全 文 ：收稿日期: 2007- 01- 08
基金项目: 广西农业科学院科技发展基金项目 ( 2005009)
作者简介: 付金娥 ( 1981- ) ,女 ,安徽亳州人 ,在读硕士研究生 ,从事西甜瓜育种研究。 * 为通讯作者。
葫芦科倍性育种的研究进展
付金娥 1, 2 ,　黄金艳 1 ,　覃斯华 1 ,　李文信 1* ,　李天艳 1
( 1.广西农业科学院园艺研究所 ,　南宁　 530007;　 2.广西大学农学院 ,　南宁　 530005)
摘要: 葫芦科植物包括多种以采收果实为主的瓜类蔬菜 ,对其进行品质改良、增加果肉厚度、提高抗病和耐贮
性的倍性育种研究具有重要的理论和实践意义。文章综述了葫芦科植物倍性材料获得的主要途径以及鉴定倍性水
平常用的几种方法 ,并简要介绍了倍性操作在葫芦科植物遗传育种中的应用概况。
关键词: 葫芦科 ;秋水仙素 ;育种 ;倍性水平
中图分类号: S603. 6　 文献标识码: A　　　　　文章编号: 1002— 8161( 2007) 05- 04- 0508
Advances in ploidy breeding of cucurbitaceae
FU Jin-e
1. 2
, HU ANG Jin-yan
1
, QIN Si-hua
1
, L I W en-xin
1*
, L I Tian-yan
1
( 1. Horticulture Research Institute , Guangx i Academy of Agricultural Sciences , N anning 530007, China;
2. Agriculture College , Guang x i Univ ersity , Nanning 530005, China )
Abstract: Cucurbitaceae plants include many melon type vegetables o f w hich the fruits mainly to be harv ested.
Studying the ploidy br eeding fo r qua lity improvement, increasing flesh thickness, improv ing r esistance to disease
and longer sto rability o f th ese vege tables are v ery impo rtant. The paper summarized the main paths to obtain
ploidy ma terials sources o f cucurbitaceae plants, and the several me thods for plo idy lev els identification, and
briefly intr oduced the application of ploidy in genetic breeding o f cucurbitaceae plants.
Key words: cucurbitaceae; colchicine; br eeding; ploidy level
　　葫芦科 ( Cucurbi taceae )植物包括 118个属共
825个种 ,广泛分布于热带和亚热带地区。在我国分
布约有 130个种 ,且多为人们所喜爱的瓜类蔬菜 ,如
黄 瓜 ( Cucumis sativus L. )、 西 瓜 ( Citrullus
lanatus )、 甜 瓜 (Cucumis melo L. ) 和 苦 瓜
( Momordica charantia L. )等 [1 ]。由于葫芦科植物
的常规遗传育种方法育种周期长、难度大和遗传性
状不稳定 ,因此 ,在葫芦科植物中开展倍性育种显得
尤为重要 ,它对于提高葫芦科植物的品质、抗病性、
耐贮性等都具有十分重要的理论和现实意义。
1　倍性材料获得的主要途径
1. 1　物理方法
利用各种射线、异常温度、超速离心力、高电压
等可诱导葫芦科产生多倍体或单倍体。但这些方法
