病
潜力，但胚拯救、原生质体融合等技术在小豆上仍
是一道难关，这使得远缘杂交在育种上的应用也受
到很大限制。
在分子水平上，还没有足够多的引物用于品种
鉴定、基因克隆和分子标记辅助育种。目前应用于
小豆研究的分子标记主要是 RAPD 和 AFLP，而有关
小豆 SSR 标记目前报道的只有几十对引物 ［37，38］。
小豆生物技术研究有很多工作，但急需的是以
应用基础研究为主，加强细胞水平、分子水平的研究，
即建立远缘杂交的支撑技术体系，建立细胞培养的
再生技术体系 ；开发育种需求高的与抗性、适应性、
品质等性状紧密连锁的分子标记 ；标记控制小豆重
要农艺性状的基因 ；构建高密度的小豆分子连锁图
谱，从而通过远缘杂交、遗传转化和 MAS 等手段使
小豆的育种和遗传学研究能上一个新台阶。另外，
从事小豆基础研究和育种的机构和人员相对较少，
因此开展国际交流与合作十分必要。若此，将会对
小豆的基础和应用研究以及在世界上更大范围生产
起到很大作用。
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（责任编辑 狄艳红）