由于效率低、嵌合率高、危害性大而逐渐被淘汰 [2 ]。
新疆哈密瓜研究中心采用辐射与常规育种相结合的
方法进行甜瓜育种 ,收到了较好的效果。具体做法:
( 1)利用电磁辐射 60 Co-γ射线育出了高品质的歪嘴
含笑 ,风味独特的酸甜瓜及耐贮藏的 R金甜瓜品系
和品种。( 2)利用重离子辐射育出了短蔓皇后及大量
雄花簇生的卡拉克赛甜瓜。( 3)通过空间诱变选育出
抗病高糖的皇后 97系 ,所配组合 01- 36已用于生
产 [3 ]。
1. 2　化学方法
在化学活体诱导加倍处理法中 ,普遍采用注射
法、涂抹法、浸种法。但用注射法易刺伤生长点 ,造成
生长点霉烂死亡 ,诱导效率低 ,所以一般不采用此
法。陈劲枫等 [ 4]用 0. 2%、 0. 4% 、 0. 8%的秋水仙素水
溶液分别处理黄瓜“津绿四号”干种子和萌动种子 ,
结果表明: 0. 4%的秋水仙素浸萌动种子 4h染色体
加倍效果最好 ,加倍率可达 26. 7% 。谭素英等 [5 ]对二
·508· 广西农业科学　 2007年第 38卷第 5期
倍体西瓜品种进行了提高秋水仙碱诱导率的试验研
究 ,结果表明:剥去生长点外幼叶后用秋水仙素溶液
滴苗、涂抹、浸芽处理 ,其变异株率均有所提高 ,可代
替常规的滴苗、涂抹和浸种方法。中科院新疆生物土
壤沙漠研究所柴兴容和童莉等 [6 ]采用秋水仙素诱导
生长点分裂细胞染色体加倍 ,获得综合性状较好的
四倍体甜瓜材料。
1. 3　离体培养
1. 3. 1　单倍体植株离体培养　通过杂种后代的雌
配子或雄配子进行离体培养 ,诱导产生单倍或双单
倍体植株 ,单倍体通过自然或人工加倍可形成双单
倍体和多倍体植株 ,从而在短期内进一步产生高度
纯合的自交系 (纯系 )。Abak等 [7 ]对黄瓜单倍体植株
进行离体加倍试验 ,结果表明: 0. 5%秋水仙碱处理
4h和 1%秋水仙碱处理 2h对黄瓜单倍体加倍较有
效 ,但诱导存活率较低 ,仅为 6%左右。Nikolova等 [ 8]
对黄瓜单倍体植株进行加倍 ,方法: ( 1)直接处理生
长点 ; ( 2)浸泡生长点外植体 ,然后进行离体培养 ;
( 3)生长点外植体放在含有秋水仙素的基质中进行
培养 ,其中获得最高诱变率为 20. 9% 。 Sari和
Abak[ 9 ]采用秋水仙碱浸泡甜瓜单倍体幼苗生长点 ,
也成功地使甜瓜单倍体加倍得到双单倍体植株。
Lo tfi等 [10 ]对甜瓜单倍体植株进行离体加倍 ,得到
大约 40%的双单倍体植株 ,并且发现诱变后的植株
其抗病性明显增强。
1. 3. 2　二倍体植株离体培养　二倍体植株离体培
养加倍法与传统的在整体水平上染色体加倍方法相
比 ,具有增殖迅速 ,容易控制实验条件 ,诱变率高 ,减
少或避免嵌合体等优点。马国斌、王鸣等 [ 11]进行甜
瓜未成熟叶、幼苗子叶和真叶离体培养 ,其再生植株
中存在着明显的四倍体变异 ,比率分别为 30%、 16%
和 42. 9% ,组织培养可以成为获得四倍体甜瓜的有
效途径。 Compton等 [12, 13 ]的研究表明 ,采用子叶作
外植体进行西瓜离体培养可产生可育、非嵌合四倍
体植株 ,比用秋水仙碱处理二倍体西瓜幼苗获得的
四倍体植株纯合率高。 Adelberg、 Rhodes、 Ezura
等 [14～ 16 ]用西瓜和甜瓜的未成熟子叶、子叶和真叶作
为外植体进行离体培养 ,在诱导再生植株过程中 ,用
秋水仙素处理使染色体数目发生变异 ,获得了较高
频率的四倍体变异植株。王鸣等 [17 ]用种子进行离体
培养 ,取苗龄 8d左右的茎尖 ,在含有 0. 1%秋水仙素
和较低浓度细胞分裂素的液体培养基中处理 24～
48h,其四倍体诱导率最佳。Li等 [18 ]把西瓜的茎尖放
入含 0. 1mg /L秋水仙素的液体培养基中 ,在弱散射
光下 ,用摇床摇动 24h ,再接种到固体培养基上培
养 ,此法最有利于西瓜和甜瓜四倍体产生。
2　倍性材料的鉴定
2. 1　染色体直接计数法
染色体计数是确定倍性最基本和最精确的手
段 ,目前主要有压片法和去壁低渗法。根尖是染色体
计数最常用的材料 ,但当根尖获取困难或材料珍贵
不宜摘取时 ,有必要寻找其他材料来计数染色体。郭
启高等 [19 ]在离体培养过程中利用不定芽叶尖染色
体计数 ,可以在组织培养早期 100%检出倍性 ,即可
转入分化培养基进行扩繁。韩毅科等 [ 20 ]以卷须作为
试材 ,通过对去壁低渗法中的一些参数和步骤进行
优化 ,提高了黄瓜染色体制片成功率 ,以利于黄瓜植
株染色体倍性鉴定。
2. 2　流式细胞测定
采用扫描细胞光度仪 (也叫倍性分析仪 )进行鉴
定 ,用流式细胞测定法迅速测定叶片单个细胞核内
DNA含量 ,根据 DNA含量的曲线图推断出细胞的
倍性。特别是在离体培养过程中 ,试管中的芽或小植
株很小且很嫩时 ,很容易决定其材料倍性 [21 ] ,从而
能快速地在试管苗时期进行染色体倍性分析。该方
法可以节约大量的时间和种植费用 ,而且不受植物
取材部位和细胞所处时期的限制 ,可以是叶片、茎、
根、花、果皮和种子等。近些年在许多作物上都得到
应用 ,如 Zhang XP用此法来鉴定西瓜倍性 ,但该法
测定费用较高 [22 ]。
2. 3　逆境胁迫法
郭启高等在西瓜子叶离体组织培养中利用西瓜
二倍体和四倍体对高温和低温的不同反应 ,进行倍
性鉴定 ,通过此方法鉴定的倍性符合度为 90%和
80% 。这种方法省掉了独立的单株倍性鉴定过程 ,只
需对试管再生苗进行一次短时处理 ,即可筛选出四
倍体 ,但此方法还需要进一步研究 [19 ]。
2. 4　细胞形态学鉴定法
谭素英等 [5 ]研究认为 ,西瓜叶片保卫细胞的大
小、单位面积上的气孔数及保卫细胞中叶绿体的大
小和数目与倍性具有高度的相关性。 Sa ri、 Mccuis-
tion等 [ 9, 23]报道 ,根据保卫细胞的大小、单位面积上
的气孔数及保卫细胞中叶绿体的数目 ,可以有效区
分倍性。Compton、刘文革等 [24, 25 ]用二乙酸盐荧光黄
涂抹在西瓜离体幼叶的下表皮上 ,在显微镜和紫外
·509·付金娥等:葫芦科倍性育种的研究进展
光下观察保卫细胞叶绿体的荧光 ,二倍体和四倍体
的每对保卫细胞的叶绿体数目平均为 9. 7和 17. 8。
Cohen和 Yao[26 ]认为用气孔长度比其他方法都简单
易行 ,不需要昂贵的设备 ,仅需要用胶带揭掉表皮 ,
用塑料印膜印记即可 ,采用测定气孔保卫细胞的大
小与染色体数目检验法相结合的方法 ,可以快速准
确地筛选出加倍植株。
2. 5　植株形态学鉴定法
4种倍性 (单倍体、二倍体、三倍体、四倍体 )的
葫芦科植株在形态上有比较明显的差别 ,主要表现
在子叶、真叶、花的形状和颜色、果实形状及种子的
形态上。在植株生长的不同时期抓住这些肉眼易辨
的典型特征 ,就能够有效地将变异成的四倍体植株
筛选出来。生长期四倍体西瓜植株比二倍体叶片肥
厚、裂片宽大、叶色深绿、茎节缩短。开花期花瓣颜色
深黄 ,花朵变大 ,花瓣增宽、肥厚、皱折 ,花蕊和子房
增大 ,种子增大加厚、横径和种脐部加宽。 三倍体的
子叶多数畸形或色浅 ,叶片薄而不对称 [27 ]。
2. 6　分子生物学鉴定法
随着分子生物学技术的发展 ,人们开始从分子
水平入手研究多倍体 ,对其倍性、来源进行鉴定。目
前 ,分子技术主要应用在西瓜多倍体育种中材料的
选择 ,植株种子、幼苗的纯度鉴定等领域。 刘文革
等 [28 ]以蜜枚和 JM西瓜品种的纯合二倍体及其人工
诱导的同源四倍体、三倍体为材料 ,对不同倍性西瓜
AFLP标记的分子遗传变异进行了比较。其中 ,蜜枚
品种西瓜具有多态性的条带有 3条 ,四倍体、三倍体
和二倍体各有一条特异带 ; JM西瓜具有多态性的
条带有 7条 , 3条为 JM 4x特有带 , 2条为 JM 3x特有
带 , 2条为 JM 2x特有带。
3　倍性操作在葫芦科遗传育种中的
应用
3. 1　多倍体技术在葫芦科遗传育种中的应用
我国属于世界上西瓜、甜瓜、黄瓜种植面积最
大、总产量最高的国家。利用秋水仙碱活体诱导或离
体培养技术诱导多倍体 ,在西瓜、甜瓜多倍体育种上
已被普遍应用。西瓜、甜瓜通过人工诱变成为四倍体
后 ,某些性状明显优于二倍体 ,例如果皮果肉增厚、
耐储性增强、甜度增加、植株维持绿色的时间更长、
果肉中营养物质含量提高等。四倍体杂交种用于经
济栽培 ,表现抗逆性强 ,坐果比较稳定 ,含糖量高 ,品
质优良 ,且种子少。在多倍体抗性方面 ,可进行耐盐
性、耐低温、抗病品种选育 ,例如三倍体和四倍体西
瓜对枯萎病表现出较强的抵抗力。
3. 2　单倍体技术在葫芦科遗传育种中的应用
国内外葫芦科优良品种 ,特别是一些国外优良
品种 ,商品价位很高 ,而且各育种单位之间对育种和
亲本材料封锁很严 ,育种材料相互交换甚少 ,这对整
体育种进程极其不利。自交系选育是现代杂交优势
育种的关键 ,传统的 F1经多代自交、回交一般需要 5
～ 6年或更长时间才能纯合 ,而用单倍体诱导及加
倍技术仅需 5～ 6个月 ,便获得优良纯系 ,缩短了育
种年限 ,从而加速葫芦科新品种的选育速度。 同时 ,
离体培养直接得到纯合株 ,有利和不利的隐性突变
基因都可以得到表达 ,在进行离体诱变和抗性突变
体筛选时 ,可大大提高选择效率。 此外 ,双单倍体在
DNA分子标记和分子遗传图谱构建等研究中也有
独特的应用价值 [29 ]。
参考文献:
[1 ]　宋莉英 ,谭诤 ,高峰 ,邓暑燕 .我国葫芦科植物离体培养
研究进展 [ J].植物学通报 , 2004, 21( 3): 360-366.
[ 2 ]　赵辉 ,戴祖云 .西瓜多倍体育种研究进展 [ J].长江蔬
菜 , 2006, ( 9): 30-32.
[3 ]　吴明珠 ,伊鸿平 ,冯炯鑫 ,王登明 .新疆厚皮甜瓜辐射诱
变育种效果的探讨 [ J].中国西瓜甜瓜 , 2005, ( 1): 1-3.
[ 4]　陈劲枫 ,雷春 ,钱春桃 ,罗向东 ,庄飞云 .黄瓜多倍体育
种中同源四倍体的合成和鉴定 [ J].植物生理学通讯 ,
2004, 40( 2): 149-151.
[ 5]　谭素英 ,黄秀强 ,刘济伟 .提高西瓜四倍体诱导率的研
究 [ J].华北农业学报 , 1993, 8( 4): 12-15.
[ 6]　柴兴容 ,童莉 ,王欣 .甜瓜四倍体育种及其生产利用研
究 [ J].中国西瓜甜瓜 , 1998, ( 2): 16-19.
[7 ]　 Abak K. In vitro co lchicines application of haploid cu-
cumber plants [ J]. Cucurbit Genetics Cooper ativ e Re-
po r t, 1997, 20: 21-23.
[8 ]　 Nikolov a V , N iemirowicz-Szszy tt K. Diploidization of
cucumber ( Cucumis Sativus L. ) haploids by
colchicine tr eatment [ J]. Acta Societatis Botanico rum
Po loniae, 1996, 65: 132-139.
[9 ]　 Sari N , Abak K, Pi trat M . Comparison o f ploidy lev-
el screening methods in w atermelon: Cit rulius Lana-
tus ( Thunb ) [ J ]. Scientia Ho rticulture , 1999, 82:
265-277.
[ 10]　 Lo tfi M , Alan A R, Henning M J, Jahn M M, Ear le
E D. Production o f haploid and doubled haploid
plants of melon ( Cucumis melo L. ) fo r use in breed-
·510· 广西农业科学　 2007年第 38卷第 5期
ing fo r multiple v irus resistance [ J]. Plant Cell Re-
por ts, 2003, 21( 11): 1121-1128.
[ 11 ]　马国斌 ,王鸣 ,郑学勤 .甜瓜组织培养再生植株中的四
倍体变异 [ J].园艺学报 , 1999, 26( 2): 128-130.
[ 12 ]　 Compton M E, Gray D J. Soma tic embryogenesis
and plant r eg enera tion f rom immatur e coty ledons o f
w atermelon [ J ]. Plant Cell Repo r ts, 1993, 12: 61-
65.
[ 13 ]　 Compton M E, G ray D J. Adventitious shoo t
o rg anogenesis and plant reg eneration from co ty le-
dons of tetraploid w ate rmelon [ J ]. Ho r Science,
1994, 29: 211-213.
[ 14 ]　 Adelberg JW , Rhodes B B, Sko rupska H T. Gener-
ation t etraploid melons in tissue cultur e [ J]. Ac ta
Ho rt, 1993, 336: 373-380.
[ 15]　 Rh odes B B, Sko rupska H T. Explant o rigin effects
th e frequency o f te traploid plants f rom tissue cultur e
o f melons [ J]. Ho r Science, 1994, 29: 689-692.
[ 16 ]　 Ezura H, Amagai H, Oosawa K. Efficient pr oduc-
tion of tet raploid in r egenera ted plants, a univ ersal
phenomenon, in tissue cultur e o f melon ( Cucumis
melo L. ) [ J]. Plant Science, 1992, 8 5: 209-213.
[ 17]　马国斌 ,王鸣 .西瓜和甜瓜茎尖离体诱导四倍体 [ J].
中国西瓜甜瓜 , 2002, ( 1): 4-5.
[ 18 ]　 Li Y , Whitesides J F, Rhodes B. In v itro gener ation
of tet raploid w atermelon w ith tw o differ ent dini-
tro anilines and co lchicines [ J]. Cucurbit Genetics Co-
opera tive Repo r t, 1999, 22: 38-40
[ 19 ]　郭启高 ,宋明 ,杨天秀 ,梁国鲁 .西瓜子叶组织培养中
四倍体的产生及鉴定 [ J].西南农业大学学报 , 2000,
22( 4): 298-300.
[ 20]　韩毅科 ,杜胜利 ,王鸣 .黄瓜染色体制片及倍性研究
[ J].华北农学报 , 2003, 18 ( 1): 72-74.
[ 21 ]　刘文革 ,阎志红 .植物离体组织染色体加倍诱导同源
四倍体 [ J].植物学通报 , 2005, 22(增刊 ): 29-36.
[ 22]　 Zhang X P, Rhodes B B, White sides J F. Determina-
tion o f wa termelon ploidy lev el using flow cytometr y
[ J ]. Cucurbit Gene tics Coopera tiv e Repo rt , 1994,
17: 102-105.
[23]　 Mccuistion F, Elmstrom G W. Identifying po lyploids
o f v arious cucurbits by stomatic guard cell chlo ro-
pla st number [ J]. Pro ceeding s of the Flo rida State
Ho r ticultura l Society , 1994, 106: 155-157.
[24]　 Compton M , Barnett N , Gray D . Use o f fluo r escein
diaceta te ( FDA ) to de termine ploidy of in v itro w a-
te rmelon shoo ts [ J] . Plant Cell, Tissue and Organ
Culture, 1999, 58: 199-203.
[25]　刘文革 ,阎志红 ,饶小利 .不同倍性西瓜的叶表皮微形
态特征比较 [ J].果树学报 , 2005, 22: 31-34.
[26]　 Coh en D, Yao J L. I n v itro chromosome doubling of
nine Zantedeschia cultiv ars [ J]. Plant Cell, Tissue
and O rgan Culture, 1996, 47: 43-49.
[ 27 ]　刘文革 ,王鸣 .西瓜甜瓜育种中的染色体倍性操作及
倍性鉴定 [ J].果树学报 , 2002, 19: 132-135.
[28]　刘文革 ,王鸣 ,阎志红 .西瓜二倍体及同源多倍体遗传
差异的 AFLP分析 [ J].果树学报 , 2004, 21( 1): 46-49.
[29]　 Gyulai G, Gé mé sné J A, Sá gi Zs, V enczel G, Pinté r
P, K ritó f Z, To rjé k O , Hes zky L , Bo ttka S, Kiss J,
Zatykó L. Doubled haplo id development and PCR-
analy sis of F1 hybrid deriv ed DH-R2 paprika
( Capsicum annuum L. ) line [ J]. J Plant Physio l,
2000, 156( 99): 168-174.
(责任编辑　林　涛 )
·511·付金娥等:葫芦科倍性育种的研究进展